Situato ai margini del sistema solare, Nettuno è un ottavo pianeta che non può essere ignorato. È il terzo mondo più massiccio del sistema solare, ma è ancora invisibile a occhio nudo. Ci vuole un telescopio per vederlo. Tuttavia, è solo un piccolo disco blu-verde pallido. Gli astronomi lo contrassegnano con il simbolo ♆.
Ma questo lontano gigante di ghiaccio è molto più di un semplice punto nel cielo. Questo è un posto estremo. I suoi venti sono i più veloci del sistema solare. Il calore si sente dall’interno. La scoperta è stata una combinazione di fisica difficile e congetture selvagge.
Ecco cosa sappiamo dell’ultimo grande pianeta.
Informazioni dietro la biglia blu
Nettuno è lontano. È davvero lontano. La distanza media dal sole è di circa 4,5 miliardi di chilometri. Si tratta di 30,1 unità astronomiche (UA). AU è la distanza dalla Terra al Sole. Pertanto, sono necessarie diverse ore affinché la luce proveniente dal Sole raggiunga Nettuno.
A causa di questa distanza, la sua orbita appare quasi perfettamente circolare. L’eccentricità è solo 0,0086. Ciò significa che la sua distanza dal Sole cambia molto poco nel corso di un lungo anno. Un anno di Nettuno dura 164,79 anni terrestri. È molto tempo per essere freddi e bui.
Il pianeta è inclinato di 28,3 gradi attorno al proprio asse. Ciò corrisponde all’inclinazione della Terra di 23,5 gradi. Ciò significa che Nettuno ha le stagioni. Quelli lunghi. Ogni stagione dura più di 40 anni sulla Terra.
Il campo magnetico del pianeta è strano. È inclinato di 46,8 gradi rispetto all’asse di rotazione. È anche a circa mezzo raggio dal centro del pianeta. Ciò causa un disturbo del campo magnetico. Non sembra il dipolo nord-sud ben ordinato della Terra.
Come è stato scoperto Nettuno?
La scoperta di Nettuno non è stata casuale. È stato scoperto attraverso la matematica.
Nel 1846 gli astronomi notarono che Urano non si muoveva come previsto. La sua orbita vacillò. Sospettavano che un altro pianeta lo stesse attirando. Hanno usato la fisica newtoniana per calcolare la posizione del pianeta nascosto.
Questo calcolo si basava su uno schema numerologico che poi si rivelò infondato. Tuttavia la previsione era corretta. Johann Gottfried Galle puntò il suo telescopio sulla posizione prevista. C’era Nettuno.
È il primo pianeta scoperto attraverso la previsione matematica. È anche il secondo pianeta scoperto dal telescopio. Urano è stato il primo.
Questa scoperta è un trionfo della scienza. Ciò dimostra che il sistema solare è prevedibile. Dimostra che la matematica può trovare l’invisibile.
Dimensioni, massa e composizione
Nettuno è enorme. Il raggio dell’equatore è di 24.764 chilometri. Il suo raggio polare è di 24.340 chilometri. È circa quattro volte più grande della Terra. Tuttavia, è più piccolo di Urano. Urano ha un grande diametro.
Tuttavia, Nettuno è più denso. La densità media è di 1,64 g/cm3. Urano pesa 1,27 g/cm³. Nettuno è più massiccio. La sua massa è 17 volte la massa della Terra. Urano ha 14,5.
Di cosa è fatto Nettuno? Non è un gigante gassoso come Giove. E’ un gigante di ghiaccio. Ha un nucleo roccioso. È circondato da uno spesso strato di ghiaccio di acqua, ammoniaca e metano. Sopra c’è un’atmosfera di idrogeno ed elio.
Non esiste una superficie solida. Se provassi ad atterrare su Nettuno, affonderesti. La pressione ti schiaccerebbe. La temperatura ti congelerebbe.
Il componente principale dell’atmosfera è l’idrogeno. L’elio costituisce solo una piccola parte. Il metano conferisce a Nettuno il suo colore blu. Il metano assorbe la luce rossa. Riflette la luce blu. Questo è il motivo per cui Nettuno sembra blu.
Fonte di calore
Nettuno è molto lontano dal sole. Non riceve quasi nessuna luce solare. Meno della metà di Urano. Si prevede che sarà più freddo di Urano.
non lo è.
Nettuno è leggermente più caldo di Urano. Perché?
Ha una fonte di calore interna. Il pianeta irradia più calore di quello che riceve dal sole. Il calore viene da dentro. Forse è a causa del lento collasso del pianeta. Forse dalla differenziazione dei materiali. Probabilmente è causato dal decadimento degli elementi radioattivi.
Non lo sappiamo per certo. Ma il calore è importante. Guida il tempo.
Il vento
Nettuno ha i venti più veloci del sistema solare. La sua velocità del vento supera i 2000 km/h. È cinque volte più veloce degli uragani più forti sulla Terra.
I venti sono causati
Il potere nascosto di #Nettuno: perché il gigante blu tradisce il sole
Ci piace pensare di comprendere i confini esterni del nostro sistema solare. Abbiamo mappato il gigante gassoso, studiato le sue lune e persino inviato sonde per studiarne l’atmosfera. Ma Nettuno è diverso. Questo è un pianeta in cui i segreti vengono custoditi e rivelati solo in frammenti.
Prima del sorvolo della Voyager 2 nel 1989, non sapevamo quasi nulla. Dalla Terra erano state avvistate solo due lune. Gli anelli? Fantasmi non confermati. Questo breve sorvolo ha prodotto un periodo di rotazione, un campo magnetico e una magnetosfera. Da allora, la tecnologia della Terra ha recuperato e colmato il divario. Ma quali sono i fatti salienti? Continuano ad emergere da quel breve incontro.
La geometria di un lungo anno
L’orbita di Nettuno è una scansione lenta e deliberata. Ci vogliono 164,79 anni per orbitare attorno al sole. ha completato solo un giro nel settembre 1846. Ciò significa che gli astronomi continueranno a perfezionare i calcoli matematici delle dimensioni e della forma della sua orbita fino al 21° secolo. Si tratta di un lavoro in corso che probabilmente continuerà per decenni.
La Voyager 2 ha aumentato leggermente la distanza stimata dal Sole. Attualmente, si ritiene che la distanza sia di circa 4,5 miliardi di chilometri (2,8 miliardi di miglia). È così lontano. Tuttavia, la sua orbita è molto circolare. Ha un’eccentricità di 0,0086, il che lo rende il secondo pianeta più rotondo tra tutti. Solo Venere può batterlo.
Questa rotondità è importante. Ciò significa che le stagioni di Nettuno sono stabili e non caotiche. Il suo asse è inclinato di 29,6 gradi, più ripido dei 23,4 gradi della Terra. Questa inclinazione determina le stagioni, ma poiché la sua orbita è circolare, non ci punisce per l’inverno quando si allontana dal sole. Ogni stagione dura circa 41 anni. Pari. Prevedibile. Inflessibile.
Il mistero delle dimensioni, della densità e della massa
Il periodo di rotazione di Nettuno? 16.11 ore. Non l’abbiamo visto girare. l’abbiamo sentito. La Voyager 2 ha ricevuto impulsi radio associati a campi magnetici. Poiché il campo magnetico è incorporato all’interno, gli impulsi radio ci dicono quanto velocemente gira il nucleo.
Il pianeta è grande, ma non così grande come potresti pensare. Ad un livello di pressione di 1 bar (pressione a livello del mare terrestre), ha un diametro di 49.528 chilometri (30.775 miglia). È solo il 3% più piccolo di Urano. Tuttavia, Nettuno fu schiacciato. Appiattire l’asta con una rapida rotazione. I poli hanno un diametro più corto di 848 chilometri (527 miglia) rispetto all’equatore.
Le sue dimensioni suggeriscono che Urano sia più grande. La Messa dice il contrario. Nettuno è ancora più denso. 1,64 g/cm3 rispetto a 1,3 g/cm3 di Urano. La densità extra aumenta la massa di Nettuno del 18%. È un mondo più compatto e più pesante all’interno di un guscio simile.
Proprietà chimiche del colore blu
Diamo un’occhiata a Nettuno attraverso un telescopio. È blu brillante e limpido. Urano è azzurro-verde. Perché la differenza? Entrambe le atmosfere sono dominate da idrogeno ed elio, 98% a 1 bar. riposo? metano.
L’idrogeno e l’elio sono invisibili. Il metano è un mangiatore leggero. Mangia lunghezze d’onda rosse. La luce solare rimbalza sulle nuvole di Nettuno e perde il suo spettro di colori rossi. Resta solo il blu. fisica semplice.
Ma perché Nettuno è blu luminoso? Anche Urano ha metano, ma sembra più scuro. Una teoria promettente? Gas atmosferico sconosciuto. Qualcosa nella nebulosa di Nettuno disperde la luce in modi diversi. Non so ancora cosa sia.
Caldo dalla fredda oscurità
È qui che Nettuno diventa strano. La distribuzione della temperatura dell’atmosfera è contraddittoria.
Con una pressione di 0,1 bar la temperatura è di 50 Kelvin (-370 °F / -223 °C). Ma vieni su. Lascia andare la pressione. La temperatura aumenta rapidamente. 2000 chilometri sopra la soglia di 1 bar e a 1/10 di miliardesimo di bar la temperatura raggiunge i 750 K (480 °C). Fa ancora caldo lì. Uniforme. Stabile.
Scendere? Fa più caldo. Fa più caldo. Vicino al centro la pressione raggiunge i 5 megabar.
Le temperature salgono a 7.000 K (12.000 ° F / 6.700 ° C).
Il vero problema però è il bilancio energetico.
Nettuno è più del 50% più lontano dal Sole di Urano.
Meno della metà della quantità di luce solare. Tuttavia, la sua temperatura effettiva (la temperatura di una sfera non riflettente che irradia la stessa energia) è 59,3 K (-353 °F / -214 °C), più o meno la stessa di Urano.
Riflettono la stessa quantità di luce solare. Pertanto, assorbe la stessa quantità. Allora perché Nettuno emette più calore?
Perché fa il suo.
Nettuno emette più del doppio dell’energia che riceve. Il calore viene da dentro. Urano? Quasi nessuna perdita. Perché? Non capisco. Questo è un processo che non comprendiamo appieno. Resta un mistero sepolto.
Il vento che infrange le regole
Anche la temperatura non è uniforme sul piano orizzontale. A livello di una barra, la temperatura media è di 74 K (-326 °F / -199 °C). L’equatore e le regioni polari sono diversi gradi più caldi rispetto alle medie latitudini. Ciò indica il movimento verticale. L’aria sale alle medie latitudini e scende ai poli e nelle regioni equatoriali. Questo flusso può diffondersi nell’atmosfera.
È orizzontale vicino alla parte superiore della nuvola. Flusso zonale. Il vento soffia da est a ovest lungo le latitudini. Il tempo rimane lo stesso. Prevedibile.
Ma non è così.
La velocità del vento di Nettuno è molto veloce. Alla latitudine 70 sud, la velocità del vento da est (diretto, rotante) è di 100 metri/s (360 km/h). Ma che dire dei 20 gradi di latitudine sud? I venti occidentali (posteriori, opposti) soffiano a 700 metri al secondo (2.520 km/h).
Questo è più veloce di qualsiasi altro vento nel sistema solare. Velocità supersonica.
Perché così violento? Il calore interno lo fa funzionare. Urano è freddo, silenzioso e si snoda lentamente. Nettuno è caldo e irrequieto e le tempeste spazzano la terra.
Le informazioni sono autoesplicative. Questo pianeta è molto attivo. Pieno di energia. Urano ha uno stile di vita diverso. Ma per quanto riguarda la meccanica? È ancora nascosto.
Ci sono numeri. diametro. temperatura. Il vento accelera. Sappiamo quanto sono lunghe le stagioni. Sappiamo quanto è pesante il nucleo. Tuttavia, non è noto il motivo per cui il calore viene intrappolato. Non sappiamo cosa renda il blu così brillante. Non sappiamo cosa guida il motore.
La Voyager 2 ci ha fornito la mappa. Ma il territorio? Ancora non mappato.
La tempesta evanescente di Nettuno
L’atmosfera di Nettuno è un luogo violento. Forti venti e una grande quantità di calore interno in fuga potrebbero essere la forza trainante dietro la turbolenza vista nel sorvolo della Voyager 2. Nell’emisfero australe due grandi ovali neri dominano la vista.
La più grande è chiamata Grande Macchia Oscura. Sembra l’ombra della Grande Macchia Rossa di Giove. Sono simili per latitudine e forma. Inoltre ha più o meno le stesse dimensioni della Terra. Non è solo un bello spettacolo. Qui gli scienziati misurano le velocità del vento più elevate nel sistema solare.
La macchia rossa di Giove è visibile dalla Terra da oltre 150 anni. Gli scienziati ritengono che anche le macchie scure di Nettuno rimarranno. Si sbagliavano.
Nel 1991, due anni dopo l’avvicinamento della Voyager, il telescopio spaziale Hubble ne rilevò la scomparsa. La macchia era scomparsa. Poi, nel 1994, apparve una nuova macchia scura nell’emisfero settentrionale. Ha più o meno le stesse dimensioni del primo. Le tempeste qui non stanno ferme. Si muovono. Cambiano. Scompaiono.
Le nuvole luminose nelle immagini della Voyager hanno vita più breve. Potrebbero essere nubi di ghiaccio di metano. Forti correnti ascensionali hanno spinto sacche di gas metano più in alto nell’atmosfera. Lì l’aria è più fredda. Il gas si condensa in cristalli di ghiaccio. Formavano nuvole che duravano solo finché il vento le sosteneva.
Le tempeste di Nettuno non durano a lungo. Non ha la stabilità a lungo termine caratteristica di Giove.
Ciò solleva interrogativi sulla stabilità del pianeta. Perché le tempeste durano secoli in un mondo, mentre in un altro si diffondono negli anni? La risposta sta nell’energia. Nettuno irradia calore internamente. Quel calore alimenta i venti. I venti distruggono l’atmosfera. Le tempeste sono temporanee. Il pianeta no.
La Grande Macchia Oscura è scomparsa. Anche la macchia settentrionale potrebbe svanire. Li vediamo. Li seguiamo. Sono già diversi. L’atmosfera sta cambiando. Cadono cristalli di ghiaccio. Il vento continua a soffiare.
Le nuvole di Nettuno fanno qualcosa che nessun altro pianeta gigante ha mai fatto. Creano ombre.
Nuvole alte e sparse fluttuano sopra nuvole più spesse e continue. Il cappuccio superiore può essere costituito da cristalli di ghiaccio di metano che galleggiano da 50 a 60 miglia sopra lo strato principale delle nuvole. Lo strato inferiore può contenere ghiaccio di ammoniaca e idrogeno solforato. A profondità dove la pressione supera i 100 bar si possono formare nubi di ghiaccio d’acqua. Ma la Voyager 2 non poteva vederli. Possiamo solo indovinare cosa c’è in base ai composti di zolfo e azoto.
Perché il campo magnetico di Nettuno è interrotto
Il campo magnetico di Nettuno è strano. È prodotto internamente, ha scoperto Voyager 2 nel 1989, ed è sostanzialmente rotto rispetto a quello che potremmo aspettarci da un pianeta.
La maggior parte dei pianeti ha campi dipolari simili a barre magnetiche. Ecco come funziona la Terra. Lo stesso vale per Giove e Saturno. Il loro campo magnetico è centrato e si trova a meno di 12 gradi dall’asse di rotazione. Una bussola sulla Terra punta verso nord.
La bussola di Nettuno punta a sud.
Polarità inversa. Ma ciò che è veramente scioccante è il tilt. Il campo magnetico di Nettuno è inclinato di 47 gradi rispetto al suo asse di rotazione. Urano è anche peggio, a 59 gradi. E nessuno dei due campi magnetici si trova nel nucleo del pianeta.
Il centro magnetico di Nettuno è sfalsato del 55% del raggio del pianeta. Ciò significa che la sorgente del campo è più vicina alla sommità della nube che al centro del pianeta. Gli scienziati ritengono che ciò significhi che un campo magnetico non viene generato in un nucleo simile alla Terra basato su un nucleo di ferro liquido. Probabilmente si è formato negli strati superiori dell’interno del pianeta.
Ciò crea una magnetosfera a forma di mela che si appiattisce sul lato rivolto verso il sole e viene allungata in una lunga coda dal vento solare lontano dal Sole. Il vento solare è un flusso di particelle cariche emesse dal sole. Distorce la bolla magnetica di Nettuno.
Il risultato? Una magnetosfera quasi vuota.
Il campo magnetico è così distorto che le particelle cariche passano attraverso le lune di Nettuno, facendole suonare ripetutamente. Le lune e gli anelli assorbono la maggior parte dei protoni e degli elettroni. La magnetosfera di Nettuno contiene meno particelle cariche per unità di volume rispetto a qualsiasi altro pianeta gigante.
Quando le particelle scivolano vicino al polo magnetico, si schiantano nell’atmosfera. Si scontrano con il gas e diventano fluorescenti. Ciò provoca l’aurora. Sono reali. Sono classici. Sono anche deboli.
Cosa c’è dentro il pianeta gigante?
Nettuno è il più denso dei pianeti giganti. La sua densità media è poco inferiore al 30% di quella della Terra, ma è la più alta tra i giganti gassosi. Ciò suggerisce che l’interno di Nettuno ha una percentuale maggiore di ghiaccio e roccia fusa.
Ma come sono distribuite quelle rocce?
I dati di Voyager 2 suggeriscono che un modello a strati non è appropriato. Se Nettuno avesse un nucleo roccioso distinto circondato da un nucleo esterno di metano fuso, ammoniaca e acqua, Nettuno ruoterebbe più velocemente. La rotazione misurata è stata di 16,11 ore. Questo è circa un’ora più lento di quanto previsto nel modello a strati.
Pertanto, i composti più pesanti potrebbero non essere centrati. Potrebbero essere distribuiti uniformemente in tutto l’interno.
Sotto questo aspetto, Nettuno è più simile a Urano che a Giove o Saturno. Entrambi i giganti del ghiaccio sembrano avere interni misti piuttosto che strati separati.
Perché Urano è freddo e Nettuno caldo
Nettuno irradia più calore dall’interno di quanto ne riceve dal Sole. Urano no.
Questo significa che il centro di Nettuno è più caldo? Forse. Ma potrebbe essere solo isolamento.
L’atmosfera profonda di Urano può avere più strati stratificati. Questi strati intrappolano il calore interno e ne impediscono la fuoriuscita. Il calore di Nettuno fuoriesce facilmente.
Mentre Urano si avvicina al suo equinozio, le immagini dalla Terra mostrano che la sua atmosfera diventa sempre più attiva. Il sole comincia a illuminare direttamente le regioni equatoriali. Ciò suggerisce che l’attività atmosferica di Urano e Nettuno è guidata più dalla radiazione solare che dal calore interno.
Il calore interno non è importante quanto la luce esterna.
L’interno rimane un mistero. Ha densità. Abbiamo la rotazione. Abbiamo il caos magnetico. Tuttavia, la distribuzione delle rocce e dei ghiacci è ancora oggetto di speculazione. la trappola di calore rimane una teoria.
Sappiamo cosa fanno le nuvole. Sappiamo come si attorciglia il campo magnetico. Non sappiamo come il pianeta si tiene insieme.
La storia standard della formazione del nostro sistema solare è conosciuta come “il modello di Nizza”, dal nome della città francese dove gli astronomi per primi disegnarono il sistema solare. Dipinge un quadro molto diverso del sistema solare primordiale rispetto a quello che vediamo oggi.
A quel tempo, quattro pianeti giganti gassosi erano raggruppati vicino al Sole: Giove, Saturno, Urano e Nettuno. Orbitavano tra 5 e 17 unità astronomiche (UA). Nel contesto, 1 UA è semplicemente la distanza media tra la Terra e il Sole, che è di circa 150 milioni di chilometri.
Non si limitano a uscire insieme. Sono fissati in una precisa risonanza orbitale.
Pensatelo come funziona un orologio. Se Nettuno e Urano fossero in risonanza 3:4, Urano compirebbe quattro rivoluzioni per ogni rivoluzione che Nettuno compie attorno al Sole. È una danza ritmica costante.
Ma hanno ballato su un pavimento fatto di macerie.
I pianeti orbitano nei dischi dei planetesimi giganti, che sono minuscoli resti rocciosi della nascita del sistema solare. Esistono centinaia di questi oggetti, alcuni grandi quanto Plutone. La gravità è un vicino fastidioso. Questi planetesimi trascinano il pianeta e lo mettono fuori risonanza.
La traccia diventa strana. Diventano instabili. E diventano instabili.
Questa instabilità ha portato a una migrazione su larga scala. Saturno, Urano e Nettuno si spostarono verso l’esterno, raggiungendo le loro attuali posizioni distanti. In alcune simulazioni al computer, Urano e Nettuno si scambiano addirittura completamente la posizione. Allo stesso tempo, anche Giove si sposta leggermente verso l’interno.
Le conseguenze sarebbero catastrofiche per il sistema solare interno. L’espansione caotica del disco del pianeta ha inviato una pioggia di rocce verso l’interno. Ciò portò al Bombardamento tardivo, un violento impatto sul pianeta roccioso circa 4 miliardi di anni fa.
La maggior parte del disco è stata spazzata via. Piccoli pezzi di detriti caddero nella cintura di Kuiper. Alcuni planetesimi furono catturati dalla gravità di Nettuno e divennero asteroidi troiani.
Anelli e lune di Nettuno
Oggi Nettuno è un mondo con almeno 16 lune e sei anelli stretti.
Questi anelli non sono bande solide. Sono costituiti da innumerevoli minuscole particelle, ognuna delle quali è di per sé come una piccola luna.
Le quattro lune più interne orbitano all’interno di questo sistema di anelli. Sono più che semplici passeggeri. Interagiscono con le particelle dell’anello attraverso la gravità. Senza questi, gli anelli si allargherebbero e scomparirebbero. Fungono da pastori, mantenendo il materiale confinato e visibile.
Prima del sorvolo della Voyager 2 nel 1989, le mappe del sistema Nettuno erano molto scarse. Conosciamo due nomi: Tritone e Nereide. Scoperto nel 1846, Tritone è una creatura gigantesca delle dimensioni della luna. Domina la scena ed è più di sei volte più grande della seconda luna più grande, Proteus. Cento anni dopo, Nereide, trovata su lastre fotografiche nel 1949, in confronto aveva un aspetto spettrale.
La pratica di denominazione è una mitologia greca standard, spesso associata a Proteo e alle acque. Ma la fisica qui sfida le aspettative standard. Tritone è l’unico grande satellite del sistema solare che orbita su un’orbita retrograda. Mentre la maggior parte dei satelliti più grandi sono inclinati entro 5 gradi rispetto all’equatore, l’orbita di Tritone è capovolta e inclinata di oltre 157 gradi. Le Nereidi sono altrettanto eccentriche. La sua orbita è molto lunga e il suo punto più lontano è quasi sette volte più lontano da Nettuno rispetto al suo punto più vicino. Anche nel suo punto più vicino, Nereide è quattro volte più lontana di Tritone.
Gruppi interni
Voyager 2 ha cambiato tutto. Il suo avvicinamento ha rivelato sei lune precedentemente sconosciute. Non sono emarginati. Sono normali satelliti. Seguono un percorso progrado, quasi circolare, vicino al piano equatoriale di Nettuno. Tutti tranne uno orbitano più vicini di Tritone.
Poi, nel 2002 e nel 2003, i telescopi sulla Terra hanno catturato altri cinque piccoli ospiti. Questi sono satelliti irregolari. Sono piccoli, con un raggio stimato di 15-30 chilometri (9-18 mi). Le loro orbite sono altamente eccentriche e presentano angoli ripidi rispetto all’equatore. Tre di loro possono anche orbitare all’indietro. Rimangono nella fredda oscurità, a una distanza compresa tra 15 e 48 milioni di chilometri da Nettuno, ben oltre la portata di Tritone.
Poi c’è l’Ippocampo. Il raggio del satellite, scoperto nel 2013 con le immagini del telescopio spaziale Hubble, è piccolo, solo circa 9 chilometri. Questa non era una scoperta nuova nello spirito. Gli astronomi hanno rintracciato la sua firma nei dati archiviati di Hubble nel 2004. È scivolato tra Larissa e Proteus, due lune catalogate dalla Voyager.
Le caratteristiche di questi satelliti sono molto precise, ma sono tutte diverse. Naiade, Thalassa, Despina, Galatea e Larissa afferrano Nettuno. Il loro raggio orbitale varia da 48.200 chilometri a 73.500 chilometri. Ruotano molto velocemente, in meno di un giorno. L’ippocampo ha un gruppo interno leggermente esteso, si trova a 105.300 km di altitudine e ha un periodo orbitale di 0,95 giorni. Proteus, il più grande del gruppo interno, a una distanza di 117.600 km.
Tritone è un’anomalia. L’altezza della pista è di 354.800 chilometri. Il ciclo dura 5.877 giorni, ma la “R” sta per retrogrado. L’angolo di inclinazione è di 157,3 gradi. Nereide rompe completamente la scala, orbitando a un’altitudine di 5.513.900 chilometri. Il ciclo dura più di un anno. La pendenza è di 5,1 gradi, ma l’eccentricità è di 0,751. Gli irregolari esterni Halimede, Sao, S/2002 N 5, Laomedeia, Psamathe, Neso e S/2021 N 1 si trovano su milioni di chilometri nell’arco di decenni e su pendenze elevate.
Forma e superficie
Voyager 2 non si limita a contare. sembrava. Cinque delle sei lune interne scoperte hanno orbite così strette che Nettuno ruota più velocemente di quanto gli girano attorno. Per un osservatore in cima alle nuvole di Nettuno, le cinque lune sorgono a ovest e tramontano a est. Questa è una prospettiva rara nel sistema solare.
La Voyager si avvicinò abbastanza a Proteus e Larissa per vedere i dettagli. Entrambi sono irregolari. Non sono palle. Sembrano pietre grumose con buchi sulla superficie. Gli altri quattro satelliti interni sono troppo piccoli per determinarne direttamente la forma. Questa stima dipende dalla luminosità, presupponendo che rifletta la luce come Proteus e Larissa, con una riflettività di circa il 7%.
Proteus è il peso massimo di questo gruppo interno. Il raggio medio è di circa 208 chilometri. È leggermente più grande di Nereide e ha un raggio di circa 170 chilometri. Il resto sono piccoli, con un raggio medio inferiore a 100 chilometri.
Nessuno ha mai visitato da vicino la Nereide. I dati della Voyager mostrano che è approssimativamente sferica. Ciò significa che la luminosità non tremola durante la rotazione e la superficie è relativamente uniforme. Il periodo di rotazione non può essere determinato, ma a causa della sua orbita altamente ellittica, è improbabile una rotazione sincrona (dove la Luna mantiene una faccia rispetto al pianeta).
Tritone è sincronizzato. La sua rotazione coincide con la sua orbita. Le lune interne possono anche essere sincronizzate o quasi sincronizzate. L’ippocampo si adatta a questo schema e può persino essere sincronizzato. Gli irregolari esterni non si preoccupano della sincronizzazione. La sua orbita caotica gli consente di ruotare in modo indipendente, svincolato dal ritmo del pianeta.
Salva i risultati
Tritone non solo assomiglia a Plutone; Ha la stessa densità, dimensione e struttura superficiale ghiacciata di Plutone. Ma come si muove? Questo è un indizio morto. La sua orbita è fortemente inclinata rispetto a quella di Nettuno e si muove all’indietro. Da una prospettiva planetaria, questo è un segno di cattura. Tritone non si è formato insieme a Nettuno. Potrebbe essere iniziato come un asteroide ribelle nella fascia di Kuiper che andò alla deriva da solo finché non fu catturato dalla gravità di Nettuno.
Questo rende le cose confuse.
L’orbita originale sarebbe stata altamente eccentrica. Nel corso del tempo, le forze di marea (un’attrazione ritmica che allunga e comprime due oggetti) hanno trascinato Tritone su un percorso circolare. Tuttavia, la circolarizzazione ha il suo prezzo. L’energia rilasciata durante la cattura e il collasso orbitale farebbe a pezzi il sistema satellitare esistente formato dal disco protoplanetario di Nettuno.
Entra Nereide. La sua orbita ellittica è probabilmente una cicatrice del caos. Alcuni ricercatori ritengono che Nereide potrebbe anche essere un oggetto catturato, ma il suo percorso attuale corrisponde al contorno di un sopravvissuto.
I sistemi interni subiscono un colpo maggiore. Un satellite in orbita tra Proteus e Nereid non ha alcuna possibilità. Molti di loro sono stati completamente espulsi dal sistema solare. Altri caddero su Nettuno. La superficie fusa e riscaldata della luna Tritone appena insediata ne ha inghiottito alcuni. Anche coloro che sopravvissero più vicino a Nettuno non rimasero indenni.
Ora la traiettoria di Naiade attraverso Proteus sembra completamente diversa dalla sua traiettoria originale. Sono probabilmente frammenti della violenza provocata dall’arrivo di Tritone. I detriti provenienti dall’orbita di Nettuno e gli impatti di meteoriti provenienti dallo spazio interplanetario hanno abraso la superficie e ne hanno modificato l’orbita. Prendiamo come esempio l’Ippocampo. Il modello attuale suggerisce che non abbia avuto origine con gli altri modelli. Probabilmente è stato creato da un impatto enorme che ha quasi schiacciato Proteus ed espulso materiale che si è fuso nella piccola luna che vediamo oggi.
Il guardiano silenzioso
Mentre le lune interne raccontano storie di distruzione, i bordi esterni di Nettuno racchiudono qualcosa di più stabile. Un gruppo di asteroidi troiani condividono l’orbita di Nettuno, seduti tranquillamente nei punti lagrangiani. Questi sono i punti gravitazionali in cui le forze del Sole e di Nettuno si bilanciano, fissando gli oggetti con un angolo di 60 gradi davanti (L4) e dietro (L5) al pianeta.
Questi non sono costrutti teorici. Il primo trojan Neptune fu identificato nel 2001 e denominato 2001 QR322. Da allora, gli astronomi ne hanno identificati 35. Una distribuzione disomogenea. Ventotto ammassi si trovano nel punto L4 di fronte a Nettuno. Sette restano indietro a L5. Rimasero lì, intrappolati in una danza cosmica che durò molto tempo dopo che il regno interiore di Nettuno fu violentemente riformato.
Adams Ring e il mistero dell’arca
L’idea che Nettuno abbia degli anelli non è venuta dalle immagini del telescopio. È dovuto a un problema tecnico nei dati. A metà degli anni ’80, gli astronomi notarono qualcosa di strano mentre osservavano le stelle che passavano dietro Nettuno. La sua luce tremola e si attenua prima e dopo che il pianeta blocca la stella. Ma i cali sono irregolari. Appaiono in alcuni studi ma non in altri, e non appaiono mai in forma pulita e simmetrica su entrambi i lati del pianeta. Se Nettuno avesse un anello continuo perfetto come Saturno, la luce sarebbe ugualmente attenuata su entrambi i lati. Questa asimmetria suggerisce qualcos’altro: un anello parziale. O tecnicamente chiamato arco ad anello.
La Voyager 2 in seguito dimostrò che ciò era sbagliato. Semmai complica le cose. La sonda ha rivelato sei anelli che circondano il pianeta. Questi “archi” sono solo punti luminosi dell’anello esterno (chiamato anello di Adams).
Questi archi sono caratteristici dell’anello. Altri pianeti giganti hanno anelli, ma nessuno così grumoso come questo. L’anello Adams contiene cinque diverse aree luminose chiamate Coraggio, Libertà, Uguaglianza 1, Uguaglianza 2 e Fraternité. Coprono un arco di 45 gradi e la loro lunghezza varia da 1.000 chilometri a oltre 10.000 chilometri.
Allora perché non si diffondono? Le particelle dell’anello entrano costantemente in collisione. Nel tempo, queste collisioni diffondono il materiale in una ciambella uniforme. Il fatto che siano ancora raggruppati insieme suggerisce che l’evento che li ha creati è avvenuto di recente. Forse la piccola luna si è divisa migliaia di anni fa. È stato davvero un batter d’occhio geologico.
La luna Galatea orbita all’interno dell’anello di Adams. Questa forza gravitazionale può intrappolare le particelle all’interno di questi archi. Ma la gravità da sola non è sufficiente per fermare la diffusione in modo permanente. Gli archi persistono perché sono giovani.
Sistema ad anello interno
Gli altri cinque anelli (Galle, Le Verrier, Lassell, Arago e Galatea) sono più uniformi. Non avevano il drammatico raggruppamento di Adams.
Le Verrier è larga circa 110 chilometri. È molto simile alla parte non-arco di Adams. Al suo interno orbita una luna chiamata Despina, che funge da pastore. respinge le particelle e mantiene affilato il bordo interno dell’anello.
Galle è l’anello più interno. È ampio e debole. I suoi bordi sono morbidi e sfocati perché non c’è la luna vicina che lo guidi.
Il Lassell è un debole altopiano di materiale che si estende da Le Verrier ad Adams.
L’Arago è una fascia stretta e luminosa sul bordo esterno del Lassell.
Galatea è un debole anello di polvere sparso attorno all’orbita della luna Galatea.
Ecco come vengono divisi gli anelli in base alla loro distanza dal centro di Nettuno.
| Nome pneumatico | Distanza (km) | Larghezza (km) | Caratteristiche principali |
|---|---|---|---|
| Obiettivo | 41.900 | 41.900 2.000 | Bordo sottile |
| Le Verrier | 53.200 | 110 | |
| Lassell | 55.200 | 55.200 4.000 | Debole altopiano tra Le Verrier e Aragona |
| Arago | 57.200 | 57 200 <100 | Lassell Bordo esterno luminoso |
| Galatea | 61.950 | 61.950 <100 | Orbita condivisa con la luna Galatea. |
| Adamo | 62.930 | 62 930 15 | 15 Arco luminoso. bordo interno trattenuto dalla luna Galatea |
Polvere, ghiaccio oscuro e un sistema giovane
La Voyager 2 ha tentato di rilevare questi anelli utilizzando le onde radio. Il segnale attraversa l’anello senza dispersione. Ciò significa che non ci sono particelle più grandi di 1 centimetro. Se ci fossero stati, avrebbero restituito il segnale.
Gli anelli sono per lo più polvere. Sono più luminosi quando retroilluminati dal sole, poiché le minuscole particelle diffondono la luce in avanti verso lo spettatore. Sono scuri e potrebbero essere coperti da ghiaccio di metano più scuro per le radiazioni.
Questo ci riporta all’era delle istituzioni. La versione di Adams è ancora molto giovane. Gli altri anelli sono molto stretti. È difficile limitarli. Nessuna luna conosciuta può impedire completamente la diffusione naturale del materiale dell’anello. Pertanto, il sistema di anelli di ingresso potrebbe essere una nuova aggiunta a Nettuno. Probabilmente nemmeno un milione di anni fa.
Un milione di anni non è niente in un planetario. Gli anelli che vediamo oggi avrebbero potuto essere completamente diversi in un batter d’occhio geologico. Successivo Un veicolo spaziale in visita può incontrare sistemi che si sono evoluti oltre il riconoscimento.
Osservazione da terra
Fantasma del cielo
Nettuno non esagera. È l’unico pianeta gigante che non può essere trovato senza un telescopio. Ha una magnitudine apparente di 7,8, il che la rende circa cinque volte più debole della stella nuda visibile ad occhio nudo. Questa differenza di luminosità significa che gli antichi astronomi potrebbero non averlo notato.
Galileo puntò per la prima volta il suo telescopio verso il cielo nel 1609. Ma anche questo gli sfuggì. Uno schizzo del 28 dicembre 1612 mostra che effettivamente vide Nettuno mentre si avvicinava a Giove. L’ha salvato come una stella.
Il sistema solare sembrava perfetto finché William Herschel scoprì Urano nel 1781. sei pianeti. Terra, Mercurio, Venere, Marte, Giove, Saturno. questo è tutto. Su questo filosofi e scienziati concordano. La scoperta del settimo corpo celeste ha mandato in frantumi questa credenza popolare. Ciò solleva la domanda persistente: c’è qualcos’altro là fuori?
C’è anche una brama matematica. Legge di Bode. O la legge di Titius Bode. Johann Daniel Titius scoprì lo schema nel 1766. I pianeti conosciuti formano un ordine ordinato in base alla loro distanza dal Sole. Questo non è casuale. Ne consegue una semplice equazione misurata in unità astronomiche (AU) – la distanza media della Terra dal Sole.
La dimensione di Mercurio è di circa 0,4 UA.
Venere, Terra, Marte, Giove e Saturno seguono la formula 0,4 + (0,3 × 2^n).
Qui n è 0, 1, 2, 4, 5.
Hai notato che salta da 2 a 4? Manca il numero 3. Johann Elert Bode pubblicò questo articolo nel 1772. Pensava che il divario non fosse un errore. Questo è un segno. Dovrebbe esserci un pianeta tra Marte e Giove.
A nessuno importa. Fino alla comparsa di Urano.
Urano è 19,2 UA. La legge di Bode prevede 19,6 UA quando n = 6. Abbastanza vicino da far sedere gli astronomi. Poi nel 1801 Cerere e altri asteroidi apparvero in quel punto mancante n = 3 tra Marte e Giove. La legge sembra giustificata.
La fiducia in se stessi è al suo apice. Alcuni astronomi stanno diventando più audaci. Hanno chiamato l’ipotetico ottavo pianeta “Ophion”. La legge di Bode fissa n = 7 a 38,8 UA. Questa è speculazione mascherata da scienza.
Tuttavia, qualcosa non va con Urano.
Non seguì il percorso previsto dalle leggi di Newton. Non funzionerebbe con il Sole o altri pianeti conosciuti. Inoltre, ci sono più di 20 vecchi avvistamenti del 1690. Le posizioni calcolate non corrispondono agli avvistamenti. Qualcosa sta attirando Urano. gravità invisibile. vicini nascosti.
Concorso informatico
Nel 1843, John Couch Adams iniziò a elaborare numeri. I matematici britannici stavano cercando di trovare la massa nascosta. Inviò i risultati a George B. Airy, l’astronomo reale di Greenwich. Airy non ne fu colpito. Secondo lui i dati non avevano la precisione necessaria per effettuare ricerche mirate. Quindi lo ha messo in attesa.
Nello stesso periodo in Francia, Urbain-Jean-Joseph Le Verrier faceva gli stessi calcoli. Non conosceva Adams. Lavora in isolamento.
Verso la metà del 1846 l’atmosfera era cambiata. John Herschel, figlio dello scopritore di Urano, considerava seri questi calcoli. Airy finalmente ascoltò. Ordinò a James Challis di Cambridge di cacciare usando le coordinate di Adams.
Challis ci ha provato. Ma era bendato. Non aveva una mappa stellare dettagliata di quella parte del cielo. Il suo metodo era la tortura lenta. Può disegnare stelle. Torna tra qualche notte. Confronta i disegni. Cerca il movimento. Questo è inefficace.
Le Verrier ha un attrito simile. L’astronomo francese pensava che la distanza di ricerca proposta fosse una perdita di tempo per il telescopio. Ha insistito comunque.
Il 23 settembre 1846 inviò i suoi calcoli finali a Johann Gottfried Galle presso l’Osservatorio di Berlino.
Galle guardò. Lui e il suo assistente Heinrich Louis d’Arrest avevano mappe stellari dettagliate. Sono fatti per dare la caccia agli asteroidi. La precisione è importante.
Galle guardò nella direzione indicata da Le Verrier. Ha visto un punto.
Non è sulla mappa.
Controllò di nuovo la notte successiva. Controllò di nuovo la notte successiva.
I punti si sono spostati rispetto alle stelle sullo sfondo.
È Nettuno.
Chi possiede la Discovery?
I suoi primi testimoni furono Galle e d’Arrest. Ma presto iniziò la guerra del credito.
Le Verrier affermò che era la sua unica scoperta. Voleva che il pianeta portasse il suo nome. I media francesi sono d’accordo. Ma il resto del mondo esitava. Ci sono due ragioni per questo.
Innanzitutto, Adams ha fatto i conti. Non riusciva a convincere il suo capo a guardare.
In secondo luogo, sembra sbagliato dare ai pianeti principali il nome di persone viventi. Anche arrogante.
Alla fine, sia Adams che Le Verrier furono premiati. Tuttavia, la storia moderna suggerisce che il contributo di Adams non fu così chiaro come affermavano i primi rapporti. I suoi calcoli erano buoni, ma non così accurati come la previsione finale di Le Verrier.
Alla fine vince la tradizione. Il nome di questo pianeta deriva dal mondo antico. Nettuno. Dio romano del mare. Un mondo maturo per la scoperta attraverso la gravità e la curiosità umana.
Il cielo è ampio. siamo piccoli ma possiamo contare ciò che non vediamo.
La scoperta di Nettuno fu il chiodo sulla bara della legge di Bode. Non è stato solo un fallimento. Crolla a causa delle sue stesse imprecisioni. Gli astronomi prevedono che il nuovo pianeta sarà a circa 38,8 UA dal Sole. Questo numero deriva direttamente da una formula, una sequenza aritmetica ordinata che promette di fungere da righello per la mappatura del sistema solare.
Al contrario, Nettuno si trova a 30,1 UA.
Questa è una grande lacuna. Quasi 9AU di sconto. Non è un errore di arrotondamento. Non c’è la minima deviazione. Disaccordo fondamentale. Questa differenza fisica, combinata con l’apparente mancanza di una ragione teorica per cui la legge “funziona” (nessuna logica gravitazionale o meccanica orbitale a sostenerla), significa che la comunità scientifica non può più agire come se questa fosse una legge. Questa è una coincidenza. Un’ipotesi fortunata sulla fisica.
E poi arrivò Plutone.
Nel 1930, Clyde Tombaugh scoprì un punto debole che per decenni era stato classificato come pianeta. Se la Legge di Bode avesse una qualche credibilità, Plutone potrebbe salvarla. Questa formula prevede che l’intervallo successivo nella sequenza sarà 77,2 UA, n = 8. Plutone è a 39,5 UA di distanza.
È ancora ben al di sotto di 77,2.
Ma è qui che le cose si complicano. La distanza media di Plutone è sorprendentemente vicina al valore previsto di 38,8 UA per n = 7, lo spazio che Nettuno avrebbe dovuto occupare. Alcuni potrebbero sostenere per un momento che Plutone si adatta meglio a questo modello di Nettuno. Forse lo schema è corretto e Nettuno è un’anomalia?
No
La previsione che Plutone si avvicini a n = 7 non ripristina questa legge. Evidenzia quanto sia casuale questo atto. Se non credi nel meccanismo sottostante, puoi scegliere qualsiasi pianeta, a qualsiasi distanza e invertire i calcoli per adattarli. Plutone non ha convalidato la legge di Bode. Ciò dimostra che se hai abbastanza pianeti e abbastanza spazio per cambiare, puoi sempre trovare un numero che sembri vagamente corretto.
La formula non è morta con il botto, ma con un’alzata di spalle. Non ci sono verità profonde nascoste negli spazi tra le orbite. È solo che la geometria, il caso e la caotica realtà del nostro sistema solare si rifiutano di seguire un semplice insieme di numeri interi.
Nettuno visto dalla Terra
Osservare Nettuno dalla Terra è sempre stato difficile. La distanza media dal pianeta è 30,1 UA. Questa distanza significa che la luminosità della luce solare che raggiunge l’atmosfera è solo lo 0,1% della luminosità qui. Prima dell’arrivo della Voyager 2, i telescopi mostravano pochi dettagli. Anche in condizioni perfette, l’atmosfera terrestre copre un terreno inferiore a un decimo del diametro della Terra.
Gli astronomi hanno trascorso decenni a speculare. Ne calcolarono le dimensioni, la massa, la densità e l’orbita. Stanno cercando i satelliti. Ma non potevano davvero vedere il pianeta.
Poi arrivarono gli anni ’80. Le telecamere CCD a infrarossi ad alta risoluzione rappresentano un punto di svolta. Per la prima volta, gli astronomi sono stati in grado di trovare caratteristiche visive sulla sommità delle nuvole sufficientemente coerenti da poter misurare i loro periodi di rotazione. Lo spettro ha confermato idrogeno e metano. Sulla base di ciò che sappiamo degli altri giganti, si pensa che sia presente l’elio. I dati infrarossi hanno anche rivelato il fatto sorprendente che Nettuno genera il proprio calore interno. Non riflette solo la luce del sole.
Verso la metà degli anni ’90 subentrò il telescopio spaziale Hubble. È fuori dal filtro che distorce l’aria terrestre. Le immagini scattate dai telescopi spaziali Hubble e Spitzer mostrano Nettuno con una chiarezza che i telescopi terrestri degli anni ’80 potevano solo sognare.
Ma l’astronomia sulla Terra non è rimasta nella polvere. I ricercatori stanno sviluppando l’ottica adattiva. Questa tecnica utilizza dati in tempo reale provenienti da immagini stellari all’infrarosso per regolare istantaneamente gli specchi del telescopio. Rimuove la sfocatura atmosferica. Oggi, i grandi telescopi che utilizzano l’ottica adattiva spesso hanno una risoluzione migliore di quella di Hubble. Ora siamo in grado di studiare Nettuno in dettaglio con le osservazioni ravvicinate effettuate dalla sonda spaziale Voyager.
Visitatori unici
La Voyager 2 è l’unica navicella spaziale a visitare Nettuno. Fu lanciato insieme alla gemella Voyager 1 nel 1977. Il piano originale era più semplice. Visita Giove. Visita Saturno. Fermare.
Ma il tempismo è importante. La finestra di lancio della Voyager 2 ha consentito alla Voyager 2 di dirigersi verso Urano con l’aiuto della gravità di Saturno. E ancora di più, a Nettuno.
È volato il 24 e 25 agosto 1989 e ha osservato il sistema ininterrottamente da giugno. Misura il raggio. Controllare la rotazione interna. Di conseguenza, è stato trovato un campo magnetico fortemente inclinato rispetto all’asse di rotazione. Ha confermato gli anelli. Trovate 6 lune nuove.
I dati hanno smentito l’ipotesi. Gli scienziati pensano che Nettuno sia troppo freddo per il clima attivo. La Voyager ha dimostrato che si sbagliavano. Queste immagini mostrano i venti più veloci nel sistema solare. Scoppiò una grande tempesta. La tempesta ha all’incirca le dimensioni della Terra.
Gli scienziati della missione hanno corso questo rischio. Hanno portato la Voyager più vicina a Nettuno di qualsiasi altro pianeta nel suo viaggio. La navicella spaziale è passata entro 5.000 chilometri dal Polo Nord. Poche ore dopo, volò a una velocità vertiginosa entro 40.000 chilometri da Tritone.
Questo sorvolo ha consentito l’imaging ad alta risoluzione della variegata superficie di Tritone. Puoi misurare con precisione il raggio e la temperatura della luna.
Non sono previste altre missioni. Abbiamo una serie di occhi ravvicinati sul gigante più esterno. Dopodiché, tutto ciò che rimanevamo eravamo noi, i nostri telescopi e il lungo buio.
