Neptún

Predpokladá sa, že oblasť jadra zaberá približne dve tretiny polomeru planéty a že je zložená z kamenného jadra[10] v strede, ľadu a tekutého amoniaku s metánom. Kamenné jadro sa pravdepodobne skladá zo železa, niklu a silikátov. Hmotnosť jadra sa odhaduje na 1,2 hmotnosti Zeme,[10] teploty a tlak sa tu pohybujú okolo 5130 K resp. 7 mbar.[18][19]

Nad týmto veľkým jadrom sa nachádza tretina planéty v podobe plášťa tvorená pravdepodobne zmesou horúcich plynov vodíka, hélia, vody a metánu, ktorý spôsobuje i charakteristickú modrú farbu planéty.[8] Pri odraze svetla od planéty metán najviac rozptyľuje modré lúče[20] a naopak absorbuje červenú časť spektra.[21] Predpokladá sa, že plášť by mohol dosahovať desaťnásobok až pätnásťnásobok hmotnosti Zeme.[9]

Merania mikrovlnného žiarenia naznačujú, že teplota na Neptúne (ako u ostatných planét) rastie s hĺbkou. Pred meraním sondy Voyager 2 sa predpokladalo, že teplota Neptúna bude približne −228 °C, ale sonda namerala −218 °C. Tento rozdiel v nameraných hodnotách naznačuje, že Neptún má podobne ako Jupiter a Saturn vnútorný zdroj energie.[22] V plášti, kde sa nachádza prehriaty plyn, sa teplota pohybuje v rozmedzí 1 730 až 4 730 °C. Modely naznačujú, že by sa v hĺbke okolo 7 000 km mohli nachádzať podmienky, ktoré by umožňovali vznik diamantov z metánu. Vzniknuté diamanty by potom padali do jadra planéty.[23]

Sonda Voyager 2 v priebehu preletu detegovala aj magnetické pole, ktoré je, podobne ako Uránovo dipólové magnetické pole, podivne orientované. Sklon magnetickej osi je 47° vzhľadom na rotačnú os. Magnetická os je tiež posunutá od stredu o 0,55 polomeru planéty[17] (približne o 13 000 km). Predpokladá sa, že vznik magnetického poľa je spojený s pohybom vodivého materiálu (pravdepodobne vody) v stredných vrstvách planéty.[21] Nakoľko je magnetické pole rovnako nezvyčajne orientované aj u Uránu, vedci sa domnievajú, že by mohlo ísť o spoločnú vlastnosť ľadových obrov. Hodnota magnetického poľa na rovníku planéty dosahuje 14 μT a magnetický dipólový moment 0,2×10¹⁸ Tm³. Je teda 27-krát väčší než je magnetický dipólový moment u Zeme.

Magnetické pole spôsobuje aj pozorovanú polárnu žiaru v oblasti pólov. Predpokladá sa, že magnetosféra siaha do podobnej vzdialenosti ako u Urána.[17]

Atmosféra Neptúna má zelenomodrú farbu,[17] zaberá pravdepodobne 5 až 10 % celkovej hmotnosti planéty a rozkladá sa do hĺbky 10 až 20 % planetárneho polomeru. Je omnoho búrlivejšia, premenlivejšia ako atmosféra Urána. V horných vrstvách je zložená prevažne z vodíka (80 %) a hélia (19 %).[17][19] Mraky rôznej výšky sú v nej unášané rýchlosťou viac ako 1 000 km/h (v okolí Veľkej tmavej škvrny až 2 000 km/h[8] – ide o najvyššiu zistenú rýchlosť v slnečnej sústave[21]). Väčšina vetrov, ktoré na planéte vanú, sa pohybuje západným smerom súbežne s rovníkom,[21] a teda proti rotácii planéty.[8] Sú sústredené do pásov podobne ako v atmosfére Jupitera a majú priemernú dobu obehu 19 hodín.[17] Keďže doba rotácie planéty je 16 hodín, atmosféra planéty rotuje rýchlejšie ako samotná planéta.

Zaujímavým javom bola v čase preletu sondy Voyager 2 Veľká tmavá škvrna na južnej pologuli,[21] široká ako Zem (či ako polovica známej Veľkej červenej škvrny na Jupiteri).[8][10] Pravdepodobne to bol obrovský vír otáčajúci sa rýchlosťou vyše 600 km/h, ale existujú aj hypotézy, že išlo o obrovskú bublinu vystupujúcu z hlbších častí planéty.[21] Vetry pohybovali škvrnou na západ rýchlosťou okolo 1 080 km/h.[21] Okrem Veľkej tmavej škvrny bola v atmosfére pozorovaná aj tzv. Malá tmavá škvrna.[17]

Veľká tmavá škvrna

Jedným z rozdielov medzi Uránom a Neptúnom je meteorologická aktivita. Urán je pokojný, zatiaľ čo Neptún je známy svojou búrlivou aktivitou v atmosfére. Vietor v atmosfére dosahuje najvyššiu rýchlosť v slnečnej sústave. Je poháňaný vnútornou energiou planéty. Najsilnejšie orkány dosahujú až okolo 2 000 km/h. 2. Novembra 1994 sa Hubblov vesmírny teleskop snažil zamerať Veľkú tmavú škvrnu pozorovanú sondou Voyager 2. Zistil však, že búrka zmizla či bola prekrytá inými útvarmi v atmosfére.[21] Okrem nej sa sformovali ďalšie dve búrky – Čarodejníkovo oko (Wizard’s eye) a Scooter. Unikátnym úkazom je prítomnosť vysokých oblakov, ktoré vrhajú tiene na nepriehľadné vrstvy pod nimi.

V septembri 2018 Hubblov teleskop pozoroval v severnej pologuli tmavú búrku sprevádzanú bielymi oblakmi.[24]

S. Gibbard a iní usudzujú, že vďaka mračnám metánu, sírovodíku, čpavku, vody a podobne môže v atmosfére Neptúna dochádzať k výbojom bleskov, hoci zatiaľ sa ich na diaľku nepodarilo pozorovať.[25]

V atmosfére planéty boli pozorované aj mraky nápadne pripomínajúce pozemské cirry. Predpokladá sa, že by tieto mračná mohli byť skôr než metánom tvorené kryštálikmi vodného ľadu, ktorý tvorí 2,5 až 3 % atmosféry.[22]

Zmena teploty v oblasti južného pólu ako dôkaz zmeny ročných období (zdroj:Hubblov vesmírny ďalekohľad)

Šesť rokov pozorovania Hubblovým vesmírnym ďalekohľadom naznačujú, že v atmosfére planéty dochádza k striedaniu ročných období podobne ako na Zemi. Podľa snímok dochádza na južnej pologuli k výraznému nárastu odrazeného svetla, čo je vysvetľované práve zmenou ročného obdobia.[26] Od roku 1996 do roku 2002 postupne rástla svetlosť južnej časti planéty dôsledkom nárastu množstva svetlejších mrakov v tejto oblasti. To podporilo predchádzajúce pozorovanie vykonané od roku 1980 na pôde Lowellovho observatória v Arizone. Predpokladá sa, že podobne ako na Zemi, aj na Neptúne panujú štyri ročné obdobia, ktoré sa prejavujú teplejším letom a studenšou zimou s postupným prechodom cez jar a jeseň. Na základe dĺžky obežnej dráhy Neptúna, ktorá je približne 165 rokov, je zrejmé, že dĺžka každého ročného obdobia na Neptúne bude okolo 40 rokov.[27] Pre definitívne potvrdenie teórie o ročných obdobiach bude potrebné pokračovať v pozorovaní asi ďalších 20 rokov (údaj z roku 2005). Časom by malo dochádzať k neustálemu zvyšovaniu jasu južných oblastí planéty.[27]

Teóriu o striedaní ročných období podporuje skutočnosť, že rotačná os planéty je naklonená o 29° od kolmice na obežnú rovinu, v prípade Zeme je to 23,5 °.[27] Len planéty s výrazným sklonom osi môžu mať ročné obdobia.

Neptún má slabé planetárne prstence neznámeho zloženia. Majú svojráznu špecifickú štruktúru, ktorá je narušovaná zrejme mesiacmi Neptúna.

Prvý náznak, že prstence sú nekompletné, sa objavil v polovici 80. rokov, keď sa pri zákryte hviezdy planétou objavilo niekedy bliknutie navyše. Obrázky z Voyageru 2 ukázali, že systém obsahuje veľa slabých prstencov. Vonkajší prstenec nazvaný Adams obsahuje tri oblúky – Liberté, Egalité a Fraternité (sloboda, rovnosť a bratstvo). Existencia týchto oblúkov je ťažko vysvetliteľná, pretože podľa pohybových zákonov by sa za krátky čas sformovali do jednotného prstenca. Úlohu tu pravdepodobne zohráva mesiac Galatea, ktorý asi bráni spojeniu oblúkov.

Mnoho ďalších prstencov našli kamery Voyageru. Okrem Adamsovho prstenca (polomer 63 000 km od stredu planéty), sa tu nachádza Laverrierov prstenec (53 000 km) a širší i slabší Galleho prstenec (42 000 km). Slabý vonkajší výbežok Laverrierovho prstenca sa volá Lassel, a na jeho konci je pomenovaný prstenec Arago (57 000 km).

Nové pozorovania zo Zeme ukázali, že prstence sú omnoho menej stabilné ako sa predpokladalo. Prstenec Liberté (sloboda), môže zmiznúť za menej ako storočie.

Mesiac Triton, ako ho zo vzdialenosti 530 000 km vyfotografovala sonda Voyager 2

Neptún mal k septembru 2007 13 známych mesiacov.[28] 1.7.2013 sa po objavení mesiaca Hippocamp zvýšil počet na 14. Zďaleka najväčší a jediný guľatý je Triton, objavený Williamom Lasselom iba 17 dní po objavení samotného Neptúna. Triton má retrográdnu dráhu, čo naznačuje, že môže ísť o bývalý objekt Kuiperovho pásu zachytený na obežnú dráhu okolo planéty jej gravitáciou.[29] Pomaly sa k planéte približuje a keď napokon dosiahne Rocheovu medzu, slapové sily ho roztrhajú. Triton je najchladnejšie teleso pozorované v slnečnej sústave. Teplota jeho povrchu je 38,15 K (−228 °C).

Nepravidelná Nereida, druhý najbližší mesiac Neptúna, má jednu z najexcentrickejších obežných dráh v slnečnej sústave. Od júla do septembra 1989 Voyager 2 objavil ďalších šesť mesiacov. Druhým najväčším je Proteus, ktorý však má iba pol percenta hmotnosti Tritonu. Je známy ako veľmi tmavé teleso, keďže odráža iba 6 % dopadajúceho svetla. K najvnútornejším patria Najáda, Thalassa, Despina, Galatea a Larissa. Z ďalších 5 nových mesiacov objavených zo Zeme je pomenovaný len jeden s názvom Psamathe (S/2003 N1). Ostatné 4 majú dočasné pomenovanie (S/2002 N1-4).

Častice prstencov a Neptúnove mesiace nie sú jediné telesá, ktoré pri svojom obehu okolo Slnka súvisia s Neptúnom. Podobne ako pri Jupiteri, aj pri Neptúne objavili výskumníci z Carnegie Institution štyri telesá, ktoré zdieľajú s Neptúnom približne rovnakú obežnú dráhu. Takéto telesá, ktoré obiehajú 60° pred alebo 60° za planétou sa nazývajú Trójania[30]. Neptún je po Jupiteri len druhou planétou slnečnej sústavy, pri ktorej sú známi Trójania. Prvý Neptúnov Trójan, planétka 2001 QR₃₂₂, bola objavená v roku 2001.

Neptún má hneď po Jupiteri druhý najväčší vplyv spomedzi planét na umiestnenie a pohyb ťažiska (barycentra) slnečnej sústavy a teda aj na pohyb Slnka. Za to môže nielen jeho veľká hmotnosť, ktorá je tretia najväčšia medzi planétami, ale hlavne jeho najdlhšia veľká polos obežnej dráhy. Vplyv Neptúna na ťažisko slnečnej sústavy tvorí približne 13 % z celkového vplyvu slnečnej sústavy. Je možné, že vplyv Neptúna má súvislosť s istou dlhou periódou v cykle slnečnej aktivity známej ako Gleisbergov cyklus, ktorej hodnota 80 – 85 rokov súhlasí s polovicou siderickej obežnej doby Neptúna alebo so synodickou periódou Neptúna voči spoločnej perióde známych planét.[31]

Prvé pozorovanie Neptúna sa podarilo už Galileovi 27. decembra 1612 a druhé 27. januára 1613. V oboch prípadoch planétu pokladal za nehybnú hviezdu, ktorá bola veľmi blízko (v konjunkcii) Jupitera. Jeho objav tak nemôže byť uznaný. Práve počas jeho prvého pozorovania koncom decembra 1612 mal Neptún veľmi malý pohyb na oblohe pri pohľade zo Zeme, ktorý nestačil na to, aby si Galileo uvedomil, že ide o planétu.

V roku 1821 Alexis Bouvard vytvoril zoznam vypočítaných obežných dráh Urána. Následné pozorovania odhalili významnú odchýlku od tohto zoznamu, pričom Bouvard uvažoval o nejakom telese s rušivým vplyvom. V roku 1843 John Couch Adams vypočítal dráhu ôsmej planéty, ktorá by zohľadňovala odchýlky Urána. Urbain Le Verrier v roku 1846 mal nezávisle od Adamsa vlastné výpočty. Poslal ich nemeckému astronómovi Johannovi Gottfriedovi Gallemu. Pri pozorovaní používal Besselovu mapu, pričom uvidel hviezdu, ktorú na mape nemal zaznačenú. Na observatóriu v Berlíne s pomocou študenta Heinricha Louisa d'Arresta ako prvý človek vedome pozoroval planétu Neptún v noci z 23. na 24. septembra 1846 iba 1 stupeň od predpovedanej polohy. Bolo isté že ide o planétu, keďže hviezda zmenila svoju polohu medzi inými hviezdami.

Následne sa rozpútala národnostne ladená diskusia medzi Francúzmi a Britmi, o tom kto sa viac zaslúžil o objav. Nakoniec sa medzinárodne uznáva, že zásluhy za objav si zaslúžia obaja. Napriek tomu je však táto otázka prehodnocovaná, kvôli znovuobjavenie tzv. „dokumentov o Neptúne“ z roku 1998. Tieto dokumenty kráľovského astronomického observatória v Greenwichi boli spreneverené astronómom Ollim Eggenom. Po ich preskúmaní niektorí historici uvažujú o tom, že Adams sa nezaslúžil o objav rovnakým dielom ako Le Verrier.

Napriek tomu, že Neptún je najvzdialenejšia planéta slnečnej sústavy od Zeme, pozorovaním zo Zeme sa podarilo urobiť na tomto telese a jeho družiciach už veľa objavov. Zo Zeme boli objavení všetci Neptúnovi Trójania a v roku 1999 tiež nový prstenec vo vnútri už známeho prstenca Le Verrier. V infračervenom spektre získanom družicou ISO boli v roku 1998 objavené čiary metylu, čo je zlúčenina vznikajúca fotolýzou metánu.[25] V roku 2002 objavili astronómovia za pomoci veľkých ďalekohľadov na Havaji a v Čile 4 nové družice s jasnosťami 25 – 26 mag a s lineárnym priemerom do 60 km. V nasledujúcom roku našli ďalší mesiac, ktorý sa od Neptúna vzďaľuje na rekordných 80 miliónov km.[32][33]

Pozri aj: Hubblov vesmírny ďalekohľad

Neptún bol v druhej polovici 90. rokov detailne sledovaný Hubblovým vesmírnym ďalekohľadom[33] 20. storočia. Pozorovania mimo rušivých vplyvov pozemskej atmosféry prebiehali po dobu šiestich rokov, čo umožnilo zaobstarať sériu snímok, ktoré ukazujú dynamické zmeny v atmosfére planéty počas 16 hodín sledovania. Na základe snímok mohla byť vytvorená animácia javov v atmosfére[34] pomáhajúca vedcom sledovať pohyby mračien v horných častiach atmosféry či sledovať silné dýzové prúdenie v oblasti rovníka.[34] Súčasne po šesťročnom sledovaní pomohol objaviť sezónne zmeny v atmosfére a umožnil vznik hypotézy o striedaní ročných období (planéta bola snímkovaná v rokoch 1996, 1998 a 2002).[35]

Okrem Hubblovho ďalekohľadu bol na podporné merania použitý aj Spitzerov vesmírny ďalekohľad sledujúci vesmír v infračervenom spektre.[33]

Neptún navštívila zatiaľ iba jediná sonda – Voyager 2. Táto sonda odvysielala na Zem všetky blízke zábery planéty a jej mesiacov. Najbližšie priblíženie k Neptúnu nastalo 25. augusta 1989. Pretože to bola posledná planéta, ktorú mohol Voyager 2 skúmať, bolo rozhodnuté preletieť bližšie pri mesiaci Triton. Počas preletu okolo Neptúna sonda objavila Veľkú tmavú škvrnu, čo viedlo k názoru, že podobne ako pri Jupiteri ide o atmosférickú poruchu. V oblasti pólu boli pozorované polárne žiare.[36] Počas preletu okolo planéty sonda odoslala na Zem okolo 10 000 fotografií.[37]

Sonda pomohla zmerať veľkosť planéty, rýchlosť rotácie atmosféry a objavila magnetické pole planéty. Súčasne potvrdila existenciu Neptúnových prstencov a objavila šesť nových mesiacov.[33]

Do roku 2016 nebola oficiálne schválená žiadna ďalšia misia k Neptúnu alebo ktorémukoľvek z mesiacov planéty. Existuje množstvo štúdií a inžinierskych návrhov, ako by sonda mala vyzerať, ale žiadny z nich ešte nebol schválený alebo definitívne odsúhlasený. Koncepty predpokladajú napríklad atmosférickú sondu pre štúdium atmosféry planéty,[38] ktorá oproti Jupiteru a Saturnu bude zrejme bližšie pôvodnej hmlovine, z ktorej vznikla slnečná sústava. Niektoré odhady z roku 2004 hovoria o štarte sondy medzi rokmi 2016 až 2018 s príletom na planéte v roku 2035.[39] Pre úspešné vyslanie sondy je potrebné taktiež vyvinúť iný druh napájania sondy, ako sa spravidla používa. Pre prílišnú vzdialenosť od Slnka nebude možné pri Neptúne používať fotovoltaické panely, ale energiu bude potrebné získavať rádioaktívnym rozpadom prvkov.[39]

Novšie plány počítajú s vyslaním sondy medzi rokmi 2015 až 2020, kedy bude možné využiť gravitačný prak Jupitera a Saturna pre urýchlenie letu a príletu sondy k planéte koncom 20. rokov 21. storočia. Do roku 2009 sa vedecká komunita sústredila na zostavenie úloh, ktoré by sonda mala vykonať, aby priniesla nové poznatky o planéte či o jej mesiaci Triton.[40]

Podobne ako iné planéty sa aj Neptún najlepšie pozoruje v čase opozície, ktorá nastáva približne raz do roka. Počas opozície narastá zdanlivá hviezdna veľkosť na maximálnu hodnotu 7,8^m, čo však stále neumožňuje pozorovanie planéty voľným okom. Ako modrozelený disk ho možno uvidieť teleskopom, ktorého zrkadlo má priemer najmenej 25 až 30 cm.[41]

Od roku 2010 sa Neptún nachádza v súhvezdí Vodnár a keďže sa Neptún ocitne v opozícii začiatkom septembra, sú najlepšie mesiace pre pozorovanie medzi júlom a novembrom. Pre zistenie polohy planéty je najvhodnejšie použiť niektorý z množstva softvérov (napr. Stellarium), ktorý ku konkrétnemu dátumu presne určí pozíciu planéty.

Neptún bol starorímsky boh mora, totožný s gréckym Poseidónom. Pôvodne bol bohom vôd, prameňov a riek, až približne v 5. storočí pred Kr. ho povýšili na boha mora. Ako boha pramenitých vôd ho uctievali pod menom Nethus už Etruskovia. Spolu s bratmi Jupiterom a Plutom patril k najmocnejším bohom, synom boha Saturna. Tritón, podľa ktorého bol pomenovaný jeho najväčší mesiac, bol Neptúnov najobľúbenejší syn. Ďalšie Neptúnove mesiace boli pomenované podľa Nereíd, morských nýmf. Jedna z Nereíd, Amfitria, bola Neptúnovou manželkou, v starších mýtoch mal však za manželku Salaciu, bohyňu prameňov. Najväčší chrám zasvätený Neptúnovi stál na Marsovom poli v Ríme. Kult Neptúna sa udržal v celom rímskom Stredomorí ešte dlho po víťazstve kresťanstva.[42]

Planéta Neptún sa objavila vo viacerých sci-fi filmoch a knihách. Prvýkrát sa v literatúre vyskytla v roku 1889 ako neobývateľná ľadová planéta v diele Spirito Gentil. V roku 1930 napísal Olaf Stepledon epický román Last and First Men: A Story of the Near and Far Future, v ktorom vystupoval Neptún ako domov vyspelej ľudskej rasy budúcnosti. V 40. a 50. rokoch 20. storočia sa Neptún objavoval ako planéta s globálnym oceánom v príbehoch Kapitána budúcnosti. V 60. rokoch vyšiel román Nearly Neptune od Hugha Walters, ktorý pojednáva o prvom pilotovanom lete k Neptúnu, ktorý však skončí neúspechom potom, čo oheň zničí systémy podpory života na palube lode. Vo filme sa objavil Neptún napríklad v sci-fi horore Horizont udalostí, opisujúci príbeh stratenej lodi za dráhou Neptúna a záchrannú misiu.

Okrem planéty samotnej sa v umení objavujú aj jej mesiace. Napríklad americký autor Larry Niven vo svojom diele Prstenec situoval na mesiac Nereida základňu mimozemskej rasy známej ako Outsider.