Siitä lähtien, kun Neptunus löydettiin 1800-luvun puolivälissä, se on jatkuvasti ollut mysteeriplaneetta. Koska se on kauimpana Auringostamme oleva planeetta, sillä on käynyt vain yksi robottitehtävä. Ja vielä on monia vastaamattomia kysymyksiä siitä, millainen mekaniikka käyttää sen sisusta. Siitä huolimatta, mitä olemme oppineet planeettasta viimeisten vuosikymmenten aikana, on huomattavaa.
Esimerkiksi kiitos Matkustaminen 2 luotain ja useita tutkimuksia käyttäen maapohjaisia instrumentteja, tutkijat ovat onnistuneet saamaan melko hyvän käsityksen Neptunuksen rakenteesta ja koostumuksesta. Sen lisäksi, että planeettamallit tietävät, mikä sen ilmakehä muodostaa, ne ovat myös ennustaneet, miltä planeetan sisäpuoli näyttää. Joten mistä Neptunus on tehty?
Rakenne ja koostumus:
Neptunus, kuten muutkin aurinkokunnan kaasujättiplaneetat, voidaan hajottaa useisiin kerroksiin. Neptunuksen koostumus muuttuu riippuen siitä, mitä näistä kerroksista katsot. Neptunuksen uloin kerros on ilmakehä, joka muodostaa noin 5-10 % planeetan massasta ja ulottuu jopa 20 % matkasta alas sen ytimeen.
Neptunuksen koostumus ja sisärakenne. Kiitos: NASA
Ilmakehän alla on planeetan suuri vaippa. Tämä on tulistettu nestealue, jossa lämpötilat voivat nousta jopa 2 000–5 000 K (1727–4727 °C; 3140–8540 °F). Vaippa vastaa 10–15 maan massaa ja sisältää runsaasti vettä, ammoniakkia ja metaania. Tätä seosta kutsutaan jäiseksi, vaikka se on kuuma, tiheä neste, ja sitä kutsutaan joskus 'vesi-ammoniakkimereksi'.
Metaanin, ammoniakin ja veden pitoisuudet kasvavat ilmakehän alemmilla alueilla. Toisin kuin Uranuksella, Neptunuksen koostumuksessa on suurempi valtameren tilavuus, kun taas Uranuksella on pienempi vaippa. Kuten muillakin kaasu-/jääjättiläisillä, Neptunuksella uskotaan olevan kiinteä ydin, jonka koostumus on vielä arvailujen kohteena. Kuitenkin teoria, jonka mukaan se on kivinen ja metallirikas, on yhdenmukainen nykyisten planeettojen muodostumista koskevien teorioiden kanssa.
Näiden teorioiden mukaan Neptunuksen ydin koostuu raudasta, nikkelistä ja silikaateista, ja sisäinen malli antaa sille noin 1,2 kertaa Maan massan. Paineen keskipisteessä on arvioitu olevan 7 Mbar (700 GPa), noin kaksi kertaa korkeampi kuin Maan keskustassa, ja lämpötila on jopa 5 400 K. 7 000 km:n syvyydessä olosuhteet voivat olla sellaiset, että metaani hajoaa timanttikiteiksi, jotka sataa alas kuin rakeita.
Pienemmän koonsa ja Jupiteriin ja Saturnukseen verrattuna suurempien haihtuvien aineiden pitoisuuksiensa vuoksi Neptunusta (kuten Uranusta) kutsutaan usein 'jääjättiläiseksi' - jättiläisplaneetan alaluokkaksi. Myös Uranuksen tavoin Neptunuksen sisäinen rakenne erottuu silikaateista ja metalleista koostuvan kivisen ytimen välillä; vaippa, joka koostuu vedestä, ammoniakki- ja metaanijäästä; ja ilmakehä, joka koostuu vedystä, heliumista ja metaanikaasusta.
Uranus ja Neptunus, aurinkokunnan jääjättiplaneetat. Luotto: Wikipedia Commons
Neptunuksen ilmapiiri:
Neptunuksen ilmakehä muodostaa noin 5–10 prosenttia sen massasta ja ulottuu ehkä 10–20 prosenttia matkasta kohti ydintä, jossa se saavuttaa noin 10 GPa:n paineen – tai noin 100 000 kertaa Maan ilmakehään verrattuna. Suurilla korkeuksilla Neptunuksen ilmakehässä on 80 % vetyä ja 19 % heliumia, ja siinä on jäännös metaania.
Kuten Uranuksen tapauksessa, tämä ilmakehän metaanin punaisen valon absorptio on osa sitä, mikä antaa Neptunukselle sen sinisen sävyn, vaikka Neptunuksen sävy on tummempi ja elävämpi. Koska Neptunuksen ilmakehän metaanipitoisuus on samanlainen kuin Uranuksen, joidenkin tuntemattomien ilmakehän ainesosien uskotaan myötävaikuttavan Neptunuksen voimakkaampaan värjäytymiseen.
Neptunuksen ilmakehä on jaettu kahteen pääalueeseen: alempaan troposfääriin (jossa lämpötila laskee korkeuden mukana) ja stratosfääriin (jossa lämpötila nousee korkeuden mukana). Näiden kahden välinen raja, tropopaussi, on 0,1 baarin (10 kPa) paineessa. Stratosfääri väistyy sitten termosfäärille paineessa, joka on alle 10-510-4mikrobaareja (1-10 Pa), joka siirtyy vähitellen eksosfääriin.
Neptunuksen spektrit viittaavat siihen, että sen alempi stratosfääri on samea ultraviolettisäteilyn ja metaanin vuorovaikutuksen (eli fotolyysin) aiheuttaman tuotteiden kondensoitumisen vuoksi, mikä tuottaa yhdisteitä, kuten etaania ja eteeniä. Stratosfäärissä on myös pieniä määriä hiilimonoksidia ja syaanivetyä, jotka ovat vastuussa siitä, että Neptunuksen stratosfääri on lämpimämpi kuin Uranuksen stratosfääri.
Väri- ja kontrastimuunneltu kuva, joka korostaa Neptunuksen tunnelmallisia piirteitä. Neptunuksen suuri tumma täplä erottuu näkyvimpänä piirteenä vasemmalla. Luotto: Erich Karkoschka
Epäselvistä syistä planeetan termosfäärissä on epätavallisen korkeita lämpötiloja, noin 750 K (476,85 °C/890 °F). Planeetta on liian kaukana auringosta, jotta ultraviolettisäteily tuottaisi tätä lämpöä, mikä tarkoittaa, että mukana on toinen lämmitysmekanismi – mikä voi olla ilmakehän vuorovaikutus planeetan magneettikentässä olevien ionien kanssa tai planeetan sisältä lähtevät painovoima-aallot, jotka hajoavat ilmakehä.
Koska Neptunus ei ole kiinteä kappale, sen ilmakehässä tapahtuu differentiaalikierto. Leveä päiväntasaajan vyöhyke pyörii noin 18 tunnin jaksolla, mikä on hitaampaa kuin planeetan magneettikentän 16,1 tunnin kierto. Sitä vastoin napa-alueilla, joilla kiertoaika on 12 tuntia, on päinvastainen.
Tämä differentiaalinen pyöriminen on selkein kaikista aurinkokunnan planeetoista, ja se johtaa voimakkaisiin leveystuulen leikkauksiin ja rajuihin myrskyihin. Kolme vaikuttavinta havaittiin vuonna 1989 Voyager 2 -avaruusluotaimella, ja ne nimettiin sitten heidän esiintymistensä perusteella.
Ensimmäisenä havaittiin massiivinen antisykloninen myrsky, jonka mitat olivat 13 000 x 6 600 km ja joka muistutti Suuri punainen piste Jupiterista. Tunnetaan nimellä Suuri tumma piste , tätä myrskyä ei havaittu viisi myöhemmin (2. marraskuuta 1994), kun Hubble-avaruusteleskooppi etsi sitä. Sen sijaan planeetan pohjoisella pallonpuoliskolla löydettiin uusi myrsky, joka oli ulkonäöltään hyvin samanlainen, mikä viittaa siihen, että näiden myrskyjen elinikä on lyhyempi kuin Jupiterin.
Voyager 2 -kuvien rekonstruktio, jossa näkyy Great Black spot (ylhäällä vasemmalla), Scooter (keskellä) ja Small Black Spot (alhaalla oikealla). Kiitos: NASA/JPL
The Skootteri on toinen myrsky, valkoinen pilviryhmä, joka sijaitsee etelämpänä kuin Great Dark Spot. Tämä lempinimi syntyi ensimmäisen kerran vuosia edeltäneiden kuukausien aikanaMatkustaminen 2kohtaaminen vuonna 1989, jolloin pilviryhmän havaittiin liikkuvan Suuren Pimeän pisteen nopeuksilla.
The Pieni tumma piste , eteläinen sykloninen myrsky, oli toiseksi voimakkain vuoden 1989 kohtaamisen aikana havaittu myrsky. Aluksi oli täysin pimeää; mutta kutenMatkustaminen 2Lähestyi planeettaa, kehittyi kirkas ydin, joka voitiin nähdä useimmissa korkeimman resoluution kuvissa.
Tutkimus:
TheMatkustaminen 2luotain on ainoa avaruusalus, joka on koskaan käynyt Neptunuksessa. Avaruusaluksen lähin lähestyminen planeetalle tapahtui 25. elokuuta 1989, mikä tapahtui 4800 km:n (3000 mailia) etäisyydellä Neptunuksen pohjoisnavasta. Koska tämä oli viimeinen suuri planeetta, jonka avaruusalus saattoi vierailla, päätettiin lentää kuu Tritonin läheltä – samalla tavalla kuin mitä oli tehty Matkustaminen 1' s kohtaaminen Saturnus ja sen kuu Titan .
Avaruusalus kohtasi lähes kuun Nereidin ennen kuin se saapui 4 400 kilometrin päähän Neptunuksen ilmakehästä 25. elokuuta ja ohitti sitten planeetan suurimman kuun Tritonia läheltä myöhemmin samana päivänä. Avaruusalus varmisti planeetta ympäröivän magneettikentän olemassaolon ja havaitsi, että kenttä oli siirtynyt keskustasta ja kallistunut samalla tavalla kuin Uranuksen ympärillä oleva kenttä.
Neptunuksen kiertoaika määritettiin radiopäästömittauksilla jaMatkustaminen 2osoitti myös, että Neptunuksella oli yllättävän aktiivinen sääjärjestelmä. Ohilennolla löydettiin kuusi uutta kuuta, ja planeetalla osoitettiin olevan useampi kuin yksi rengas.
Vaikka Neptunukseen ei ole tällä hetkellä suunnitteilla tehtäviä, joitain hypoteettisia tehtäviä on ehdotettu. Esimerkiksi NASA on visioinut mahdollisen lippulaivatehtävän tapahtuvan joskus 2020-luvun lopulla tai 2030-luvun alussa. Muita ehdotuksia ovat mm Cassini-Huygens -tyylinen 'Neptune Orbiter with Probes', jota ehdotettiin jo vuonna 2003.
Toinen, uudempi NASA:n ehdotus koski Argo – vuonna 2019 laukaiseva ohilento-avaruusalus, joka vierailee Jupiterissa, Saturnuksessa, Neptunuksessa ja Kuiperin vyöhykeobjektissa. Painopiste olisi Neptunuksessa ja sen suurimmassa kuussa Tritonissa, jota tutkittaisiin vuoden 2029 tienoilla.
Kun otetaan huomioon sen etäisyys Maasta, ei ole mikään salaisuus, miksi Trans-Neptunian alue on edelleen mysteeri meille. Tulevina vuosikymmeninä useiden ehdotettujen tehtävien odotetaan matkustavan sinne ja tutkivan sen rikasta jäisten kappaleiden populaatiota ja jättiläisplaneettaa, josta se on nimetty. Näistä tutkimuksista opimme todennäköisesti paljon Neptunuksesta ja aurinkokunnan historiasta.
Olemme kirjoittaneet monia mielenkiintoisia artikkeleita aiheesta Neptunus Universe Today -sivustolla. Tässä Kuka löysi Neptunuksen? , Millainen on Neptunuksen pinta? , Mikä on Neptunuksen pintalämpötila? , Kuinka monta kuuta Neptunuksella on? , Millainen on Neptunuksen ilmapiiri? , Minkä värinen on Neptunus? , Neptunuksen kiertorata: Kuinka pitkä on vuosi Neptunuksella?
Jos haluat lisätietoja Neptunuksesta, katso Hubblesiten uutistiedotteet Neptunuksesta , ja tässä linkki NASAn aurinkokunnan tutkimusopas Neptunukselle .
Olemme nauhoittaneet kokonaisen jakson Astronomy Castia vain Neptunuksesta. Voit kuunnella sen täältä, Jakso 63: Neptune .
Lähteet: