какую планету открыли с помощью математических расчетов
История открытия планеты Нептун
История о том, как было установлено местоположение планеты Нептун, необычна. Небесное тело обнаружили почти случайно, и произошло это сначала на бумаге — в результате математических расчетов. «Планета, открытая на кончике пера» — так называют Нептун некоторые ученые.
История открытия восьмой планеты и наименования
Первым Нептун заметил Галилео Галилей еще в начале XVII в., но принял его за звезду. После 1612 г. планета начала удаляться от Земли, и обнаружить ее астрономической техникой тех времен стало невозможно.
В первой половине XIX в. английский ученый Т. Дж. Хасси высказал предположение, что имевшее место аномальное перемещение Урана по своей орбите может объясняться наличием рядом крупного космического объекта.
Через несколько лет французский астроном А. Бувар математическим путем смог определить орбитальную траекторию Урана, однако оптические наблюдения не подтвердили его расчеты. Это тоже могло значить, что рядом с планетой находится нечто, на нее влияющее.
К исследованиям приступило сразу несколько ученых. Новое небесное тело обнаружили, и на право называться первооткрывателем претендовали Дж. Адамс и У. Леверье. В 1846 г. этот спор был разрешен: оба астронома были официально признаны первыми.
Но в самом конце ХХ в. ученые определили, что корректнее первооткрывателем восьмой планеты все-таки считать У. Леверье: его расчеты имели меньшую погрешность.
Небесное тело было названо в честь астронома, хотя другие исследователи настаивали на именах Океан или Янус. Сам Леверье дал восьмой планете Солнечной системе имя в честь римского бога морей — за синий цвет ее поверхности.
Что принесло науке открытие Нептуна
Открытие Нептуна не только объяснило орбитальное поведение Урана.
Оно также окончательно подтвердило справедливость гелиоцентрической теории строения Солнечной системы, которую высказал Н. Коперник.
Кроме того, была подтверждена справедливость теории всемирного тяготения И. Ньютона.
А также появились доказательства того, что небесные тела можно обнаружить благодаря предварительным математическим вычислениям, а не только непосредственному визуальному наблюдению.
Краткое описание и характеристики Нептуна
После того как Плутон был исключен из списка планет, Нептун стал по расположению самым дальним от Солнца объектом планетарного типа в нашей системе. Он находится на расстоянии в среднем 4,5 млрд км от Звезды, свет которой идет сюда больше 4 часов.
Высокая эксцентричность нептунианской орбиты (по вытянутости она уступает только венерианской) приводит к тому, что порой планета оказывается ближе к Солнцу, чем ее сосед Уран, а иногда — дальше, чем Плутон.
Нептун летит в пространстве со скоростью 5,5 км/с, проходя полностью один орбитальный круг почти за 165 земных лет. Очередной местный год начался там в июле 2011 г. Смена сезонов на Нептуне тоже есть, каждое время года длится примерно по 40 лет.
Между Землей и планетой в разные периоды от 4,3 до 4,6 млрд км. Это не дает возможности землянам увидеть планету невооруженным глазом: нужен телескоп с минимум 200-кратным увеличением и 250-миллиметровой линзой. При наблюдении Нептун будет выглядеть шаром синего цвета. Окраска объясняется большим содержанием в газовой оболочке метана.
16 часов длится оборот гиганта вокруг своей оси, и столько же времени движется вместе с планетой ее магнитное поле. Атмосфера из-за отсутствия у объекта твердой поверхности ведет себя иначе. Около экватора газовая оболочка совершает 1 оборот за 18 часов, около полюсов — за 12. Это объясняет возникновение нептунианских ураганов, самых сильных в Солнечной системе. Их скорость может достигать 600 м/с.
Самый крупный зафиксированный вихрь — Большое темное пятно размером около 13х6,5 тыс. км (что сопоставимо с габаритами Земли). Скорость ветров на его границах достигала сверхзвуковой. Пятно постоянно меняло свои очертания. Не понятно, насколько долго этот вихрь бушевал на планете.
Обнаружен он был зондом «Вояджер-2» только в 1989 г. Не ясно и точное время его исчезновения — отсутствие урагана зафиксировал в 1994 г. космический телескоп «Хаббл» при попытке сфотографировать объект.
Основные физические характеристики Нептуна:
Среди всех планет Солнечной системы Нептун — третий по массе и четвертый по диаметру. Он тяжелее Земли в 17 раз и в 4 раза больше ее по длине экватора.
Строение Нептуна напоминает Уран. Верхнюю часть планеты (до 20% ее массы) занимает газовая оболочка, ниже — мантия из смеси жидких метана и аммиака. Ученые называют нептунианскую мантию ледяной, но со льдом ее роднит только высокая плотность. В действительности это скорее кипящий океан с температурой +1700…+4700°С. Ниже мантии расположено ядро из солей кремния и чистого железа. Температура здесь достигает +5500°С.
В верхних слоях атмосферы Нептуна находятся преимущественно водород (80%) и гелий (20%). По мере приближения к поверхности в воздухе увеличивается содержание метана, придающего небесному телу синий цвет. Привычное явление для нижних слоев газовой оболочки — сероводородные и аммиачные облака.
Кольцевая система Нептуна
Нептунианские кольца были обнаружены только через 120 лет после открытия самой планеты — в 1968 г. Сначала их наличие было только научным предположением. Окончательно подтвердил существование колец в 1989 г. корабль «Вояджер-2».
Количество колец — 5, они находятся на расстоянии 42-63 тыс. км и состоят из кремниевых солей и водяного льда, но красноватый оттенок выдает присутствие в них органических веществ.
Все эти образования названы в честь ученых, внесших свой вклад в изучение Нептуна:
Последнее кольцо неоднородное, отличается наличием 5 отдельных дуг, каждая из которых имеет собственное название. Ученые пока не могут объяснить этот феномен. Возможно, объединиться дугам в единое целое не дает гравитация нептунианского ступника Галатеи, который вращается в непосредственной близости от этого кольца.
Спутники синего гиганта
Нептун имеет 14 открытых на сегодня естественных лун, самая крупная из них — Тритон, обнаруженный через 2 недели после открытия самой планеты. Этот ледяной спутник со множеством действующих криовулканов единственный из соседей движется в ретроградном направлении.
Он постепенно сближается с центральной планетой и однажды разрушится, превратившись в шестое кольцо. Масса Тритона составляет примерно 99,5% от общего веса всех местных спутников.
Второй из нептунианских лун открыли Нереиду. Это случилось в 1949 г. До сих пор спутник остается одним из наименее изученных в Солнечной системе. Следующие 6 объектов обнаружила в 1989 г. станция «Вояджер-2». Последние мелкие сателлиты были открыты уже в XXI в.
uCrazy.ru
Навигация
ЛУЧШЕЕ ЗА НЕДЕЛЮ
ОПРОС
СЕЙЧАС НА САЙТЕ
КАЛЕНДАРЬ
Сегодня день рождения
Рекомендуем
История открытия каждой планеты солнечной системы
Спутники вроде «Кеплера» работали сверхурочно, чтобы открыть сотни новых планет в нашей галактике. Но как мы впервые обнаружили планеты в нашем локальном объеме космоса? То есть в нашем пузыре под названием Солнечная система. Вот все истории о том, как астрономы, живущие сотни лет назад, открыли каждую планету в нашей Солнечной системе.
Будучи ближайшей к Солнцу планетой в нашей Солнечной системе, Меркурий вращается в пределах 46-70 миллионов километров от светила. Древние астрономы знали о скорости вращения планеты вокруг солнца: ассирийские астрономы ассоциировали планету с богами, такими как Набу, писцом и посланником богов; древние греки называли это тело Меркурием, также в честь посланника богов. С чем же связана такая ассоциация? Год на этой планете длится всего 88 дней, самый короткий из всех.
В 1631 году астроном Пьер Гассенди впервые наблюдал транзит Меркурия через солнце, и буквально спустя пару лет другой астроном Джованни Зупи открыл фазы, указывающие на то, что планета вращается вокруг Солнца. Другие астрономы постепенно добавляли к этим открытиям свои: итальянский астроном Джованни Скиапарелли наблюдал планету и заключил, что Меркурий был приливно заблокирован солнцем, то есть обращен к светилу всегда только одной стороной.
В современную эпоху освоения космоса пришли и другие открытия: очень многое о планете узнали совсем недавно. Советские ученые впервые использовали радар для исследования планеты в начале 1960-х, а ученые в обсерватории Аресибо с помощью радиотелескопа обнаружили, что планета вращается раз в 59 дней, а не в 88, как считалось ранее. В 1974 году зонд Mariner 10 впервые посетил планету, осуществил несколько облетов, картографируя поверхность, а в 2008 году к планете прибыли зонд MESSENGER, на орбите которой и остается по сей день.
Земля непрерывно наблюдалась человечеством с самого момента его появления. Но хотя мы знали, что стоим на твердой земле, чтобы выяснить истинную природу нашего дома, пришлось немного подождать. На протяжении многих веков люди считали, что Земли не является таким же объектом, как и наблюдаемые над ней: все вращалось вокруг Земли. Уже во времена Аристотеля философы определили, что Земля имеет сферическую форму, наблюдая тень от Луны.
И только 24 октября 1946 года мы смогли взглянуть на наш родной мир, когда первый снимок Земли был сделан с помощью модифицированной ракеты «Фау-2», запущенной с полигона в Нью-Мексико.
Кроваво-красная четвертая планета нашей Солнечной системы давно ассоциируется с римским богом войны, которого зовут Марс. И если многие считали, что Венера вполне могла обладать земной атмосферой, подобные мысли были и на тему Марса. В 1877 году, исследуя планету с помощью телескопа, астроном Джованни Скиапарелли описал ряд особенностей, которые он назвал Canali. Это слово было переведено неправильно, и на Марсе внезапно обнаружились каналы, причем, как подумали люди, искусственного происхождения. Спустя двадцать лет другой астроном, Камиль Фламмарион тоже определил особенности поверхности искусственного происхождения, и люди окончательно поверили в то, что на планете может быть жизнь. Восприятие общественности привело к возникновению целого ряда научно-фантастических романов на тему Марса вроде «Войны миров» Герберта Уэллса.
Достижения в области телескопов, которые пришли позже, позволили взглянуть на планету по-новому. Астрономы смогли измерить температуру планеты, определить ее атмосферное содержание и массу. На протяжении 1960-х годов, Советский Союз пытался отправить восемь зондов к Марсу, но ни разу так и не достиг успеха, хотя в 1970-х годах на Марс успешно прибыли орбитальные аппараты. NASA безуспешно попыталась отправить к Марсу Mariner 3, а вот Mariner 4, запущенный в 1964 году, успешно облетел планету и показал, что она мертва. И все же, вслед за этими разведчиками, миссии «Викингов» стали настоящим первым вторжением: 20 июля 1976 года зонд приземлился на Красную планету для проведения беспрецедентной миссии, которая продлилась до 1982 года. Вскоре за ним последовал «Викинг-2», приземлившийся на Марс в сентябре 1976 года и проработавший до 1980.
Несмотря на успех миссии, только в 1997 году на Марс был выгружен первый передвижной ровер в рамках миссии Mars Pathfinder. Последовавшая за ним миссия Mars Climate Orbiter провалилась из-за человеческой ошибки, а еще несколько марсианских зондов просто не долетели. В 2004 году NASA запустила марсоходы «Спирит» и «Оппортьюнити», которые оказались не в пример успешными. В 2012 году на смену этим роверам прибыл «Кьюриосити», который до сих пор работает.
Крупнейшую планету нашей Солнечной системе, Юпитер, наблюдают с самых древних времен. Она помогала китайцам вести 12-летний цикл, и ее назвали в честь царя римских богов. Также она была целью многих астрономов. Галилей первым наблюдал четыре главных спутника Юпитера, теперь известные как галилеевы луны: Ио, Европа, Ганимед и Каллисто, названные в честь любовников Зевса. Астроном Роберт Гук обнаружил крупную систему бурь на газовом гиганте, а в 1665 году это подтвердил Джованни Кассини, параллельно впервые заметив Большое Красное Пятно, которое формально было обнаружено в 1831 году. Не имея под собой твердой почвы, бури на Юпитере бушуют как только могут. Астрономы Джованни Борелли и Кассини, используя орбитальные таблицы и математику, обнаружили нечто странное: будучи в оппозиции к Земле, Юпитер на семнадцать минут опаздывает относительно расчетов, что говорит о том, что свет не является мгновенным явлением, а имеет задержку.
Шестая планета от Солнца, возможно, самая интересная и является последней классически признанной планетой: римляне назвали ее в честь своего бога земледелия. И только в 1610 году Галилей обратил внимание на самую яркую особенность планеты. Изучая ее свойства, он решил, что наткнулся на несколько орбитальных спутников. Но в 1655 году Христиан Гюйгенс, вооружившись более мощным телескопом, выяснил, что эта особенность представляет собой кольца, окружающие планету. Вскоре после этого он нашел первый спутник Сатурна, Титан. В 1671 году Джованни Кассини нашел четыре дополнительных луны: Япет, Рею, Тетис и Диону в разрывах между кольцами планеты, после чего его осенило: эти кольца состояли из частиц поменьше. В 1789 году немецкий астроном Уильям Гершель отметил еще две луны: Мимас и Энцелад, а за следующие сто лет были найдены еще два спутника: Гиперион в 1848 году и Феба в 1899.
Когда NASA начало исследовать внешние планеты, Сатурн сначала посетил зонд «Пионер-11» в сентябре 1979 года, сделав несколько снимков. Зонды-близнецы «Вояджер» прибыли следующими, в 1980 и 1981 годах, обеспечив нас снимками высокого разрешения. Планета стала развилкой для пары зондов: «Вояджер-1» использовал Сатурн для разгона и вылета из Солнечной системы, а «Вояджер-2» отправился к Урану. Только в 2004 году планета получила следующего посетителя в виде миссии «Кассини», которая до сих пор изучает планету и ее спутники.
Седьмую планету, Уран, было сложно найти без помощи телескопов, поэтому ее история не такая длинная, как у других планет. Наблюдая за небесами в декабре 1690 года, астроном Джон Фламстид первым обнаружил планету, но решил, что это звезда 34 Tauri. И только 31 марта 1781 года Гершель первым решил, что эта звезда на самом деле является кометой. Дальнейшее изучение этой «кометы» привело к тому, что она оказалась планетой. Гершель назвал ее Georgium Sidus в честь короля Георга Третьего, но в конце концов планета получила название Урана в честь Хроноса. Открытие было беспрецедентным: нашли самый далекий объект в Солнечной системе. В 19 веке астрономы отметили кое-что странное в орбите этого объекта: он не отвечал математическим теориям и отклонялся от своего курса. Очевидно, на него оказывало влияние что-то еще, дальше в Солнечной системе.
Но самой необычной особенностью планеты была ее ориентация: вместо того чтобы вращаться как другие планеты в системе, Уран лежит и вращается на боку. Причина этого неизвестна; в качестве теории выдвигают планетарное столкновение. В 2009 году члены Парижской обсерватории предположили, что когда планета была в зародышевом состоянии, в планетарном диске сформировалась луна, которая раскачала планету. В 1986 году зонд «Вояджер-2» прошел мимо Урана, изучив атмосферу планеты и открыв ряд дополнительных спутников и кольцевую систему. Он стал первым и единственным зондом, достигшим этой планеты; в настоящее время не планируется никаких дальнейших миссий.
Астрономы начали искать дальше, чтобы объяснить движение планеты. В Англии и Франции были свои астрономы, которые первые наткнулись на след: Джон Коуч Адамс и Урберн Леверье. С 1843 по 1845 годы Адамс проделал верные расчеты, но был отвергнут Королевским астрономическим обществом. Леверье пришел к подобному решению и обратился к Иоганну Готфриду Галле, который, следуя инструкциям Леверье, обнаружил новую планету там, где и было предсказано, 23 сентября 1846 года. В следующем месяце английский астроном обнаружил спутник Нептуна Тритон. Солнечная система увеличилась в размерах в два раза вместе с открытием.
Нептун был посещен зондом «Вояджер-2» 25 августа 1989 года, где тот взял показания планеты и отправился изучать Тритон, рядом с которым также нашел луну Нереиду. В то же время было обнаружено, что планета была очень теплой, гораздо теплее, чем ожидалось, и обладает турбулентной атмосферой с Большим Темным Пятном, похожим на юпитерианское Большое Красное Пятно. Посетив Нептун, «Вояджер-2» покинул Солнечную систему и отправился в глубокий космос.
История открытия Солнечной системы, ее планет, это интересный способ взглянуть на историю науки и понимания человечеством наших близких соседей. Изучение наших планет меняло наш взгляд на мир вокруг нас и понимание нашего места во Вселенной.
История открытия
Некоторые считают, что Нептун был открыт Галилеем. Итальянский физик наблюдал неизвестный объект в декабре 1612 года и в январе 1613. Однако астроном принял его за звезду, поскольку в момент наблюдений передвижение было слабым. Поскольку Галилей не понял, что это планета, его не считают первооткрывателем.
В 1821 году по результатам астрономических наблюдений были обнаружены отклонения в движении Урана, которые могли быть вызваны под влиянием крупного небесного тела. Никто не стал проводить исследования аномалии. В 1843 году Д. К. Адамс вычислил орбиту предполагаемой планеты, но не стал разбираться в этом вопросе. Через 2 года француз Урбен Леверье провёл свои расчёты, поскольку верил в наличие восьмой планеты. Когда Джордж Эйри сравнил оценки французского математика и Адамса и убедился в их схожести, он направил результаты в Кембриджскую обсерваторию, однако обработку наблюдений отложили.
Затем Леверье и И. Г. Галле занялись самостоятельными поисками и смогли обнаружить среди неподвижных звёзд неизвестный объект с помощью нарисованной карты неба. Его признали планетой 23 сентября 1846 года в районе 1 градуса от подсчётов Леверье и в 12 градусах от вычислений Адамса.
После этого англичане и французы долго не могли решить, кого из них следует считать первооткрывателем Нептуна. Через какое-то время общество признало, что планету открыли Адамс и Леверье. В 1998 году были найдены документы с подсчётами о расположении Нептуна из Гринвичской обсерватории. Эти находки заставили специалистов считать, что Адамс не имеет тех же прав, на открытие небесного объекта, что и Леверье.
Сначала Нептун называли «внешней от Урана планетой» или «планетой Леверье». Затем Галле предложил наименование «Янус», а англичанин Чайлз — «Океан». Леверье хотел, чтобы планета называлась его именем, но за пределами Франции многие были против. Поскольку в римской мифологии Нептун был богом моря, директор Пулковской обсерватории В. Я. Струве предложил такое название. Наименование стало международным с 29 декабря 1846 года.
До 1930 года Нептун считался самой далёкой планетой, но с открытием Плутона он стал предпоследней. В конце XX века в поясе Койпера обнаружили новые транснептуновые объекты. Астрономы начали думать над тем, стоит ли включать Плутон в эту область. В 2006 году его признали карликовой планетой, а Нептун — снова самой дальней.
Описание и физические особенности
Нептун относится к ледяным гигантам. Это четвёртая по размеру и третья по массе планета в Солнечной системе.
Основные физические характеристики Нептуна:
Магнитное поле небесного тела наклонено на 47 градусов относительно его оси вращения. Объект считается промежуточным звеном между Землёй и крупными планетами. По массе он в 19 раз меньше Юпитера. Нептун, как и Уран, относится к подклассу газовых гигантов, поскольку имеет другой состав и меньший размер, чем 2 самые большие планеты.
Пока на объект не прибыл «Вояджер-2», учёные считали, что его магнитосфера оказалась наклонённой из-за бокового вращения. Но при сравнении магнитных полей Нептуна и Урана специалисты поняли, что причина кроется в перемещении электропроводных жидкостей во внутренних зонах, которое приводит в действие динамо-эффект.
Нептун располагается на расстоянии 4,55 млрд км от Солнца и совершает полное обращение вокруг него за 164,79 года. Протяжённость между планетой и Землёй — 4,5 млрд км. 12 июля 2011 года Нептун завершил первый полный оборот с того времени, когда он был открыт. Поскольку его осевые наклоны планеты с Землёй и Марсом похожи, на нём происходят похожие сезонные изменения, но из-за продолжительного орбитального периода каждый из них продолжается почти 40 лет.
Планета поворачивается вокруг оси за 16 часов. Так как у синего гиганта нет твёрдой поверхности, его разные области вращаются с разным периодом: экваториальная — 18 ч, полярные — 12 ч. Среди всех планет такая особенность ярко выражена именно у Нептуна. Дифференцированное вращение усиливает широтный сдвиг ветров.
Состав атмосферы
В верхних областях атмосферы находится 80% водорода и 19% гелия. Синий цвет планеты обусловлен поглощением красного света метаном, который также содержится в небольшом количестве в воздушной оболочке. Поскольку объём углеводорода практически не отличается от количества вещества в атмосфере Урана, специалисты думают, что на Нептуне есть неизвестный компонент, который придаёт ему яркий лазурный оттенок.
Атмосфера газового гиганта делится на 2 главные зоны:
Между этими областями находится тропопауза. Стратосфера переходит в термосферу, которая постепенно сменяется экзосферой. Тропосфера состоит из облаков с переменными составляющими. При давлении в пределах 1−5 баров образуются скопления аммиака с сероводородом. При больших показателях в облаках дополнительно присутствуют сульфид аммония и вода. Ближе к ядру формируется водяной пар. Среди высотных образований есть облачные полосы, «обёртывающие» планету на ширине 50−150 км.
Стратосфера Нептуна теплее, чем у Урана. Это объясняется содержанием большего объёма углеводородов. Термосфера отличается слишком высокой температурой. В ней встречаются в небольшом объёме углекислый газ и вода, которые могли попасть из внешних источников. Некоторые учёные считают, что причиной разогревания выступает атмосферное взаимодействие с ионами в магнитосфере небесного тела. Есть версия, что на температуру влияют гравитационные волны, которые формируются внутри планеты и потом распространяются по атмосфере.
Нептуну характерна динамическая система штормов и ветров, характеризующихся сверхзвуковыми скоростями. Потоки воздуха направлены противоположно вращению планеты вокруг своей оси, что свойственно для низких широт. Сезоны меняются через каждые 40 лет.
Кольца и спутники
Планета имеет кольцевую систему, которая значительно меньше, чем у Сатурна. Каждое из них названо в честь их открывателей. Некоторые кольца включают ледяные частицы, покрытые силикатами. Другие состоят из материала, основанного на углероде. Всего в систему тёмных и слабых колец голубого гиганта входят 5 компонентов.
На сегодня известно 14 спутников Нептуна. Список небесных тел, вращающихся вокруг планеты:
Галатея, Деспина, Наяда и Таласса — внутренние спутники планеты. Их орбиты находятся в пределах кольцевой системы Нептуна.
Другие 5 спутников обнаружили в 2002—2003 годах. Последний — Гиппокамп — был открыт 16 июля 2013 года. Поскольку планету назвали в честь римского бога океана, его спутникам дали имена иных морских божеств античной мифологии.
Наблюдения и исследования
Нептун нельзя увидеть невооружённым глазом. Для наблюдений используют телескоп. Через бинокль 7х50 планета похожа на слабую звезду. Поскольку между гигантом и Землёй довольно значительное расстояние, угловой диаметр Нептуна меняется только в пределах 2,2−2,4 угловых секунд. С появлением космического телескопа «Хаббл» учёным удалось изучить детали поверхности голубого гиганта и узнать о его периоде вращения.
Наблюдения за планетой в диапазоне радиоволн позволяют убедиться, что Нептун выступает источником непрерывного излучения и периодических вспышек, которые обусловлены вращающимся магнитным полем планеты. С помощью наблюдений можно определить форму, размер, установить точное местоположение и передвижение волнений внутри атмосферы.
«Вояджер-2» максимально приблизился к Нептуну 25 августа 1989 года. Космический аппарат прошёл сначала мимо Нереиды, затем вблизи атмосферы планеты на расстоянии 4400 км и потом пролетел рядом с Тритоном. С помощью «Вояджера-2» удалось подтвердить существование и сильный наклон оси магнитного поля газового гиганта, обнаружить 6 спутников и кольца, а также открыть активную погодную систему Нептуна.
Занимательная информация
Нептун представляется людям чем-то загадочным и таинственным, поскольку он находится дальше всех планет от Солнца. Он поражает привлекательным синеватым оттенком, крупным размером и другими физическими особенностями.
Есть ещё несколько интересных фактов о планете:
Планета фигурирует во многих литературных и художественных произведениях, кино и мультфильмах. В астрологии Нептун считается символом идеализма и духовности. Учёные полагают, что понадобится ещё много времени, чтобы раскрыть все загадки небесного тела.