Neptunus (symboli:) onaurinkokunnan kahdeksas ja uloinplaneettaAuringosta laskettuna. Sen etäisyys Auringosta on noin 30AU. Planeetan arvellaan koostuvan pääasiassa kivestä ja jäästä, joiden päällä on melko ohut vetykerros, jonka yläosa on kaasumainen. Neptunus tunnetaan sinisestä väristään jasuuresta tummasta pilkustaan. Neptunus onhalkaisijaltaan neljänneksi jamassaltaan kolmanneksi suurin planeetta – hiemanUranusta pienempi mutta massiivisempi. Siten Neptunus on tihein jättiläisplaneetta.
Neptunusta ei voi nähdä Maassa paljain silmin.[1] Neptunus on aurinkokuntamme planeetoiksi nykyään laskettavista kahdeksasta taivaankappaleesta (Plutoa ei enää lasketa planeetaksi) ainoa, jota ei voi nähdä Maasta paljain silmin, tosin Uranus näkyy niin heikosti, että sitäkin alettiin vasta myöhään pitää planeettana.Teleskoopilla Neptunus näyttää sinertävältä, sillä sen ilmakehän metaani suodattaa punaisen värin.[2] Planeetalla on 16 tunnettua kuuta.Triton on kuista suurin ja parhaiten tunnettu. Neptunuksella on myös ohut rengasjärjestelmä. Neptunus säteilee noin kaksi kertaa sen Auringosta saaman energian verran.[3]
Planeetta on saanut nimensä roomalaisen meren jumalanNeptunuksen mukaan, ja sen symboli on Neptunuksenkolmikärki (). Planeetta löydettiin 23. syyskuuta 1846. Sitä on lähietäisyydeltä tutkinut vain yksi avaruusalus, luotainVoyager 2 vuonna 1989.
Piirrostensa perusteella ensimmäisen tunnetun havainnon Neptunuksesta tekiGalileo Galilei 28. joulukuuta 1612 ja uudelleen 27. tammikuuta 1613. Molemmissa tapauksissa Galilei luuli Neptunusta virheellisesti tähdeksi, koska se vaikutti olevan erittäin lähelläJupiteriakonjunktion takia. Tämän takia hänelle ei ole annettu kunniaa Neptunuksen löytämisestä.[4]
Vuonna 1821Uranuksen kiertoradassa havaittiin häiriöitä ja alettiin epäillä, että ne johtuisivat toisesta planeetasta Uranuksen takana. Vuonna 1843John Couch Adams laski tämän tuntemattoman planeetan kiertoradan. 1846Urbain Le Verrier teki samanlaisia laskelmia tietämättä Adamsista. Samana vuonnaJohann Gottfried Galle löysikin Neptunuksen vain asteen päässä paikasta, missä Le Verrier oli aiemmin laskenut sen olevan.
Löydön jälkeen oli useita kansallismielisiä kiistoja siitä, että oliko Neptunuksen löytäjäranskalainen vaibritti. Myöhemmin saavutettiin konsensus siitä, että molemmat saivat kunnian löydöstä. Vuodesta 1966 amerikkalainen tähtitieteilijä Dennis Rawlins on kyseenalaistanut Adamsin osuutta löydöstä perustellen sen historiallisiin dokumentteihinGreenwichin tähtitornissa.[5] Hänen mukaansa ”Adams ei ansaitse yhtä suurta tunnustusta planeetan löytämisestä kuin Le Verrier, sillä kunnian pitäisi kuulua henkilölle, joka sekä arvioi planeetan paikan että sai tähtitieteilijät etsimään sitä”.[6]
Neptunus oli aurinkokunnan uloin tunnettu planeetta löytämisestään vuoteen 1930, jolloinPluto löydettiin. Pluto kuitenkin menettistatuksensa planeettana vuonna 2006, ja Neptunuksesta tuli jälleenAurinkokunnan uloin planeetta.[7]
Neptunusta kohti on lähetettyavaruusluotainVoyager 2, joka ohitti planeetan 26. elokuuta 1989. Koska signaaleilta kestää 246 minuuttia saapua Maasta Neptunukseen, luotain käytti pääasiassa aiemmin sille annettuja komentoja Neptunuksen kohtaamisesta. Luotain lähestyi Neptunuksen kuuNereidiä ennen kuin se kävi 4 400 kilometrin päässä Neptunuksen ilmakehästä 25. elokuuta. Tämän jälkeen luotain ohitti Neptunuksen suurimman kuun, Tritonin.[8] Luotain sai selville planeetalla olevan vaihtelevan ilmaston, löysi kuusi kuuta ja useampia renkaita[8].
Neptunus ei aina ole ollut kahdeksas planeetta Auringosta. Tutkimusten mukaan vastasyntynyt Neptunus oli lähempänä Aurinkoa kuin Uranus. 650 miljoonaa vuotta muodostumisensa jälkeen planeetat kuitenkin vaihtoivat paikkaa. Tutkimuksessa tutkittiin planeettojen protoplanetaarisen kaasu- ja pölykiekon tiheyttä sekä planeettojen liikkeitä ja kokoa. Tutkijat päättelivät, että Neptunus on vaihdellut paikkaa Uranuksen puolelta toiselle.[9]
Vuoden 2024 alussa paljastui, että yleinen käsitys Neptunuksen väristä oli ollut useamman vuosikymmenen ajan virheellinen. Kun Neptunuksesta otettiin kuvia 1980-luvulla, Neptunuksen väriä käsiteltiin todellista sinisemmäksi, jotta sen piirteet erottuisivat selvemmin. Tämä selitettiin kuvatekstissä, mutta tämä seikka unohdettiin pitkäksi aikaa siten, että suuri yleisö mielsi Neptunuksen siniseksi. Kun joukko tutkijoita analysoi Neptunuksesta kerättyä valokuvadataa ylikorostamatta planeetan sinisyyttä, paljastui, että Neptunus on todellisuudessa lähes samanvärinen kuin Uranus, ainoastaan hieman Uranusta sinisempi.[10]
Kaasuplaneettojen kuten Uranuksen ja Neptunuksen muodostumista on vaikea mallintaa varmasti. Useimpien mallinnusten mukaan materian tiheys aurinkokunnan ulko-osissa oli liian matala Neptunuksen kokoisten kohteiden muodostumiseen tyypillisellä vetovoimaan perustuvalla tavalla, joten useita vaihtoehtoisia teorioita on kehitetty. Erään teorian mukaan jättiläisplaneetat syntyivät epävakauksista Auringon alkuperäisessäprotoplanetaarisessa kiekossa, ja myöhemmin läheinen suuri tähti olisi aiheuttanut planeettojen ilmakehien katoamisen.[11]
Vaihtoehtoisen teorian mukaan jättiläisplaneetat syntyivät lähempänä Aurinkoa, missä materian tiheys oli korkeampi jaliikkuivat myöhemmin protoplanetaarisen kiekon katoamisen jälkeen nykyisille paikoilleen perustuenNizzan malliin. Tämä on yleisesti hyväksytyin teoria.[12]
Neptunuksen varhaisista vaiheista ja sen kuujärjestelmän synnystä on esitetty useita teorioita. Erään niistä mukaan Neptunus nielaisi Maata suuremman planeetan varhaisissa vaiheissaan.[13]
Koska Neptunus on kaukana Auringosta, on sen pintalämpötila vain −220 °C. Neptunus on aurinkokunnan kylmin planeetta.[14] Neptunuksen kaasukehässä on havaittu aurinkokunnan korkein tuulennopeus, noin 2 000 km/h. Neptunus muistuttaa monin tavoin Uranusta, mutta on sitä tiheämpi eikä siellä pintalämpötilan takia ole pilvipeitteiden näkyvyyttä estävää utua.[14]
Heikkoja tummia renkaita[15] on havaittu Neptunuksen ympärillä – ne eivät kuitenkaan oleSaturnuksen renkaiden suuruusluokkaa. Renkaiden löytymisen aikoihin otaksuttiin, etteivät renkaat olisi täydellisiä, muttaVoyager 2 -luotaimen välittämä tieto kumosi nämä oletukset.[16]
Planeetalle sen sinisen värin antaa planeetan kaasukehänmetaanipitoisuus. Jupiterin tapaisia vyöhykkeisiä tuulia ei näy Neptunuksessa, vaan kaikki tuulet puhaltavat pääosin samaan suuntaan.[17]
Neptunuksen kiertoaika Auringon ympäri on yli 164 vuotta.[15] Heinäkuun 12. päivänä 2011 se tuli tehneeksi ensimmäisen täyden kierroksen sen jälkeen, kun se löydettiin.[18]
Kaavakuva Neptunuksen rakenteesta. 1. Kaasukehän pilviset yläosat 2. Kaasukehän vety- metaani- ja heliumosat 3. Vedestä, ammoniakista ja metaanijäästä koostuva vaippa 4. Nikkelistä, raudasta ja silikaateista koostuva kivinen ydin.
Neptunuksen sisäinen rakenne muistuttaa Uranusta. Sen ilmakehä käsittää noin 5–10 prosenttia sen massasta ja jatkuu mahdollisesti 10–20 prosenttia matkasta Neptunuksen ytimeen. Tällä alueella paine on noin 10 GPa. Ilmakehän alimmissa osissa on luultavasti suuria määriämetaania,ammoniakkia javettä.[19]
Planeetan vaipan lämpötilaksi on arvioitu 2 000–5 000 kelviniä.[20] Sen massa on noin 10–15 Maan massaa ja, kuten kaasukehän alaosatkin, sisältää huomattavia määriä metaania, ammoniakkia ja vettä. Kyseessä lienee kuuma, tiheä neste. Tätä nestettä kutsutaan joissakin tapauksissa vesi-ammoniakkimereksi.[21]
7 000 kilometrin syvyydessä olosuhteet voivat olla sopivat metaanin hajoamiselle timantinkaltaisiksi kristalleiksi, jotka sitten vajoavat kohti planeetan ydintä.[22] Planeetan vaipassa voi olla myös kerros ionisoitunutta vettä.[23]
Neptunuksen kaasukehän ylimpien osien koostumuksen on arvioitu olevan 80 prosenttia vetyä ja 19 prosenttia heliumia sekä pieniä määriä metaania.[19] Tämän metaanin aallonpituus on noin 600 nanometriä, mikä saa Neptunuksen näyttämään siniseltä, sillä metaani imee itseensä punaista valoa ja sirottaa sinistä.[25]
Samasta syystä johtuu myös Uranuksen vaaleamman sininen väri. Tätä värieroavaisuutta on pyritty selittämään Neptunuksen kaasukehän mahdollisilla tuntemattomilla ainesosilla.[26]
Neptunuksen kaasukehän voi jakaa kahteen pääalueeseen: alempaantroposfääriin (jossa lämpötila laskee korkeuden mukaan) ja ylempäänstratosfääriin (jossa lämpötila nousee korkeuden mukaan). Näiden kahden alueen rajalla,tropopaussissa, paineen on arvioitu olevan 10 kPa.[27]
Neptunuksen kaasukehässä on planeetan sisäisen lämmön takia nopeita virtauksia. Joissakin kohdissa on nähtävissä valkeita cirruspilviä, jotka liikkuvat planeetan pyörimissuuntaa vasten. Ekvaattorin alueella tämä liike on nopeinta. Metaanipilvet ovat 1 000 kPa:n paineessa noin 60 kilometriä ensimmäisten valkeiden cirruspilvien alla. Neptunuksen näkyvä pinta, läpinäkymättömät pilvet ovat huipultaan 3 000 kPa:n paineessa, jossa lämpötila on 120 kelviniä. Se on 80–150 kilometriä hajanaisten pilvien huipun alla. Näissä pilvissä on muun muassa vetysulfidia.[28]
Neptunuksen ekvaattori- ja napa-alueet ovat muita osia lämpimämpiä.[29] Neptunuksen kaasukehän lämpökäyrä on hiemanSaturnuksen vastaavaa jyrkempi, muttei läheskään niin jyrkkä kuin Jupiterilla. Silti se on Uranuksen vastaavaa loivempi.[30]
Neptunuksen magneettikenttä on kallellaan pyörimisakseliin nähden 47 astetta. Magneettikentän etäisyys planeetan ytimestä on noin 0,55 planeetan sädettä eli noin 13 500 kilometriä. Magneettikentän voimakkuus pilvien yllä on 0,06–1,2 mikroteslaa. Kentän dipolimomentti on 25 kertaa maan vastaava ja voimakkuus 0,14 gaussia.[31] Kentän suunta on vastakkainen kuin maalla. Magnetopaussi eli magneettikentän raja on 25 planeetan säteen päässä Auringon suunnasta.[32]
Vaikkei olekaan täysin varmaa, yleisesti ajatellaan Uranuksen ja Neptunuksen tyyppisten planeettojen magneettikenttien syntyvän paineen takia ionisoituneen veden, ammoniakin ja metaanin virtauksissa syvällä planeetan ydintä ympäröivässä tiheässä, kuumassa vaipassa.[21] Metaani, vesi ja ammoniakki hajoavat hydroksidi-ioneiksi, hydroksyyli-ioneiksi, ammoniumioneiksi, hiileksi ja protoneiksi suurissa paineissa, ja käyttäytyvät nestemäisen suolan tavoin saaden metallisia ominaisuuksia.[33]
Neptunuksen keskimääräinen etäisyys Auringosta on 30,01 AU. Sen kiertoaika Auringon ympäri on noin 164,4 vuotta.[15] 11. heinäkuuta 2011 Neptunus suoritti ensimmäisen kierroksensa Auringon ympäri sen löytämisestä vuonna 1846, vaikkei se näkynytkään silloin täysin samassa paikassa kuin sen löytöaikana johtuen Maan kiertämisestä Auringon ympäri. Täysin samaan paikkaan se palasi 12. heinäkuuta.[34]
Neptunuksen radaninklinaatio on 1,77 astetta. Koska planeetan radaneksentrisyys on 0,0086, Neptunuksen ja Auringon välinen etäisyys vaihtelee 101 miljoonaa kilometriä sen kiertoradan kaukaisimman ja Aurinkoa lähimmän pisteen välillä.[35]
Neptunuksen akselin kaltevuus on 29,6 astetta,[15] mikä on samankaltainen kuin Maan (23°) jaMarsin (25°) vastaavat. Tästä johtuu, että Neptunuksella on samankaltaiset vuodenaikojen vaihtelut kuin Maassa. Pitkän kiertoajan takia Neptunuksen vuodenajat kestävät yli 40 Maan vuotta.[36]
Neptunuksen vuorokausi kestää noin 16,11 tuntia.[37]
Neptunuksen kiertoradalla on huomattava vaikutus sen takana olevaan alueeseen,Kuiperin vyöhykkeeseen. Kuiperin vyöhyke on suuri kylmienplanetoidien alue (samankaltainen kuinasteroidivyöhyke, mutta suurempi). Alue jatkuu Neptunuksen kiertoradalta noin 55 AU:n päähän Auringosta.[38]
Samalla tavalla kuinJupiterin vetovoima vaikuttaa asteroidivyöhykkeeseen, Neptunuksen vetovoima vaikuttaa Kuiperin vyöhykkeeseen. Aurinkokunnan historiassa Neptunuksen vetovoima on sekoittanut tiettyjä Kuiperin vyöhykkeen alueita luoden siihen aukkoja, esimerkiksi 40-42 AU:n etäisyydellä Auringosta olevan alueen.[39]
Yksi tärkeä ero Neptunuksen ja Uranuksen välillä on ilmaston aktiivisuus. Kun Voyager 2 ohitti Uranuksen vuonna 1986, ilmaston aktiivisuus oli erittäin vähäistä. Neptunuksen kaasukehästä puolestaan löytyi suuria, aktiivisia myrskyjä.[40]
Neptunuksen ilmastoa hallitsevat erittäin nopeat myrskyt, joissa tuulen nopeus on usein lähes 600 m/s, mikä vastaa suunnilleenäänen nopeutta.[17] Useimmat Neptunuksen tuulista liikkuvat planeetan pyörimissuuntaa päinvastaisesti. Yksittäisiä pilviä tutkiessa on havaittu, että niiden liikkumisnopeudet vaihtelevat nopeudesta 20 m/s (itäiseen suuntaan) nopeuteen 325 m/s (läntiseen suuntaan).[41]Metaani-,etaani- jaetyynipitoisuudet ovat 10–100 kertaa suurempia Neptunuksen ekvaattorin alueella kuin planeetan navoilla.[27]
Vuonna 2007 havaittiin, että Neptunuksentroposfäärin yläosat planeetan etelänavan alueella ovat noin 13 kelviniä lämpimämpiä kuin planeetan muut osat, joiden lämpötila on noin 70 kelviniä (−200 °C). Tämä tarkoittaa, että planeetan eteläosat ovat muita osia lämpimämpiä.[42] Tämä lämpötila riittää metaanin, joka on planeetan muissa osissa jäätynyttä, höyrystymiseen ja pakenemiseen. Tämän vuoksi Neptunuksen etelänavalta vapautuu metaania avaruuteen.[43]
Vuonna 1989 Neptunuksesta havaittiin suuri tumma pilkku,antisykloninen myrsky, jonka halkaisija oli 13 000 kilometriä. Havainnon teki Voyager 2 -luotain.[40] Myrsky muistutti tunnetumpaa Jupiterinsuurta punaista pilkkua. Viisi vuotta myöhemmin myrskyä ei yrityksistä huolimatta löydetty uudelleenHubble-avaruusteleskoopilla. Tämän sijaan uusi samankaltainen myrsky löytyi planeetan pohjoiselta pallonpuoliskolta.[44][45]
Voyager 2 löysi myös eteläisellä pallonpuoliskolla olevan erittäin nopean pienen tumman pilkun. Se oli toiseksi suurin luotaimen löytämä myrsky.[46] Tämä myrsky on suurta tummaa pilkkua etelämpänä.
Neptunuksen myrskyt ovat aurinkokunnan korkeimmalla ilmakehässä tapahtuvia myrskyjä.[1] Neptunuksella on mitattu aurinkokunnan kovimmat tuulet, jotka voivat yltää jopa 2 400 kilometriin tunnissa.[47]
Neptunuksen säde on 24 786 kilometriä ja renkaat ovat 41 900–62 930 kilometrin päässä planeetan keskuksesta. Neptunuksen kolme suurinta rengasta ovat Adamsin rengas (63 000 km Neptunuksen ytimestä), Le Verrierin rengas (53 000 km) ja Gallen rengas (42 000 km). On olemassa myös kaksi himmeämpää rengasta, Le Verrierin renkaasta hieman erillään oleva Lassellin rengas sekä sen ulko-osien Aragon rengas.[16]
Maasta vuonna 2005 tehtyjen löytöjen perusteella Neptunuksen renkaat voivat olla epävakaammat kuin on aiemmin uskottu. Keckin tähtitornista vuosina 2002 ja 2003 otetuista kuvista ilmenee, että renkaat ovat pienentyneet huomattavasti verrattuna Voyager 2:n ottamiin kuviin.[48]
Neptunuksella on 16 tunnettua kuuta. Suurin niistä on noin 99,5 prosenttia[50] kaikkien Neptunuksen kuiden yhteismassasta käsittäväTriton, jonka löysiWilliam Lassell vain 17 päivää Neptunuksen löytämisen jälkeen. Triton kiertää Neptunusta poikkeuksellisella,taannehtivalla radalla. Kuun arvellaan syntyneen Neptunuksen siepattua sen.[51][3] Muilla jättiläisplaneetoilla kiertää päiväntasaajan tasolla suuria kuita, mutta Triton on ainoa Neptunuksen suuri kuu. Tritonin sieppaustapahtuma on mahdollisesti sekoittanut Neptunuksen kuujärjestelmän ja tuhonnut muut Neptunuksen suuret kuut.[52] Triton on myös Aurinkokunnan kylmin tunnettu kohde, jonka lämpötilaksi on arvioitu 38 kelviniä,[53] ja sen pinnalla on havaittu jopa harvinaista jäävulkanismia.[3]
Planeetan neljä sisintä kuuta kiertävät sitä renkaiden välissä pyöreillä radoilla. Epäsäännöllisen muotoinenNereid löydettiin toisena Neptunuksen kuista vasta yli sata vuotta Tritonin jälkeen. Sen eksentrisyyden (0,7512) takia kuun suurin etäisyys planeetasta on seitsemän kertaa sen pienintä etäisyyttä suurempi yhden kierroksen aikana (pienin etäisyys 1 372 000 km, suurin etäisyys 9 655 000 km). Nereid ja sitä ulommat pikkukuut kiertävät planeettaa soikeilla radoilla. Myöhemmin Voyager 2 löysi kuusi uutta, pienempää kuuta. Yksi näistä kuista,Proteus, on erityinen, koska se kykenee pysymään pallomaisessa muodossa omalla painovoimallaan, mikä on erikoista sen kokoisille kohteille.[54]
Neptunuksen uloimmalla kuulla,Nesolla, on suurempi kiertosäde ja kiertoaika kuin millään muulla tunnetulla kuulla. Siltä kuluu Neptunuksen kiertämiseen 25 vuotta etäisyydellä, joka on keskimäärin 125 kertaa Maan ja Kuun etäisyys.[55]
↑Connerney, J.E.P.; Acuna, Mario H. & Ness, Norman F.: The magnetic field of Neptuneadsabs.harvard.edu. 1991. Viitattu 6.3.2016. (englanniksi)
↑Ness, N. F.; Acuña, M. H.; Burlaga, L. F.; Connerney, J. E. P.; Lepping, R. P. & Neubauer, F. M.: Magnetic Fields at NeptuneScience. 15.12.1989. (englanniksi)
↑Karttunen, Hannu: Tähtitieteen perusteet, Neljäs laitos, s. 229, 230, 281–283, 285. Tähtitieteellinen yhdistys Ursa, 2010. ISBN 9789525329827
↑Hammel, H. B.; Beebe, R. F.; De Jong, E. M.; Hansen, C. J.; Howell, C. D.; Ingersoll, A. P.; Johnson, T. V.; Limaye, S. S.; Magalhaes, J. A.; Pollack, J. B.; Sromovsky, L. A.; Suomi, V. E. & Swift, C. E.: Neptune’s wind speeds obtained by tracking clouds in Voyager 2 images (245 (4924): 1367–1369) Science. 22.9.1989. Viitattu 6.3.2016. (englanniksi)
↑Anne Liljeström: 40 vuotta planeettatutkimusta; näin aurinkokunta muuttui. Tähdet ja Avaruus, 2011, nro 7/2011, s. 36. Tähtitieteellinen yhdistys URSA ry.
.svg)
.jpg)
