NEPTUN (PLANET): EIGENSCHAFTEN, ZUSAMMENSETZUNG, UMLAUFBAHN, BEWEGUNG, STRUKTUR - ARTE - 2025

Neptun ist der achte Planet im Sonnensystem in Bezug auf die Umlaufbahn, ein Eisriese und der äußerste von allen. Dies ist der Fall, seit Pluto 2006 nicht mehr als Planet betrachtet wurde und zu einem Zwergplaneten wurde, der Teil des Kuipergürtels ist.

Am Nachthimmel sieht Neptun aus wie ein kleiner bläulicher Punkt, über den nur sehr wenig bekannt war, bis Weltraummissionen Ende der 1980er Jahre wie Voyager 2 Daten über den Planeten und seine Satelliten lieferten.

Abbildung 1. Neptun, fotografiert von Voyager 2 im Jahr 1989, zeigt die dunklen Flecken aufgrund von atmosphärischen Stürmen. (Quelle: NASA)

Voyager 2-Bilder zeigten zum ersten Mal einen Planeten mit einer blaugrünen Oberfläche, starken Stürmen und schnellen Windströmungen, die dunkle antizyklonische Flecken erzeugten. Sie sind denen des Jupiter sehr ähnlich, wenn auch zeitlich nicht so dauerhaft wie diese.

Neptuns Atmosphäre ist reich an Methan und hat ein sehr schwaches Ringsystem. Der Planet hat eine Magnetosphäre, weshalb angenommen wird, dass er einen metallischen Kern hat.

Bisher wurden 15 Satelliten von Neptun gezählt, darunter Triton und Nereida als Hauptsatelliten.

Entdeckung und Geschichte

Die Entdeckung von Neptun war das Ergebnis einer mathematischen Vorhersage, die auf Beobachtungen von Störungen in den Umlaufbahnen der Planeten Uranus und Saturn beruhte. Bereits 1610 hatte Galileo Neptun mit demselben Teleskop gesichtet, mit dem er die Jupitermonde entdeckt hatte, aber er verwechselte es mit einem Stern.

Viel später, 1846, untersuchte der auf Himmelsmechanik spezialisierte französische Mathematiker Urbain Le Verrier bestimmte Störungen in den Bahnen von Saturn und Uranus. Die beste Erklärung war, die Existenz eines neuen Planeten vorzuschlagen, von dem er die Umlaufbahn und Position am Himmel vorhersagte. Der nächste Schritt war, den Planeten zu finden, und so überzeugte Le Verrier den deutschen Astronomen Johann Gottfried Galle, danach zu suchen.

In der Nacht des 23. September 1846 bestätigte Galle von seinem Observatorium in Berlin aus die Existenz des neuen Planeten, und innerhalb weniger Tage erschien Triton, sein größter Satellit.

Fast gleichzeitig in Cambridge, England, machte der junge Mathematiker John Couch Adams, der ebenfalls seit einiger Zeit an dem Problem arbeitete, ähnliche Vorhersagen.

Neptun verdankt seinen Namen dem Meeresgott in der römischen Mythologie (entspricht dem griechischen Gott Poseidon), der der Tradition folgt, die Planeten nach den Gottheiten des römischen Pantheons zu benennen.

Allgemeine Charakteristiken

Der Durchmesser von Neptun ist fast viermal so groß wie der Durchmesser der Erde, aber ungefähr ein Drittel des gigantischen Jupiter.

Abbildung 2. Neptun im Vergleich zur Erde. (Quelle: Wikimedia Commons)

Seine Masse ist 17-mal so groß wie die der Erde und sein Volumen ist 57-mal größer. In Bezug auf die Masse steht es an dritter Stelle unter den Planeten im Sonnensystem und an vierter Stelle in der Größe.

Zusammenfassung der wichtigsten physikalischen Eigenschaften von Neptun

-Masse: 1.024 × 10 ²⁶ kg (17.147-fache der Erde)

- Durchschnittlicher Radius : 24.622 km, entspricht dem 3,87-fachen des Radius der Erde.

-Form: an den Polen um den Faktor 0,983 abgeflacht.

-Mittelradius der Umlaufbahn: 4,498 x 10 ⁹ km entsprechend 30,07 AU

- Neigung der Drehachse : 30º in Bezug auf die Orbitalebene.

-Temperatur: -220ºC (Wolken)

-Gravitation: 11,15 m / s ² (1,14 g)

- Eigenes Magnetfeld: Ja, 14 Mikrotesla am Äquator.

-Atmosphäre: Wasserstoff 84%, Helium 12%, Methan 2%, Ammoniak 0,01%.

-Dichte: 1.640 kg / m ³

-Satelliten: 15 bisher bekannt.

-Ringe: Ja, sie sind dünn und bestehen aus Eispartikeln und Silikaten.

Übersetzungsbewegung

Neptun, der achte Planet im Sonnensystem, ist ein Gasriese, dessen Umlaufbahn um die Sonne einen mittleren Radius von 30 AE hat. Eine astronomische Einheit AU entspricht 150 Millionen Kilometern und ist die durchschnittliche Entfernung zwischen Sonne und Erde.

Abbildung 3. Animation, die die Umlaufbahn von Neptun in Rot zeigt, zusammen mit Uranus ', dem blauen Punkt. Quelle: Wikimedia Commons.

Dies bedeutet, dass der Radius von Neptuns Weg 30-mal so groß ist wie der der Erde. Es dauert also 165 Jahre, bis eine Umdrehung um die Sonne abgeschlossen ist.

Wissenswertes über Neptun

-Es ist der Planet, der am weitesten von der Sonne entfernt ist, da Pluto, der sich nach der Umlaufbahn von Neptun befindet, jetzt ein Zwergplanet ist.

-Neptun ist der kleinste der vier Riesenplaneten (Jupiter, Saturn, Uranus, Neptun).

-Die Schwerkraft von Neptun ist der der Erde sehr ähnlich.

-Es ist der kälteste Planet im Sonnensystem mit einer Durchschnittstemperatur von -221,4 ° C.

-Es hat ein System von Ringen, aber im Gegensatz zu denen des Saturn sind sie nicht kontinuierlich, sondern bilden Bögen entlang seiner Umlaufbahn.

-Neptun ist der dichteste der Riesenplaneten.

-Es gibt Hurrikane mit den schnellsten Winden im Sonnensystem, die erstaunliche 2.100 km / h erreichen können.

-Neptun hat einen großen dunklen Fleck, einen Whirlpool von der Größe des Planeten Erde. Dieser 1989 fotografierte Spot verschwand 1994, führte aber zu einem neuen Dark Spot.

-Triton, der größte Satellit von Neptun, dreht sich in die entgegengesetzte Richtung zu seinen anderen Satelliten, weshalb angenommen wird, dass er vom Planeten gefangen wurde und sich nicht gleichzeitig mit ihm bildete.

-Triton (der größte Satellit von Neptun) hat Vulkane und Stickstoff-Geysire, ist jedoch einer der kältesten Sterne im Sonnensystem (-235 ° C).

- Die Mission Voyager 2 verlief 1989 3.000 Kilometer vom Nordpol des Planeten Neptun entfernt.

- Am 12. Juli 2011 vollendete Neptun seine erste vollständige Umlaufbahn seit seiner Entdeckung am 23. September 1846.

Drehbewegung

Abbildung 4. Neptun benötigt fast 16 Stunden, um eine vollständige Umdrehung um seine Achse durchzuführen. Quelle: NASA.

Die Rotation von Neptun beträgt 15 Stunden, 57 Minuten und 59 Sekunden, entsprechend der bisher genauesten Messung.

Es ist keine leichte Aufgabe, die Rotationsgeschwindigkeit eines Planeten zu bestimmen, der nur die Oberfläche seiner Atmosphäre zeigt und sich auch bewegt. Es ist viel einfacher, die Rotationsgeschwindigkeit von felsigen Planeten zu bestimmen.

Als Voyager 2 1989 Neptun erreichte, wurde eine Rotationsperiode von 16 Stunden 6,5 Sekunden geschätzt. Heute ist diese Messung dank der sorgfältigen Messungen des Planetenforschers Erich Karkoschka von der University of Arizona als ungenau bekannt.

Drehzahl und Magnetfeld

Die Rotationsgeschwindigkeit der anderen Riesenplaneten wird durch die vom Magnetfeld emittierten Impulse gemessen. Diese Methode gilt jedoch nicht für Neptun, da weder die Achse noch das Zentrum des magnetischen Dipols mit der Rotationsachse des Planeten zusammenfallen, wie wir im folgenden Vergleichsbild sehen:

Abbildung 5. Magnetfeld der Riesenplaneten. Quelle: Seeds, M. 2011. Das Sonnensystem. Siebte Ausgabe. Lernen einbinden.

Das Bild zeigt das Modell des Magnetfelds, das von einem Dipol (einem Magneten) erzeugt wird, der sich mehr oder weniger in der Mitte des Planeten befindet. Dieses Modell ist auch für das Erdmagnetfeld geeignet.

Das Neptunfeld ist jedoch in dem Sinne anomal, dass der Quadrupol und die Eingänge höherer Ordnung größer sein können als das Dipolfeld. Und wie wir in der Abbildung sehen, ist der Dipol von der Mitte verschoben.

Deshalb entwickelte Karkoschka eine andere Methode, bei der mehr als fünfhundert Bilder vom Hubble-Teleskop verwendet wurden. Er fand zwei charakteristische Merkmale des Planeten, die er nannte: South Polar Feature und South Polar Wave.

Diese haben sich seit den 1990er Jahren mit der gleichen Geschwindigkeit gedreht, was bestätigt, dass dies die wahre Geschwindigkeit des Planeten ist.

Abbildung 6. In diesem Bild von Neptun werden Farbfilter verwendet, um Dark Spot 2 und das Südpol-Merkmal hervorzuheben, die auf dem Planeten verankert zu sein scheinen. Quelle: Erich Karkoschka.

Das Bild in Abbildung 5 (oben) zeigt Farben und Kontraste, die durch Filter modifiziert wurden, um die atmosphärischen Eigenschaften des Planeten hervorzuheben.

Wie wir bereits gesagt haben, überschreiten Winde in Neptuns Atmosphäre häufig die Schallgeschwindigkeit.

Somit ändert der Große Dunkle Fleck von Neptun seine relative Position im Laufe der Zeit, während der Dunkle Fleck 2 und das Südpol-Merkmal ihre relativen Positionen beibehalten. Dies deutet darauf hin, dass sie an die Rotation des Planeten gebunden sind, wodurch Karkoschka die Länge eines Tages auf Neptun genau bestimmen konnte.

Komposition

Elemente wie Wasserstoff (84%), Helium (12%), Methan (2%) und andere Gase wie Ammoniak, Ethan und Acetylen befinden sich in der Atmosphäre von Neptun. Unter dieser Atmosphäre befindet sich eine Mischung aus Wasser, flüssigem Ammoniak, Methan und geschmolzenem Gestein, die Kieselsäure, Eisen und Nickel enthält.

In den unteren Regionen der Atmosphäre finden sich zunehmende Konzentrationen von Methan, Ammoniak und Wasser. Im Gegensatz zu Uranus, dem Zwillingsplaneten, hat Neptuns Komposition ein größeres Ozeanvolumen.

Struktur

Der Planet hat einen felsigen Kern, der von einer eisigen Hülle umgeben ist, alle unter einer dichten und dichten Atmosphäre, die ein Drittel seines Radius einnimmt. Es ähnelt dem des Zwillingsplaneten Uranus.

Die folgende Abbildung zeigt die Struktur von Neptun detaillierter.

Abbildung 7. Interne Struktur von Neptun. Quelle: Wikimedia Commons. Chocofrito / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0).

Neptun hat eine Struktur mit gut differenzierten Schichten:

- Obere Schicht: Sie besteht aus Wolken, die hauptsächlich aus Wasserstoff und Helium bestehen, und in geringerem Maße aus Methan und anderen Gasen. Es entspricht ungefähr 5-10% der Masse des Planeten.

- Atmosphäre : Wasserstoff, Helium und Methan.

- Mantel: Unter der Atmosphäre befindet sich der große Mantel des Planeten, eine flüssige Region, in der die Temperaturen zwischen 1.727 und 4.727 ° C liegen können. Er besteht aus Wasser, Methan und Ammoniak in flüssigem Zustand.

Der Mantel reicht von 10 bis 15 Landmassen und ist reich an Wasser, Ammoniak und Methan. Diese Mischung wird "Eis" genannt, obwohl sie eine heiße und dichte Flüssigkeit ist, und sie wird auch als Ozean aus Wasser und Ammoniak bezeichnet.

Der Mantel selbst hat sehr hohe Temperaturen zwischen 1.700 ° C und 4.700 ° C und seine elektrische Leitfähigkeit ist ebenfalls hoch.

- Kern: Besteht aus Kieselsäure, Eisen und Nickelgestein, ähnlich wie Uranus, der andere Riese aus Eis und Gas. Die Masse des Kerns beträgt das 1,2-fache der Masse der Erde. Der Druck im Zentrum wird auf 700 GPa geschätzt, ungefähr doppelt so hoch wie im Erdmittelpunkt, mit Temperaturen von bis zu 5.670 ºC.

Atmosphäre

Die Atmosphäre von Neptun ist sehr interessant und verdient einen besonderen Abschnitt. Es ist anfangs extrem kalt, da es der am weitesten von der Sonne entfernte Planet ist und nur sehr wenig Sonnenstrahlung empfängt. Aus diesem Grund liegt die Temperatur im oberen Teil der Atmosphäre in der Größenordnung von -220 ºC.

Neptun hat jedoch eine interne Wärmequelle, wahrscheinlich aufgrund der Kollisionen der Leitungselektronen im Fluidmantel und auch aufgrund der verbleibenden Wärme während seiner Bildung.

Aufgrund dieses enormen Temperaturgradienten treten enorme Konvektionsströme auf, die das Klimasystem des Planeten sehr extrem machen.

Und so entstehen die größten Stürme und Hurrikane im Sonnensystem, was durch die Bildung riesiger Flecken antizyklonischer Strömungen aufgrund entgegengesetzter Winde in verschiedenen Breiten belegt wird.

Unter allen antizyklonalen Systemen von Neptun sticht der Große Dunkle Fleck hervor, der 1989 zum ersten Mal von der Voyager 2-Sonde fotografiert wurde, als er 3.000 Kilometer vom Planeten entfernt war.

In Bezug auf die Farbe ist Neptun noch bläulicher als Uranus, gerade wegen seiner höheren Methankonzentration, die die rote Wellenlänge absorbiert und die blaue Wellenlänge reflektiert. Es gibt aber auch andere Moleküle, die zu seiner Farbe beitragen.

Im unteren Bereich der Atmosphäre (Troposphäre) nimmt die Temperatur mit der Höhe ab, im oberen Bereich (Stratosphäre) tritt das Gegenteil auf. Zwischen diesen Schichten beträgt der Druck 10 Tausend Pascal (Pa).

Über der Stratosphäre befindet sich die Thermosphäre, die sich allmählich in die Exosphäre umwandelt, wo der Druck von 10 Pa auf 1 Pa abnimmt.

Neptunsatelliten

Bisher wurden 15 natürliche Satelliten des Planeten gezählt. Der größte seiner Satelliten und der erste, der 1846 entdeckt wurde, ist Triton. 1949 wurde ein zweiter Satellit namens Nereida entdeckt.

1989 entdeckte die Mission Voyager 2 sechs weitere Satelliten: Naiad, Thalassa, Despina, Galatea, Larisa und Proteus.

Später im Jahr 2003 werden Halimedes, Sao, Laomedeia, Psámate und Neso entdeckt. Der kleine Satellit 14 wurde 2013 vom SETI-Institut entdeckt. Seine Umlaufzeit beträgt 23 Stunden.

Sehen wir uns einige Details zu den Hauptmonden von Neptun an:

Triton

Es ist der größte von Neptuns Satelliten mit einem Durchmesser von 2.700 km, etwa 18-mal kleiner als sein Wirtsplanet und fast 5-mal kleiner als die Erde.

Seine Umlaufzeit beträgt fast 6 Tage, aber seltsamerweise dreht es sich in die entgegengesetzte Richtung zur Rotation von Neptun und seinen anderen Satelliten. Zusätzlich ist seine Umlaufbahn gegenüber der Umlaufbahn des Planeten um 30 Grad geneigt.

Es ist das kälteste Objekt im Sonnensystem mit einer Durchschnittstemperatur von -235 ºC und besteht aus drei Vierteln Gestein und einem Viertel Eis. Auf seiner Oberfläche befinden sich Geysire mit dunklen Ausstrahlungen in Richtung Atmosphäre, während die Oberfläche Ebenen und einige Vulkane mit Kratern von 200 km aufweist.

Abbildung 8. Die Hauptsatelliten von Neptun; Triton, Proteus, Nereida und Larisa. Quelle: Wikimedia Commons.

Nereide

Es wurde 1949 von Gerard Kuiper entdeckt, da es 14% des empfangenen Sonnenlichts reflektiert.

Seine Größe ist ein Achtel von Triton und es hat eine sehr exzentrische Umlaufbahn, die nächste Annäherung an Neptun ist 1.354.000 km und die weiteste Entfernung ist 9.624.000 km, was 360 Tage dauert.

Proteus

Abbildung 9. Brüderlichkeit, Gleichheit, Freiheit ist der Name, der den Bögen des Adams-Rings (dem äußersten) gegeben wird. Der innere Ring ist der Le Verrier. (Quelle: Wikimedia Commons)

Neptun hat fünf dünne und schwache Ringe, die hauptsächlich aus Staub und Eispartikeln bestehen. Es wird angenommen, dass sein Ursprung in den Trümmern liegt, die durch Kollisionen zwischen Meteoren und den natürlichen Satelliten des Planeten entstanden sind.

Die Ringe sind nach den Nachnamen der Wissenschaftler benannt, die am meisten zu ihrer Entdeckung und Untersuchung beigetragen haben. Vom Innersten bis zum Äußersten sind es Galle, Le Verrier, Lassell, Arago und Adams.

Es gibt auch einen Ring, dessen Umlaufbahn er mit dem Galatea-Satelliten teilt, den wir auf dem folgenden Bild sehen können:

Abbildung 10. Diagramm der fünf Ringe von Neptun und ihre Namen. Die Umlaufbahn einiger Satelliten wird ebenfalls angezeigt. (Quelle: NASA).

Wann und wie man Neptun beobachtet

Neptun kann mit bloßem Auge nicht gesehen werden, selbst mit einem Amateurteleskop sieht es so klein aus, dass es für einen Stern gehalten werden kann.

Verwenden Sie dazu am besten ein Computerprogramm oder eine Anwendung, die als Planetarium fungiert. Für das Android-Betriebssystem zeichnet sich die Sky Maps-Anwendung aus, mit der Sie Planeten und andere Himmelsobjekte schnell und mit beträchtlicher Präzision lokalisieren können.

Die beste Zeit zum Beobachten ist, wenn sich der Planet in Opposition befindet, dh die Erde befindet sich zwischen der Linie, die die Sonne mit Neptun verbindet.

Dieses Phänomen tritt alle 368 Tage auf und wird bis 2020 am 11. September auftreten. Es ist sicherlich nicht die einzige Gelegenheit, Neptun zu beobachten, was auch zu anderen Jahreszeiten sichtbar ist.

Mit einem guten Teleskop kann Neptun von den Hintergrundsternen unterschieden werden, da es wie eine blaugrüne Scheibe aussieht.

Neptuns Magnetosphäre

Zuvor wurde auf die Besonderheiten des Magnetfelds von Neptun eingegangen. Die Magnetpole des Planeten sind gegenüber der Drehachse um 47 ° geneigt.

Das Magnetfeld wird durch die Bewegung leitfähiger Flüssigkeiten erzeugt, die eine dünne kugelförmige Schicht innerhalb des Planeten bilden. Bei Neptun sind die Magnetpole jedoch um etwa 0,5 Radien vom Planeten vom Zentrum entfernt.

Die Intensität des Feldes am magnetischen Äquator liegt in der Größenordnung von 15 Mikrotesla und ist 27-mal intensiver als die der Erde.

Die Geometrie des Feldes ist komplex, da die Quadrupolbeiträge den Dipolbeitrag überschreiten können, im Gegensatz zur Erde, bei der der Dipol der relevanteste Beitrag ist.

Figure 11. Das eigentümliche Magnetfeld von Neptun. (Quelle: emaze.com)

Die Magnetosphäre von Neptun erstreckt sich bis zum 35-fachen ihres Radius an der Stoßfront und 72 Radien am Schwanz.

Die Magnetopause, bei der der magnetische Druck dem Druck der geladenen Teilchen von der Sonne entspricht, liegt zwischen 23 und 27 Radien vom Planeten.

Missionen nach Neptun

Voyager 2

Die einzige Weltraummission, die den Planeten Neptun umkreiste, war die Voyager 2, die 1982 auf dem Planeten eintraf.

Zu dieser Zeit waren nur zwei Satelliten bekannt: Triton und Nereida. Dank der Mission Voyager 2 wurden sechs weitere entdeckt: Naiad, Thalassa, Despina, Galatea, Larisa und Proteus. Diese Satelliten sind ziemlich kleiner als Triton, haben eine unregelmäßige Form und Umlaufbahnen mit kleinerem Radius.

Diese sechs Satelliten werden verdächtigt, die Überreste einer Kollision mit einem alten Satelliten zu sein, der mit Triton kollidierte, als dieser durch Neptuns Anziehungskraft erfasst wurde.

Voyager 2 entdeckte auch neue Ringe auf Neptun. Obwohl der erste der Ringe 1968 entdeckt wurde, war seine Existenz und die Entdeckung neuer Ringe erst mit der Ankunft dieser Sonde im Jahr 1989 möglich.

Die nächste Annäherung des Raumfahrzeugs an den Planeten erfolgte am 25. August 1989 in einer Entfernung von 4.800 km über dem Nordpol von Neptun.

Da dies der letzte große Planet war, den das Raumschiff besuchen konnte, wurde beschlossen, den Mond Triton aus nächster Nähe zu fliegen, ähnlich wie dies mit der Voyager 1 geschehen war, die von Saturn und seinem Mond Titan geflogen wurde.

Am 25. August 1989 machte das Raumschiff eine enge Begegnung mit dem Mond Nereid, bevor es 4.400 km von Neptuns Atmosphäre entfernt erreichte und am selben Tag in der Nähe von Triton, dem größten Mond des Planeten, vorbeifuhr.

Das Raumschiff überprüfte die Existenz des Neptun umgebenden Magnetfelds und stellte fest, dass das Feld vom Zentrum versetzt und geneigt war, ähnlich wie das Feld um Uranus.

Verweise

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