نبتون (كوكب): الخصائص والتكوين والمدار والحركة والبنية - آرتي - 2025

نبتون هو الكوكب الثامن في النظام الشمسي من حيث المسافة المدارية ، وهو عملاق جليدي والأبعد من ذلك كله. هذا هو الحال منذ أن توقف اعتبار بلوتو كوكبًا في عام 2006 ، وأصبح كوكبًا قزمًا يمثل جزءًا من حزام كويبر.

في سماء الليل ، يبدو نبتون كنقطة صغيرة مزرقة لا يُعرف عنها سوى القليل جدًا ، إلى أن قدمت البعثات الفضائية في أواخر الثمانينيات ، مثل فوييجر 2 ، بيانات حول الكوكب وأقماره.

الشكل 1. صورت نبتون بواسطة فوييجر 2 في عام 1989 ، تُظهر الصورة البقع المظلمة بسبب العواصف الجوية. (المصدر: ناسا)

أظهرت صور فوييجر 2 لأول مرة كوكبًا بسطحه الأزرق والأخضر ، مع عواصف قوية وتيارات رياح سريعة ، مما ينتج عنه بقع داكنة مضادة للدوامات. إنها تشبه إلى حد بعيد تلك الموجودة في كوكب المشتري ، على الرغم من أنها ليست دائمة في الوقت المناسب مثل هذه.

الغلاف الجوي لنبتون غني بالميثان وله نظام حلقات خافت للغاية. يحتوي الكوكب على غلاف مغناطيسي ، ولهذا السبب يُفترض أن يكون له قلب معدني.

حتى الآن تم إحصاء 15 قمرا صناعيا لنبتون ، من بينها تريتون ونيريدا هما القمران الرئيسيان.

الاكتشاف والتاريخ

كان اكتشاف نبتون نتيجة تنبؤ رياضي ، بناءً على ملاحظات الاضطرابات في مدارات الكواكب أورانوس وزحل. سابقًا في عام 1610 ، كان جاليليو قد رأى بالفعل نبتون بنفس التلسكوب الذي استخدمه لاكتشاف أقمار كوكب المشتري ، لكنه ظن أنه نجم.

بعد ذلك بكثير ، في عام 1846 ، درس عالم الرياضيات الفرنسي المتخصص في الميكانيكا السماوية Urbain Le Verrier بعض الاضطرابات في مداري زحل وأورانوس. كان أفضل تفسير هو اقتراح وجود كوكب جديد ، توقع مداره وموقعه في السماء. كانت الخطوة التالية هي العثور على الكوكب ، لذلك أقنع Le Verrier عالم الفلك الألماني يوهان جوتفريد جالي بالبحث عنه.

في ليلة 23 سبتمبر 1846 ، أكد جالي ، من مرصده في برلين ، وجود الكوكب الجديد ، وفي غضون أيام ظهر تريتون ، أكبر قمر صناعي له.

في نفس الوقت تقريبًا في كامبريدج ، إنجلترا ، قدم عالم الرياضيات الشاب جون كوش آدامز ، الذي كان يعمل أيضًا على حل المشكلة لبعض الوقت ، تنبؤات مماثلة.

يدين نبتون باسم إله البحر في الأساطير الرومانية (يعادل الإله اليوناني بوسيدون) ، وفقًا لتقليد تسمية الكواكب بعد آلهة آلهة الرومان.

الخصائص العامة

يبلغ قطر كوكب نبتون 4 أضعاف قطر الأرض تقريبًا ، ولكن حوالي ثلث كوكب المشتري العملاق.

الشكل 2. مقارنة نبتون بالأرض. (المصدر: wikimedia commons)

كتلته 17 ضعف كتلة الأرض وحجمه 57 مرة أكبر. من حيث الكتلة ، فهي تحتل المرتبة الثالثة بين كواكب المجموعة الشمسية والرابعة في الحجم.

ملخص الخصائص الفيزيائية الرئيسية لنبتون

الكتلة: 1،024 × 10 ²⁶ كجم (17،147 مرة من الأرض)

- متوسط ​​نصف القطر : 24.622 كم ، أي ما يعادل 3.87 مرة نصف قطر الأرض.

الشكل: مفلطح عند القطبين بمعامل 0.983.

نصف قطر المدار: 4.498 × 10 ⁹ كم أي ما يعادل 30.07 AU

- ميل محور الدوران: 30 درجة بالنسبة للمستوى المداري.

-درجة الحرارة: -220 درجة مئوية (السحب)

- الجاذبية: 11.15 م / ث ² (1.14 جم)

- مجال مغناطيسي خاص: نعم ، 14 ميكرو تسلا عند خط الاستواء.

- الغلاف الجوي: هيدروجين 84٪ ، هيليوم 12٪ ، ميثان 2٪ ، أمونيا 0.01٪.

- الكثافة: 1640 كجم / م ³

- الأقمار الصناعية: 15 معروفة حتى الآن.

- الحلقات: نعم هي رقيقة وتتكون من جزيئات الجليد والسيليكات.

حركة الترجمة

نبتون ، الكوكب الثامن في النظام الشمسي ، هو عملاق غازي يبلغ متوسط ​​نصف قطر مداره حول الشمس 30 وحدة فلكية. الوحدة الفلكية AU تساوي 150 مليون كيلومتر وهي متوسط ​​المسافة بين الشمس والأرض.

الشكل 3. رسم متحرك يظهر مدار نبتون باللون الأحمر ، جنبًا إلى جنب مع أورانوس وهي النقطة الزرقاء. المصدر: ويكيميديا ​​كومنز.

هذا يعني أن نصف قطر مسار نبتون يبلغ 30 ضعف قطر الأرض ، لذلك يستغرق الأمر 165 عامًا لإكمال ثورة واحدة حول الشمس.

حقائق ممتعة عن نبتون

-إنه الكوكب الأبعد عن الشمس ، حيث أن بلوتو ، الذي يقع بعد مدار نبتون ، أصبح الآن كوكبًا قزمًا.

-نبتون هو أصغر الكواكب الأربعة العملاقة (كوكب المشتري ، زحل ، أورانوس ، نبتون).

- جاذبية نبتون مشابهة جدًا لجاذبية الأرض.

- أبرد كوكب في المجموعة الشمسية ، بمتوسط ​​درجة حرارة -221.4 درجة مئوية.

- يحتوي على نظام من الحلقات ، ولكن على عكس حلقات زحل ، فهي ليست متصلة ، ولكنها تشكل أقواسًا على طول مسارها المداري.

-نبتون هو الأكثر كثافة بين الكواكب العملاقة.

- به أعاصير ذات أسرع رياح في المجموعة الشمسية يمكن أن تصل سرعتها إلى 2100 كم / ساعة.

-نبتون لديه بقعة مظلمة عظيمة ، دوامة بحجم كوكب الأرض. اختفت هذه البقعة ، التي تم تصويرها في عام 1989 ، في عام 1994 ، لكنها أدت إلى ظهور بقعة مظلمة جديدة.

-تريتون ، أكبر قمر نبتون ، يدور في الاتجاه المعاكس لأقمار نبتون الأخرى ، ولهذا يُعتقد أنه حوصر من قبل الكوكب ولم يتشكل في نفس الوقت الذي كان فيه.

- تريتون (أكبر قمر صناعي لنبتون) يحتوي على براكين وسخانات نيتروجين ، إلا أنه من أبرد النجوم في المجموعة الشمسية (-235 درجة مئوية).

- مرت مهمة Voyager 2 على مسافة 3000 كيلومتر من القطب الشمالي لكوكب Neptune في عام 1989.

- في 12 يوليو 2011 ، أكمل نبتون أول مدار كامل له منذ اكتشافه في 23 سبتمبر 1846.

حركة دورانية

الشكل 4. يستغرق نبتون 16 ساعة تقريبًا لعمل ثورة كاملة حول محوره. المصدر: وكالة ناسا.

يبلغ دوران نبتون 15 ساعة و 57 دقيقة و 59 ثانية ، وفقًا لأدق قياس حتى الآن.

ليس من السهل تحديد سرعة دوران كوكب يظهر فقط سطح غلافه الجوي والذي يتحرك أيضًا. من الأسهل بكثير تحديد سرعة دوران الكواكب الصخرية.

عندما وصلت فوييجر 2 إلى نبتون في عام 1989 ، تم تقدير فترة دوران تبلغ 16 ساعة و 6.5 ثانية. يُعرف اليوم أن هذا القياس غير دقيق ، وذلك بفضل القياسات المضنية لعالم الكواكب إريك كاركوشكا من جامعة أريزونا.

سرعة الدوران والمجال المغناطيسي

تقاس سرعة دوران الكواكب العملاقة الأخرى بالنبضات المنبعثة من المجال المغناطيسي. ومع ذلك ، فإن هذه الطريقة لا تنطبق على نبتون ، حيث لا يتطابق محور ولا مركز ثنائي القطب المغناطيسي مع محور دوران الكوكب ، كما نرى في الصورة المقارنة التالية:

الشكل 5. المجال المغناطيسي للكواكب العملاقة. المصدر: Seeds، M. 2011 The Solar System. الطبعة السابعة. سينجاج ليرنينج.

تُظهر الصورة نموذج المجال المغناطيسي الناتج عن ثنائي القطب (مغناطيس) ، يقع بشكل أو بآخر في مركز الكوكب. هذا النموذج مناسب أيضًا للمجال المغناطيسي للأرض.

لكن مجال نبتون غير طبيعي ، بمعنى أن المدخلات رباعية الأقطاب وذات الترتيب الأعلى يمكن أن تكون أكبر من الحقل ثنائي القطب. وكما نرى في الشكل ، يتم إزاحة ثنائي القطب من المركز.

لذا ابتكر كاركوشكا طريقة مختلفة ، باستخدام أكثر من خمسمائة صورة من تلسكوب هابل. وجد سمتين مميزتين للكوكب سماهما: الميزة القطبية الجنوبية والموجة القطبية الجنوبية.

لقد تم تدويرها بنفس السرعة منذ التسعينيات ، مما يؤكد أن هذه هي السرعة الحقيقية للكوكب.

الشكل 6. في صورة نبتون هذه ، تُستخدم المرشحات الملونة لتسليط الضوء على Dark Spot 2 و South Polar Feature ، والتي تبدو وكأنها مرتبطة بالكوكب. المصدر: إريك كاركوشكا.

تُظهر الصورة في الشكل 5 (أعلاه) الألوان والتباينات المعدلة بواسطة المرشحات للتأكيد على خصائص الغلاف الجوي للكوكب.

كما قلنا ، غالبًا ما تتجاوز الرياح في الغلاف الجوي لنبتون سرعة الصوت.

وهكذا ، فإن Great Dark Spot of Neptune تغير موقعها النسبي بمرور الوقت ، بينما تحافظ Dark Spot 2 و South Polar Feature على مواقعها النسبية. هذا يشير إلى أنها مرتبطة بدوران الكوكب ، مما سمح لكاركوشكا بتحديد طول اليوم بدقة على نبتون.

تكوين

تم العثور على عناصر مثل الهيدروجين (84٪) والهيليوم (12٪) والميثان (2٪) وغازات أخرى مثل الأمونيا والإيثان والأسيتيلين في الغلاف الجوي لنبتون. يوجد تحت هذا الغلاف الجوي خليط من الماء والأمونيا السائلة والميثان والصخور المنصهرة التي تحتوي على السيليكا والحديد والنيكل.

تم العثور على تركيزات متزايدة من الميثان والأمونيا والماء في المناطق السفلى من الغلاف الجوي. على عكس أورانوس ، الكوكب التوأم ، فإن تكوين نبتون يحتوي على حجم أكبر من المحيط.

بناء

يحتوي الكوكب على قلب صخري محاط بقشرة جليدية ، وكلها تحت غلاف جوي كثيف وسميك ، وتحتل ثلث نصف قطرها. إنه مشابه لكوكب الكوكب التوأم أورانوس.

يوضح الشكل التالي بنية نبتون بمزيد من التفصيل.

الشكل 7. الهيكل الداخلي لنبتون. المصدر: ويكيميديا ​​كومنز. Chocofrito / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0).

نبتون له بنية ذات طبقات متمايزة جيدًا:

- الطبقة العلوية: تتكون من غيوم معظمها من الهيدروجين والهيليوم وبدرجة أقل الميثان والغازات الأخرى. إنها تقابل ما يقرب من 5-10٪ من كتلة الكوكب.

- الغلاف الجوي: الهيدروجين والهيليوم والميثان.

- الوشاح: تحت الغلاف الجوي هي الطبقة السائلة للكوكب ، وهي منطقة سائلة حيث يمكن أن تصل درجات الحرارة إلى ما بين 1727 و 4727 درجة مئوية ، وتتكون من الماء والميثان والأمونيا في حالة سائلة.

يتراوح الوشاح من 10 إلى 15 كتلة أرضية وهو غني بالمياه والأمونيا والميثان. ويسمى هذا الخليط "جليد" بالرغم من كونه سائلًا حارًا وكثيفًا ، ويسمى أيضًا محيط الماء والأمونيا.

الوشاح نفسه له درجات حرارة عالية جدًا ، بين 1700 درجة مئوية و 4700 درجة مئوية ، كما أن التوصيل الكهربائي مرتفع أيضًا.

- اللب: يتكون من السيليكا والحديد وصخور النيكل ، على غرار أورانوس العملاق الآخر من الجليد والغاز. كتلة النواة 1.2 مرة كتلة الأرض. ويقدر الضغط في المركز بـ 700 جيجا باسكال ، أي ضعف الضغط الموجود في مركز الأرض ، مع درجات حرارة تصل إلى 5670 درجة مئوية.

الغلاف الجوي

جو نبتون ممتع للغاية ويستحق قسمًا خاصًا. بادئ ذي بدء ، الجو بارد للغاية ، لأنه أبعد كوكب عن الشمس ولا يتلقى سوى القليل جدًا من الإشعاع الشمسي. نتيجة لذلك ، تكون درجة الحرارة في الجزء العلوي من الغلاف الجوي في حدود -220 درجة مئوية.

لكن نبتون لديه مصدر حرارة داخلي ، ربما بسبب اصطدام إلكترونات التوصيل في عباءة السائل وكذلك الحرارة المتبقية أثناء تكوينه.

بسبب هذا التدرج الهائل في درجات الحرارة ، تحدث تيارات حرارية هائلة ، مما يجعل نظام مناخ الكوكب شديد التطرف.

وهكذا يتم إنتاج أكبر العواصف والأعاصير في النظام الشمسي ، كما يتضح من تكوين بقع ضخمة من التيارات المضادة للدوامات ، بسبب الرياح المعاكسة عند خطوط العرض المختلفة.

من بين جميع أنظمة نبتون المضادة للدوامات ، تبرز البقعة المظلمة العظيمة ، التي تم تصويرها لأول مرة بواسطة مسبار فوييجر 2 في عام 1989 ، عندما مرت 3000 كيلومتر من الكوكب.

من حيث اللون ، فإن لون نبتون أكثر زرقة من أورانوس ، وذلك على وجه التحديد بسبب تركيزه العالي من الميثان ، الذي يمتص الطول الموجي الأحمر ويعكس الطول الموجي الأزرق. لكن هناك أيضًا جزيئات أخرى تساهم في لونه.

في المنطقة السفلى من الغلاف الجوي (التروبوسفير) تنخفض درجة الحرارة مع الارتفاع ، ولكن في المنطقة العليا (الستراتوسفير) يحدث العكس. بين هذه الطبقات الضغط هو 10 آلاف باسكال (Pa).

يوجد فوق طبقة الستراتوسفير الغلاف الحراري ، والذي يتحول تدريجياً إلى الغلاف الخارجي ، حيث ينخفض ​​الضغط من 10 باسكال إلى 1 باسكال.

أقمار نبتون

حتى الآن ، تم إحصاء 15 قمرا صناعيا طبيعيا للكوكب. أكبر أقمارها الصناعية وأول ما تم اكتشافه عام 1846 هو تريتون. في عام 1949 تم اكتشاف قمر صناعي آخر اسمه نيريدا.

في عام 1989 ، اكتشفت مهمة Voyager 2 ستة أقمار صناعية أخرى: Naiad و Thalassa و Despina و Galatea و Larisa و Proteus.

في وقت لاحق من عام 2003 تم اكتشاف Halimedes و Sao و Laomedeia و Psámate و Neso. تم اكتشاف القمر الصناعي الصغير 14 في عام 2013 من قبل معهد SETI ، وكانت مدته 23 ساعة.

دعونا نرى بعض التفاصيل حول أقمار نبتون الرئيسية:

تريتون

إنه أكبر أقمار نبتون ، ويبلغ قطره 2700 كيلومتر ، وهو أصغر بحوالي 18 مرة من كوكبه المضيف وحوالي 5 مرات أصغر من الأرض.

تبلغ مدته المدارية حوالي 6 أيام ، ولكن من الغريب أنه يدور في الاتجاه المعاكس لدوران نبتون وأقماره الأخرى. بالإضافة إلى ذلك ، يميل مداره بمقدار 30 درجة بالنسبة للمستوى المداري للكوكب.

إنه أبرد جسم في النظام الشمسي ، بمتوسط ​​درجة حرارة -235 درجة مئوية ، ويتكون من ثلاثة أرباع الصخور وربع الجليد. ويوجد على سطحه ينابيع مياه حارة ، مع انبثاق قاتم نحو الغلاف الجوي ، بينما يظهر على السطح سهول وبعض البراكين بحفر يبلغ طولها 200 كيلومتر.

الشكل 8. الأقمار الصناعية الرئيسية لنبتون ؛ تريتون وبروتيوس ونيريدا ولاريسا. المصدر: ويكيميديا ​​كومنز.

نيريد

اكتشفه جيرارد كويبر في عام 1949 ، بفضل حقيقة أنه يعكس 14٪ من ضوء الشمس الذي يتلقاه.

يبلغ حجمه ثُمن تريتون وله مدار غريب الأطوار للغاية ، أقرب اقتراب لنبتون هو 1،354،000 كم وأبعد مسافة هو 9624000 كم ، ويستغرق إكماله 360 يومًا.

بروتيوس

الشكل 9. الأخوة والمساواة والحرية هو الاسم الذي يطلق على أقواس حلقة آدامز (الأبعد). الحلقة الداخلية هي Le Verrier. (المصدر: wikimedia commons)

يحتوي نبتون على خمس حلقات رفيعة وخافتة ، تتكون أساسًا من جزيئات الغبار والجليد. يُعتقد أن أصله هو الحطام الذي خلفته الاصطدامات بين الشهب والأقمار الصناعية الطبيعية للكوكب.

تمت تسمية الحلقات على اسم آخر أسماء العلماء الذين ساهموا أكثر في اكتشافها ودراستها. من الأعمق إلى الأبعد هم Galle و Le Verrier و Lassell و Arago و Adams.

هناك أيضًا حلقة تشترك في مدارها مع القمر الصناعي Galatea ، والتي يمكننا رؤيتها في الصورة التالية:

الشكل 10. رسم تخطيطي لحلقات نبتون الخمس وأسمائها. يظهر أيضًا مدار بعض الأقمار الصناعية. (المصدر: ناسا).

متى وكيف تراقب نبتون

لا يمكن رؤية نبتون بالعين المجردة ، حتى مع تلسكوب هاو يبدو صغيرًا جدًا بحيث يمكن أن يخطئ في اعتباره نجمًا.

للقيام بذلك ، من الأفضل استخدام برنامج كمبيوتر أو تطبيق يعمل بمثابة قبة فلكية. بالنسبة لنظام التشغيل Android ، يبرز تطبيق Sky Maps ، والذي يسمح لك بسرعة تحديد موقع الكواكب والأجرام السماوية الأخرى بدقة كبيرة.

أفضل وقت للرصد هو عندما يكون الكوكب في معارضة ، أي أن الأرض بين الخط الذي يربط بين الشمس ونبتون.

تحدث هذه الظاهرة كل 368 يومًا وبحلول عام 2020 ستحدث في 11 سبتمبر. إنها بالتأكيد ليست المناسبة الوحيدة لمراقبة نبتون ، والتي تظهر أيضًا في أوقات أخرى من العام.

باستخدام تلسكوب جيد ، يمكن تمييز نبتون عن نجوم الخلفية ، حيث يبدو وكأنه قرص أزرق مخضر.

الغلاف المغناطيسي لنبتون

في وقت سابق تم التعليق على خصائص المجال المغناطيسي لنبتون. تميل الأقطاب المغناطيسية للكوكب بمقدار 47 درجة بالنسبة لمحور الدوران.

يتم إنشاء المجال المغناطيسي عن طريق حركة السوائل الموصلة التي تشكل طبقة كروية رقيقة داخل الكوكب. لكن في نبتون ، يتم إزاحة الأقطاب المغناطيسية من المركز بنحو 0.5 نصف قطر من الكوكب.

تبلغ شدة المجال عند خط الاستواء المغناطيسي 15 ميكروتسلا ، وهي 27 مرة أكثر كثافة من الأرض.

إن هندسة المجال معقدة ، حيث يمكن أن تتجاوز المساهمات الرباعية المساهمة ثنائية القطب ، على عكس الأرض التي تكون فيها المساهمة الأكثر صلة هي ثنائي القطب.

الشكل 11. المجال المغناطيسي الغريب لنبتون. (المصدر: emaze.com)

يمتد الغلاف المغناطيسي لنبتون حتى 35 ضعف نصف قطره عند مقدمة الصدمة و 72 نصف قطر عند الذيل.

المغناطيسية ، وهو المكان الذي يساوي فيه الضغط المغناطيسي ضغط الجسيمات المشحونة من الشمس ، يتراوح بين 23 إلى 27 نصف قطر من الكوكب.

بعثات إلى نبتون

فوييجر 2

كانت المهمة الفضائية الوحيدة التي تدور حول كوكب نبتون هي فوييجر 2 ، التي وصلت إلى الكوكب في عام 1982.

في هذا الوقت لم يُعرف سوى قمرين صناعيين: Triton و Nereida. ولكن بفضل مهمة Voyager 2 ، تم اكتشاف ستة آخرين: Naiad و Thalassa و Despina و Galatea و Larisa و Proteus. هذه الأقمار أصغر حجمًا من تريتون ، ولها شكل غير منتظم ومدارات نصف قطرها أصغر.

يُشتبه في أن هذه الأقمار الصناعية الستة هي بقايا اصطدام بقمر صناعي قديم اصطدم بتريتون عندما تم الاستيلاء على الأخير بواسطة سحب الجاذبية لنبتون.

اكتشفت فوييجر 2 أيضًا حلقات جديدة على نبتون. على الرغم من اكتشاف الحلقات الأولى في عام 1968 ، إلا أن وجودها واكتشاف حلقات جديدة لم يكن ممكنًا حتى وصول المسبار المذكور في عام 1989.

حدث أقرب اقتراب للمركبة الفضائية من الكوكب في 25 أغسطس 1989 ، والذي حدث على مسافة 4800 كيلومتر فوق القطب الشمالي لنبتون.

نظرًا لأن هذا كان آخر كوكب كبير يمكن للمركبة الفضائية زيارته ، فقد تقرر القيام بتحليق قريب من القمر Triton ، على غرار ما تم فعله مع Voyager 1 ، والتي حلقت بالقرب من Saturn وقمره Titan.

في 25 أغسطس 1989 ، واجهت المركبة الفضائية عن كثب قمر نيريد قبل أن تصل إلى 4400 كم من الغلاف الجوي لنبتون وفي نفس اليوم مرت بالقرب من تريتون ، أكبر قمر على كوكب الأرض.

تحققت المركبة الفضائية من وجود المجال المغناطيسي المحيط بنبتون ووجدت أن المجال قد تم إزاحته عن المركز وإمالته ، على غرار الحقل المحيط بأورانوس.

المراجع

1. N + 1. تمطر 200 كيلوغرام من الماس على أورانوس ونبتون. تم الاسترجاع من: nmas1.org.
2. باول ، م. الكواكب العارية في سماء الليل (وكيفية التعرف عليها). تم الاسترجاع من: nakedeyeplanets.com.
3. البذور ، M. 2011 النظام الشمسي. الطبعة السابعة. سينجاج ليرنينج.
4. ويكيبيديا. حلقة كوكبية. تم الاسترجاع من: es.wikipedia.org.
5. ويكيبيديا. أنو دي نبتون. تم الاسترجاع من: fr.wikipedia.org.
6. ويكيبيديا. استكشاف نبتون. تم الاسترجاع من: en.wikipedia.org.
7. ويكيبيديا. نبتون (كوكب). تم الاسترجاع من: es.wikipedia.org.