Самое первое сообщение о кольце вокруг Нептуна сделал британский астроном Уильям Ласселл в октябре 1846 года - спустя несколько дней после открытия этой планеты. Наблюдал он кольцо неоднократно и лишь через шесть лет пришел к выводу, что это - оптическая иллюзия, обусловленная недостатком его нового телескопа. Первый реальный намек на то, что Нептун окружен кольцами, появился почти полтора века спустя. В 1984 году французский астроном Андрэ Браик проводил наблюдения Нептуна на обсерватории «Серро-Тололо», расположенной в Чили.

Представить себе стабильное скопление частиц в одной части орбиты очень трудно. Ведь периоды обращения независимых частиц хоть немного, но отличаются, так что все скопление должно постепенно растянуться вдоль орбиты и превратиться в кольцо.
Пять лет спустя на фотографиях, полученных со станции «Вояджер-2», действительно были обнаружены кольца, окружающие планету. Их оказалось шесть, и все они очень темные, отражают менее 3% падающего на них света. А вот при взгляде «сзади», с неосвещенной стороны, кольца выглядят гораздо светлее. Этот парадокс, обнаружившийся на снимках с «Вояджера-2», объясняется тем, что кольца состоят из очень мелких темных частиц, пылинок, плохо отражающих свет назад, но из-за своей малости хорошо рассеивающих его вперед. Также аппарат сфотографировал уникальное образование - три плотные яркие арки, нанизанные на непрерывное узкое и прозрачное пылевое колечко. Внутри арок видна цепь отдельных сгустков на расстоянии нескольких сот километров друг от друга. Исследование арок показывает, что в середине они содержат уплотнение шириной 15 км, окруженное прозрачным пылевым шлейфом шириной 50 км. Сложные расчеты позволили сделать вывод о том, что арки Нептуна представляют собой цепочки ранее неизвестных науке эллиптических вихрей антициклонического типа, состоящих из твердых частиц. Размеры самых крупных частиц, видимо, достигают нескольких сот метров. Эти уникальные вихри названы эпитонами; они сложным образом взаимодействуют с ближайшим спутником (Галатеей), между собой и с непрерывным пылевым кольцом.
Кольца Нептyна получили названия в честь астрономов, причастных к открытию этой планеты. Самое удаленное от Нептуна кольцо называется Адамс, оно узкое (50 км), но ярче остальных. Затем следует блеклое безымянное кольцо шириной 500 км, внутри которого движется небольшой, диаметром 180 км, спутник Галатея. Еще ближе к планете расположено самое широкое (4 000 км) и наиболее прозрачное кольцо Ласселл, к которому вплотную примыкают более яркие кольца шириной по 100 км - внешнее названо Араго, а внутреннее - Леверье. Далее находятся орбиты трех небольших спутников - Деспины, Талассы и Наяды, а затем - самое ближнее к планете кольцо Галле, не особенно яркое, но широкое (2 000 км). По иронии судьбы четырем наиболее ярким участкам, так называемым дугам, в пределах «английского» кольца Адамс присвоены французские названия Liberte, Egalite, Fraternite и Courage (Свобода, Равенство, Братство и Отвага). Объясняется это тем, что их открыл французский астроном Андрэ Браик. А вот сообразительный немецкий студент д'Арре остался неувековеченным в названиях колец Нептуна, хотя без его смекалки эта планета, возможно, и не была бы открыта столь молниеносно. Правда, одно из колец осталось безымянным - может быть, как раз ему и присвоят имя д'Арре?

Подробности издалека - строение Нептуна

С приходом лета в южное полушарие изменились и атмосферные процессы на Нептуне - возникло несколько крупных вихрей, которые меняют свою форму и даже исчезают совсем. Эти изменения наблюдаются с помощью космического телескопа «Хаббл», расположенного на орбите вокруг Земли, поскольку в обычные телескопы атмосферные образования на Нептуне разглядеть трудно.
В областях планеты, удаленных от полюсов, Солнце восходит и заходит с обычной частотой, соответствующей времени оборота Нептуна вокруг своей оси. Вот в этом он оказался намного проворнее Земли - сутки на нем длятся всего лишь 16 часов 7 минут. Поэтому за свой год Нептун успевает сделать 89 630 оборотов вокруг оси, то есть именно столько нептyнских дней в его году! Таким образом, каждый из сезонов длится примерно по 22 400 нептунских суток.
Расположенный в 30 раз дальше от Солнца, чем Земля, Нептyн не виден невооруженным глазом, поэтому он долгое время и оставался неизвестным. С его открытием наука получила очень важное звено для понимания того, как сформировались планеты Солнечной системы. В сравнительной планетологии, науке о геологическом строении планет, Нептун, как и его «близнец» Уран, занимает промежуточное положение между планетами земной группы и газовыми гигантами - Юпитером и Сатурном, которые иногда даже называют несформировавшимися звездами. При образовании Солнечной системы наименее летyчие химические элементы остались в нагретых окрестностях Солнца, и из них создались Меркурий, Венера, Земля, Луна и Марс - планеты с большой плотностью, среди которых есть даже имеющие железное ядро. Летучие, легкие химические элементы были вынесены во внешнюю область Солнечной системы, где из них возникли газовые планеты - гиганты - Юпитер и Сатурн. А на наиболее холодной окраине сконденсировались газово - ледяные Уран и Нептун, которые тоже называют планетами - гигантами, хотя они по диаметру в 2-3 раза меньше Юпитера и Сатурна, но все-таки в 4 раза больше 3емли.

Ураганы в царстве холода

Толщина газовой оболочки вокруг Нептуна достигает нескольких тысяч километров - от пяти до восьми, по разным расчетам. В ее составе 80% водорода, 19% гелия и 1% метана. Метан хорошо рассеивает синие лучи, что придает Нептуну цвет, вполне соответствующий его «морскому» названию - синий со слабым зеленоватым оттенком (водород и гелий бесцветные газы). Динамика атмосферы Нептуна весьма активная, несмотря на то что планета расположена очень далеко от Солнца и получает от светила в 900 раз меньше энергии на единицу площади, чем ЗемляВ любом случае атмосфера нагревается изнутри и находится в постоянном движении. Ветры дуют с запада на восток, перенося воздух в направлении, параллельном экватору. Вблизи полюсов их скорость намного больше, чем около экватора. Удивительно, что у планеты, атмосфера которой с наружной стороны самая холодная в Солнечной системе, скорости ветров - самые большие. Не последнюю роль в этом играют и низкие температyры, уменьшающие вязкость газов, образующих атмосферу, а также быстрое вращение самой планеты. На Нептуне ветры достигают ураганной силы, перемещаясь со скоростью до 700 км/ч (200 м/с). На Земле ураганом считается ветер, скорость которого превышает 30 м/с. Такие ветры оказались большим сюрпризом для ученых, предполагавших до полета «Вояджера», что холодная атмосфера Нептуна представляет собой малоподвижное «сонное царство», а вместо этого обнаружился бушующий мир ураганов. Наиболее крупные атмосферные вихри на Нептуне достигают нескольких тысяч километров в поперечнике. На общем светло-синем фоне планеты эти образования имеют вид овалов очень темного, гycто-синего цвета, за что получили название «темных пятен». Они возникают в атмосфере на определенное время, иногда достаточно длительное - несколько месяцев или даже лет, а затем постепенно рассасываются и исчезают. Самый крупный из наблюдавшихся до сих пор ураганов, названный Большим Темным пятном, располагался в южном полушарии Нептуна в 1989 году, когда около планеты пролетала станция «Вояджер-2». Диаметр этого вихря превышал диаметр нашей Земли (БТП - 13 тысяч км в длинну и 6.6 тысяч км в ширину). На снимках хорошо видны детали строения громадного урагана - темная центральная часть и окаймляющее ее светлое кольцо облаков, постоянно движущихся по кругу с гигантской скоростью. Это был огромный вихрь, в центре которого виднелись глубинные, более темные слои атмосферы Нептyна. Этот вихрь сопровождался ярким облаком, названным "Скутер". Проведенное недавно компьютерное моделирование показало, что "скутеры" - это облака метана, которые часто могут находится около темных пятен. Светлые полосы облаков на широте Большого пятна, маленькие облака над ним и едва видимые темные выступы на его западном конце, являются примерами динамических погодных систем Нептуна, которые могут заметно меняться за один суточный оборот планеты. Вообще Большое Темное Пятно было одним их первых открытий «Вояджера-2» в южном полушарии. Ветры Нептуна несли Большое Темное Пятно к западу со скоростью 300 м/с. Время кругооборота вещества в нем – 16 дней.
Пять лет спустя (1994 году) на снимках, сделанных с околоземной орбиты космическим телескопом «Хаббл», Большого Темного пятна обнаружено не было: этот ураган либо затих, либо оказался закрыт сверху сплошной облачной пеленой. Для всех темных пятен в атмосфере Нептуна характерна яркая белая кайма с приполярной стороны. Это, скорее всего, метановый иней на наиболее холодных участках облаков. А несколько месяцев спустя космический телескоп вторично обнаружил новое темное Пятно в северном полушарии Нептуна. Это указывает на то, что атмосфера Нептуна изменяется очень быстро.

Ледяная твердь

Низкие плотности характерны для всех четырех планет-гигантов - Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна. Причем первые два - наименее плотные, они состоят преимущественно из газов, а более плотные «близнецы» Уран и Нептун - в основном изо льдов. По расчетам, в центре Нептуна должно находиться каменное или железокаменное ядро диаметром в 1,5-2 раза больше нашей 3емли. Основную часть Нептуна составляет расположенный вокруг этого плотного ядра слой толщиной около 8 000 км, состоящий главным образом из водных, аммиачных и метановых льдов, к которым, возможно, примешан и каменный материал. По расчетам, температура в этом слое должна с глубиной увеличиваться от +2 500 до +5 500°С. Однако лед при этом не испаряется, поскольку он находится в недрах Нептуна, где давление в несколько миллионов раз выше, чем атмосферное давление на Земле. Такие чудовищные «объятия» прижимают молекулы друг к другy, удерживая их от разлетания в стороны и испарения. Вероятно, вещество там находится в ионном состоянии, когда атомы и молекулы «раздавлены» на отдельные заряженные частицы - ионы и электроны. Конечно, трудно вообразить себе подобный «лед», поэтому иногда этот слой Нептуна называют «ионным океаном», хотя представить его в виде обычной жидкости также весьма затруднительно. Затем следует третий слой - внешняя газовая оболочка толщиной около 5 000 км. Эта атмосфера, состоящая из водорода и гелия, переходит в ледяной слой постепенно, без резко выраженной границы, по мере того, как плотность вещества увеличивается под давлением вышележащих слоев. В глубоких частях атмосферы газы преобразуются в кристаллы, своего рода иней. Этих кристаллов в более глубоких слоях становится все больше, и они начинают напоминать пропитанную водой снеговую кашу, а еще глубже - полностью преобразуются в лед, находящийся под действием огромного давления. Переходный слой от газовой до ледяной оболочки довольно широкий - около 3 000 км. В общей массе Нептуна на газы приходится 5%, на льды 75%, а на каменный материал 20%.

Магнитное поле Нептуна
Крупнейшее образование, связанное с Нептуном, - его магнитосфера, простирающаяся от планеты на гигантское расстояние - 650 тысяч километров, что в 13 раз больше диаметра самой планеты. Магнитное поле у Нептуна впервые было обнаружено в 1989 году во время пролета близ планеты «Вояджера-2». Оказалось, что магнитная ось Нептуна отклонена от оси вращения планеты на 47°, поэтому магнитная ось при вращении Нептуна меняет свое положение в пространстве почти на 90°, отчего за несколько часов кардинально изменяется форма магнитосферы. Она поворачивается к потоку заряженных частиц, летящих от Солнца (солнечный ветер) то боком, подобно магнитосфере Земли, то «макушкой», подобно магнитосфере Урана. Полный цикл занимает 16 часов 7 минут. В результате этого силовые линии в магнитном хвосте, вытянутом за Нептуном, то идут параллельно друг другу, то скручиваются в жгут. Такая магнитосфера с сильно меняющейся формой уникальна среди всех планет. К тому же магнитная ось значительно, на 13 500 км, то есть примерно на половину радиуса планеты, удалена от ее центра. Столь сильное смещение обусловлено удаленным расположением слоя жидкого водорода, в котором при движении электрически заряженных частиц и генерируется магнитное поле. Время от времени над Нептуном возникает свечение, называемое на Земле полярным сиянием. Это газ в верхних слоях атмосферы взаимодействует с частицами больших энергий, прилетающими с солнечным ветром. Из-за сильного наклона магнитной оси сияния на Нептуне располагаются вовсе не над его полюсами, а на удалении от них на 40-50°, поэтому их уже нельзя назвать полярными. Если бы так было на Земле, то сияния наблюдались бы не в Сибири, Гренландии и Антарктиде, а в Южной Европе, Средней Азии, Японии и Новой Зеландии.

Последняя планета Солнечной системы – Плутон – крошечная холодная планета, расположенная в 40 раз дальше от Солнца, чем Земля, долгое время оставалась совершенно неизученной. Ее существование теоретически предсказал американский астроном Персиваль Ловелл в 1915 году. Через 15 лет после этого планету открыл сотрудник обсерватории Ловэлла Клайд Томбо. Он обнаружил новую планету на фотографиях как звездочку 15-й звездной величины, перемещавшуюся среди остальных звезд. Томбо понял, что это и есть девятая большая планета Солнечной системы. Плутон – бог подземного царства в античной мифологии. Эта фотография Плутона и Харона получена при помощи Космического телескопа им. Хаббла. Даже на ней нельзя различить детали на поверхности планеты. Увидеть Плутон можно только в мощный телескоп: максимальная звездная величина m = +15,1. Из-за медленного движения по орбите его яркость практически не меняется в течение года. Среднее расстояние от Солнца равно 39,23 а.е. У Плутона самый большой среди планет Солнечной системы эксцентриситет: е = 0,244. Таким образом, Плутон имеет самую вытянутую орбиту. Наиболее близкая к Солнцу точка орбиты находится на расстоянии 4447 млн. км от Солнца, а наиболее удаленная – на расстоянии 7392 млн. км. С 1979 по 1999 год Плутон находился ближе к Солнцу, чем Нептун, поэтому в тот период он был восьмой, а не девятой планетой. Средняя скорость движения Плутона по орбите: 4,8 км/с, наклонение плоскости орбиты к плоскости эклиптики 17,2°. Период обращения по орбите: Т = 245,73 лет. Со времени открытия в 1930 году он не закончил еще и половины полного оборота. Период вращения вокруг оси равен 6,39 суток (153,29 часов). Наклон экватора к плоскости орбиты 122,5°. Плутон и Нептун вращаются вокруг Солнца в резонансе. В 1936 году Реймонд Литлтон из Великобритании высказал гипотезу, что Плутон в прошлом был спутником Нептуна. Но убедительно доказать ее пока не удалось. Плутон в 6 раз легче Луны: его масса равна 1,5•1022 кг (т.е. 1/500 массы Земли). Масса планеты была определена совсем недавно, после открытия в 1978 году спутника планеты – Харона. Радиус Плутона составляет 1195 км, что в 5,3 раза меньше радиуса Земли и в 1,45 раза – Луны. Таким образом, по величине Плутон уступает семи спутникам больших планет – Луне, Европе, Ганимеду, Каллисто, Титану и Тритону. Плотность P = 1,7 г/см3. Ускорение свободного падения g = 0,07g = 0,78 м/с2. Планета, по-видимому, состоит из льда, перемешанного со скалистыми породами. Альбедо Плутона 0,3. У Плутона имеется разреженная атмосфера, в которой определяются метан, аргон, неон. Давление на поверхности меньше земного в 7 тысяч раз. Орбита Плутона сильно вытянута: планета в настоящее время удаляется от Солнца. При этом атмосфера Плутона скоро застынет и выпадет на ее поверхность в виде снега (твердого метана). Только через двести лет Плутон снова окажется на наименьшем расстоянии от Солнца, и его атмосферу снова можно будет исследовать. Температура на планете в среднем –223°С. Зимой она падает до 32–50 К. Мир Плутона – холодный мир.

Поверхность Плутона, реконструированная по снимкам телескопа им. Хаббла. Светлое пятно слева вверху – спутник планеты Харон. Космический телескоп им. Хаббла сфотографировал всю поверхность планеты, после чего была составлена карта Плутона. Северный полюс Плутона покрыт шапкой снегов. В конце XX века появились сомнения, имеет ли смысл относить Плутон к большим планетам, а не к транснептуновым объектам. Приводились три причины:
Все внешние планеты являются газовыми гигантами, а Плутон – нет. Плутон намного меньше по массе любой из планет Солнечной системы. Орбита Плутона очень вытянута и даже пересекает орбиту другой планеты – Нептуна.

Международный астрономический союз (МАС) выступил с заявлением, что статус Плутона как планеты менять не будут. Но Плутону теперь присвоен определенный номер в каталоге транснептуновых объектов для согласования наблюдений и вычислений. Еще несколько десятилетий спустя после открытия Плутона не было известно, что у него есть спутник. Он практически случайно был обнаружен в 1978 году. Работая с фотографическими изображениями планеты, астрономы заметили, что на снимках слабая звездочка, какой получается при фотографировании Плутон, выглядит слегка удлиненной. Это открытие астрономы несколько раз перепроверили и убедились, что у Плутона есть спутник. Он был назван Хароном – в честь легендарного перевозчика душ умерших в подземное царство Аида

Плутон и Харон. Харон находится на расстоянии 19 405 км от центра Плутона и движется по орбите, расположенной в экваториальной плоскости планеты. Он постоянно обращен к Плутону одной стороной, как и Луна к Земле. Но идеальность этой синхронно движущейся пары заключается в том, что и Плутон всегда повернут к Харону одним и тем же полушарием. Другими словами, периоды вращений обоих тел вокруг своих осей и орбитальный период Харона совпадают, он равен 6,4 суток. Может быть, и нашу планету ждет в далеком будущем такая же участь. Диаметр Плутона 2390 километров, а его спутника – 1186 километров. Поистине уникальная пара! Нигде больше в Солнечной системе не встречается такого, чтобы планета была всего лишь вдвое больше своего спутника. Вполне справедливо Плутон называют двойной планетой. Спутник Харон имеет примерно такую же плотность, как и спутники Сатурна. О его природе (как и о природе Плутона) нельзя сказать почти ничего, кроме того, что по цвету Харон несколько голубее, чем Плутон. Это может означать, что они образовались не из единого облака, а уже потом были как-то сведены вместе неведомыми нам обстоятельствами. Исследования отдаленных областей нашей Солнечной системы возможны только из космоса. Достаточно сказать, что даже в самые сильные телескопы с Земли невозможно увидеть Харон и Плутон раздельно