نبتون، الكوكب الثامن والأكثر بعدًا عن الشمس، يُصنف رابع أكبر كوكب في المجموعة الشمسية من حيث القطر، والثالث من حيث الكتلة، والأكثر كثافة بين الكواكب العملاقة. كتلته حوالي 17 مرة كتلة الأرض. على الرغم من أنه أصغر قليلاً من جاره العملاق الجليدي أورانوس، إلا أن نبتون يمتلك كتلة وكثافة أكبر. يتكون في الغالب من الغازات والسوائل، ويفتقر إلى سطح صلب مميز. يكمل الكوكب دورته حول الشمس كل 164.8 سنة، ويحافظ على مسافة مدارية متوسطة تبلغ 30.1 وحدة فلكية (4.5 مليار كيلومتر؛ 2.8 مليار ميل). سُميت على اسم إله البحر الروماني، ورمزها الفلكي هو الذي يصور رمح نبتون.
نبتون هو الكوكب الثامن والأبعد المعروف الذي يدور حول الشمس. وهو رابع أكبر كوكب في النظام الشمسي من حيث القطر، وثالث أكبر كوكب من حيث الكتلة، وأكثر الكواكب العملاقة كثافة. وتبلغ كتلته 17 مرة كتلة الأرض. وبالمقارنة مع أورانوس، العملاق الجليدي المجاور له، فإن نبتون أصغر قليلاً، ولكنه أضخم وأكثر كثافة. نظرًا لكونه يتكون أساسًا من غازات وسوائل، فليس له سطح صلب محدد جيدًا. يدور نبتون حول الشمس مرة كل 164.8 عامًا على مسافة مدارية تبلغ 30.1 وحدة فلكية (4.5 مليار كيلومتر؛ 2.8 مليار ميل). سمي على اسم إله البحر الروماني وله الرمز الفلكي ، الذي يمثل رمح نبتون ثلاثي الشعب.
يتميز نبتون، غير المرئي للعين المجردة، بكونه الكوكب الوحيد في النظام الشمسي الذي لم يتم اكتشافه في البداية من خلال المراقبة التجريبية المباشرة. بدلاً من ذلك، تم افتراض وجوده من قبل ألكسيس بوفارد، الذي لاحظ عدم انتظام مداري غير متوقع في أورانوس، مما يشير إلى اضطرابات الجاذبية من كوكب غير مرصود. بعد وفاة بوفارد، قام جون كوتش آدامز وأوربان لو فيرير بشكل مستقل بحساب موقع نبتون المتوقع بناءً على هذه الملاحظات. بعد ذلك، لاحظ يوهان جوتفريد جالي نبتون مباشرة باستخدام التلسكوب في 23 سبتمبر 1846، ووجده على بعد درجة واحدة من الموقع المتوقع لوفيرييه. تم التعرف على أكبر أقماره، تريتون، بعد فترة وجيزة، لكن أقمار الكوكب الأخرى ظلت غير مكتشفة تلسكوبيًا حتى القرن العشرين.
تؤدي المسافة الكبيرة لنبتون من الأرض إلى حجم ظاهري صغير، كما أن بعده عن الشمس يجعله خافتًا بشكل استثنائي، مما يشكل تحديات كبيرة للدراسة باستخدام التلسكوبات الأرضية. أصبحت الملاحظات التفصيلية ممكنة فقط مع تطوير تلسكوب هابل الفضائي والتلسكوبات الأرضية الكبيرة المجهزة بالبصريات التكيفية. تظل فوييجر 2، التي نفذت تحليقًا بالقرب من نبتون في 25 أغسطس 1989، هي المركبة الفضائية الوحيدة التي زارت الكوكب. كما هو الحال مع العملاقين الغازيين المشتري وزحل، يتكون الغلاف الجوي لنبتون في الغالب من الهيدروجين والهيليوم، مع كميات صغيرة من الهيدروكربونات وربما النيتروجين، ومع ذلك فهو يحتوي على تركيز أكبر من الجليد، بما في ذلك الماء والأمونيا والميثان. يتكون الجزء الداخلي منه، مثل أورانوس، بشكل أساسي من الجليد والصخور. وبالتالي، يتم تصنيف كلا الكوكبين على أنهما "عمالقة جليدية" لتمييزهما عن عمالقة الغاز. يُعزى اللون الأزرق الخافت للكوكب إلى تشتت رايلي مع وجود آثار الميثان في طبقات الغلاف الجوي الخارجية.
على عكس أورانوس، الذي يُظهر جوًا موسميًا قويًا يمكن أن يبدو بلا ملامح لفترات طويلة، يُظهر الغلاف الجوي لنبتون ظواهر مناخية نشطة ومرئية باستمرار. أثناء تحليق Voyager 2 في عام 1989، لوحظت بقعة مظلمة كبيرة، تشبه البقعة الحمراء العظيمة لكوكب المشتري، في نصف الكرة الجنوبي لنبتون. بحلول عام 2018، تم التعرف على بقعة داكنة أولية جديدة وبقعة داكنة أصغر والتحقيق فيها. يتم دفع هذه الأنماط الجوية بواسطة أقوى الرياح المستمرة المسجلة على أي كوكب في النظام الشمسي، حيث تصل سرعتها إلى 2100 كم/ساعة (580 م/ث؛ 1300 ميل في الساعة). نظرًا لبعده الهائل عن الشمس، يشكل الغلاف الجوي الخارجي لنبتون واحدة من أبرد مناطق النظام الشمسي، حيث تقترب درجات حرارة السحب من 55 كلفن (−218 درجة مئوية؛ -361 درجة فهرنهايت). على العكس من ذلك، تقدر درجات الحرارة في قلب الكوكب بحوالي 5400 كلفن (5100 درجة مئوية؛ 9300 درجة فهرنهايت). يمتلك نبتون نظام حلقات خافت ومجزأ، يتميز بـ "الأقواس"، والذي تم اكتشافه لأول مرة في عام 1984 وتم تأكيده لاحقًا بواسطة Voyager 2.
السياق التاريخي
التعريف
تمثل رسومات جاليليو بتاريخ 28 ديسمبر 1612 و27 يناير 1613 (بالنمط الجديد)، بعضًا من أقدم الملاحظات التلسكوبية، وتحتوي على نقاط مرسومة تتوافق مع مواقع نبتون المعروفة في تلك التواريخ المحددة. في كلتا المناسبتين، يبدو أن غاليليو أخطأ في تعريف نبتون على أنه نجم ثابت، حيث ظهر في اقتران وثيق مع كوكب المشتري في السماء الليلية. وبالتالي، لم يُعترف به في اكتشاف نبتون. خلال ملاحظته الأولية في ديسمبر 1612، أظهر نبتون الحد الأدنى من الحركة الظاهرة في السماء، بعد أن بدأ للتو مرحلة التراجع. تحدث ظاهرة الحركة الخلفية الواضحة هذه عندما يتجاوز مدار الأرض مدار الكوكب الخارجي. وبالنظر إلى أن نبتون كان مجرد بداية دورته التراجعية السنوية، فإن حركته كانت دقيقة جدًا بحيث لا يمكن اكتشافها باستخدام تلسكوب غاليليو الصغير نسبيًا. ومع ذلك، أشارت دراسة أجريت عام 2009 إلى أن غاليليو كان على الأقل مدركًا أن "النجم" الذي لاحظه قد غيّر موقعه بالنسبة إلى خلفية النجوم الثابتة.
في عام 1821، نشر ألكسيس بوفارد جداول فلكية توضح بالتفصيل مدار أورانوس. ومع ذلك، أشارت الملاحظات اللاحقة إلى تناقضات كبيرة مع هذه التنبؤات، مما دفع بوفارد إلى وضع نظرية مفادها أن جرمًا سماويًا مجهول الهوية كان يعرقل مسار أورانوس بسبب الجاذبية. ابتداءً من عام 1843، بدأ جون كوتش آدامز بحثه الخاص في مدار أورانوس، باستخدام البيانات المتاحة. طلب رسميًا بيانات إضافية من السير جورج إيري، عالم الفلك الملكي، والتي تم تقديمها في فبراير 1844. استمر آدامز في حساباته خلال الفترة من 1845 إلى 1846، وأنتج تقديرات متعددة لموقع كوكب غير مكتشف سابقًا خلف أورانوس.
في الوقت نفسه ولكن بشكل مستقل عن آدامز، أجرى أوربان لو فيرييه حساباته الخاصة بين عامي 1845 و1846، والتي أشارت أيضًا إلى وجود كوكب. كوكب غير مكتشف؛ ومع ذلك، فإن النتائج التي توصل إليها لم تحظ في البداية باهتمام كبير بين مواطنيه. في يونيو 1846، بعد مراجعة تقديرات لو فيرييه الأولية المنشورة لخط طول الكوكب المفترض وملاحظة تطابقه مع تنبؤات آدامز، أقنع إيري جيمس تشاليس ببدء البحث. أجرى تشاليس مسحًا غير ناجح للسماء طوال شهري أغسطس وسبتمبر. ومن اللافت للنظر أن تشاليس قد لاحظ بالفعل نبتون في مناسبتين - في 4 و12 أغسطس 1845 - قبل عام كامل من اكتشافه رسميًا بواسطة يوهان جوتفريد جالي. ومع ذلك، فإن اعتماده على خرائط النجوم القديمة وطرق الرصد دون المستوى الأمثل منعه من تحديد هذه المشاهدات على أنها الكوكب الجديد حتى إجراء تحليل لاحق. أعرب تشاليس عن أسفه العميق، وعزا إغفاله إلى أوجه القصور في خرائطه وانشغاله بمراقبة المذنبات المتزامنة.
وفي الوقت نفسه، أرسل لو فيرييه رسالة إلى يوهان جوتفريد جالي، عالم الفلك في مرصد برلين، يناشده بدء البحث باستخدام التلسكوب المنكسر الخاص بالمرصد. اقترح هاينريش دارست، وهو طالب في المرصد، على جالي أن يتمكنوا من التعرف على الكوكب من خلال مقارنة خريطة السماء التي تم رسمها مؤخرًا في المنطقة التي تنبأ بها لوفيرييه مع المنظر السماوي الحالي، بحثًا عن الإزاحة المميزة للكوكب بالنسبة إلى النجوم الثابتة. وفي مساء يوم 23 سبتمبر 1846، وهو نفس اليوم الذي تلقى فيه جالي مراسلات لو فيرييه، نجح في اكتشاف نبتون. يقع الكوكب إلى الشمال الشرقي من Iota Aquarii، على بعد حوالي درجة واحدة من الموقع المتوقع لـ Le Verrier (الموصوف بـ "خمس درجات شرق دلتا الجدي")، وحوالي 12 درجة من تنبؤ آدامز السابق، ويقع بالقرب من حدود كوكبة IAU الحديثة بين برج الدلو والجدي.
بعد اكتشاف نبتون، نشأ نزاع قومي بين فرنسا وبريطانيا فيما يتعلق بالإسناد الشرعي للفضل. وفي نهاية المطاف، تم التوصل إلى إجماع دولي، ومنح ائتماناً مشتركاً لكل من لو فيرييه وآدامز. ومع ذلك، منذ عام 1966، تحدى دينيس رولينز صحة ادعاء آدامز بالاكتشاف المشترك. وقد خضعت هذه القضية لإعادة تقييم من قبل المؤرخين عام 1998، بالتزامن مع عودة "أوراق نبتون" - وهي مجموعة من الوثائق التاريخية - إلى المرصد الملكي بغرينتش.
اصطلاحات التسمية
مباشرة بعد اكتشافه، تم تصنيف نبتون على أنه "الكوكب الخارجي لأورانوس" أو "كوكب لو فيرير". نشأ اقتراح التسمية الرسمي الأولي من جالي، الذي اقترح يانوس. في إنجلترا، دافع تشاليس عن اسم المحيط.
وتأكيدًا على حقه في تسمية اكتشافه، اقترح لو فيرييه على الفور نبتون على الكوكب الجديد، على الرغم من ادعائه كذبًا بالتأييد الرسمي من مكتب خطوط الطول الفرنسي. بحلول شهر أكتوبر، حاول تسمية الكوكب لو فيرييه، تكريمًا لنفسه، وهو اقتراح حظي بدعم قوي من مدير المرصد فرانسوا أراجو. واجه هذا الاقتراح معارضة كبيرة خارج فرنسا. وبناء على ذلك، أعادت التقاويم الفرنسية بسرعة هيرشل لأورانوس، اعترافًا بمكتشفه السير ويليام هيرشل، واعتمدت ليفرييه للكوكب المكتشف حديثًا.
في 29 ديسمبر 1846، أقر ستروف رسميًا اسم نبتون لأكاديمية سانت بطرسبورغ للعلوم، مشيرًا إلى المظهر التلسكوبي للكوكب ولونه كمبرر. وفي وقت لاحق، حصل نبتون على قبول دولي باعتباره التسمية الرسمية للكوكب. في الأساطير الرومانية، يُقدس نبتون باعتباره إله البحر، على غرار الإله اليوناني بوسيدون. تفضيل الاسم الأسطوري الذي يتماشى مع التسميات المعمول بها للكواكب الأخرى، كل منها يحمل اسم إله من الأساطير اليونانية أو الرومانية.
يُشار إلى الكوكب في الغالب من خلال اختلافات اسم "نبتون" في معظم اللغات المعاصرة. في اللغات الصينية والفيتنامية واليابانية والكورية، تُترجم تسمية الكوكب إلى "نجم ملك البحر" (海王星). تشير اللغة المنغولية إلى نبتون باسم Dalain van (Далайн ван)، وهو الاسم الذي يعترف بسيادة الإله الذي يحمل الاسم نفسه على البحر. تحدد اليونانية الحديثة الكوكب باسم بوسيدون (Ποσειδώνας, بوسيدوناس)، مما يعكس مكانته باعتباره المعادل اليوناني لنبتون. في العبرية، تم اختيار راحاب ( قدس)، المستمدة من وحش البحر المذكور في كتاب المزامير، رسميًا في عام 2009 من خلال تصويت أشرفت عليه أكاديمية اللغة العبرية. على الرغم من الاستخدام السائد للمصطلح اللاتيني Neptun (Neptun). الاسم الماوري للكوكب هو Tangaroa، تكريمًا لإله البحر الماوري. يشير الناهيوتل إلى الكوكب باسم Tlāloccītlalli، والذي سمي على اسم تلالوك، إله المطر. في التايلاندية، يُشار إلى نبتون بالاسم الغربي Dao Nepchun/Nepjun (ดาวเรปจูร) ويُعرف أيضًا باسم Dao Ket (ดาวเกตุ, lit.'نجمة كيتو')، تشير إلى كيتو (केतु)، العقدة القمرية الهابطة المهمة في علم التنجيم الهندوسي. الاسم الماليزي Waruna، المشتق من إله البحار الهندوسي، تم توثيقه في وقت مبكر من السبعينيات ولكن تم استبداله منذ ذلك الحين إلى حد كبير بالأشكال اللاتينية Neptun (في الماليزية) أو نبتون (باللغة الإندونيسية).
صيغة الصفة القياسية هي نبتونية. في حين أن صيغة النونس Poseidean ()، المشتقة من Poseidon، قد شهدت استخدامًا عرضيًا، فإن صيغة الصفة التقليدية لـ Poseidon تظل Poseidonian ().
حالة الكوكب
منذ اكتشافه عام 1846 حتى التعرف على بلوتو عام 1930، تميز نبتون بكونه أبعد كوكب معروف. عند اكتشاف بلوتو، تم تصنيفه على أنه كوكب، مما جعل نبتون ثاني أبعد كوكب معروف. حدث استثناء خلال فترة 20 عامًا من عام 1979 إلى عام 1999، عندما تسبب مدار بلوتو اللامركزي في اقترابه من الشمس بشكل أقرب من نبتون، مما جعل نبتون الكوكب التاسع من الشمس خلال تلك الفترة. أدت التقديرات المحسّنة لكتلة بلوتو، والتي انخفضت من عشرة أضعاف كتلة الأرض إلى أقل بكثير من كتلة القمر، إلى جانب اكتشاف حزام كويبر عام 1992، إلى إثارة نقاش فلكي واسع النطاق بشأن تصنيف بلوتو ككوكب أو أحد مكونات حزام كويبر. في عام 2006، حدد الاتحاد الفلكي الدولي رسميًا مصطلح "كوكب" لأول مرة، مما أدى إلى إعادة تصنيف بلوتو على أنه "كوكب قزم" وإعادة تأسيس نبتون باعتباره الكوكب الخارجي المعروف للنظام الشمسي.
تكوين الكواكب
لقد شكلت النمذجة الدقيقة لتكوين العمالقة الجليدية، نبتون وأورانوس، تحديات كبيرة. تشير النماذج الحالية إلى أن كثافة المادة في المناطق الخارجية للنظام الشمسي لم تكن كافية لتفسير نشأة مثل هذه الأجسام الضخمة من خلال آلية تراكم النواة التقليدية؛ وبالتالي، تم اقتراح عدة فرضيات بديلة لتوضيح تكوينها. تفترض إحدى الفرضيات أن هذه العمالقة الجليدية نشأت ليس من خلال تراكم النواة ولكن من عدم الاستقرار داخل القرص الكوكبي الأولي البدائي، ثم فقدت غلافها الجوي بسبب الإشعاع المكثف من نجم ضخم مجاور OB.
تقترح نظرية بديلة أن تكوينها حدث بالقرب من الشمس، حيث كانت كثافة المادة أكبر، تليها هجرة لاحقة إلى مداراتها الحالية بعد تبدد القرص الكوكبي الغازي. تُفضل فرضية الهجرة بعد التكوين هذه لأنها تفسر بشكل أكثر فعالية توزيع الأجسام الصغيرة التي تمت ملاحظتها داخل منطقة ما بعد نبتون. إن التوضيح الأكثر قبولًا لهذه الفرضية هو نموذج نيس، وهو سيناريو التطور الديناميكي الذي يبحث في التأثير المحتمل لنبتون المهاجر والكواكب العملاقة الأخرى على الخصائص الهيكلية لحزام كويبر.
الخصائص المجمعة
تبلغ كتلة نبتون 1.024×1026 كجم، مما يجعله بين الأرض والعمالقة الغازية الأكثر ضخامة؛ على وجه التحديد، تبلغ كتلته 17.15 مرة كتلة الأرض، ولكنها تبلغ حوالي 1/19 من كتلة كوكب المشتري تقريبًا. يبلغ تسارع جاذبيته عند 1 بار 11.27 م/ث§89§، وهو ما يعادل 1.15 مرة جاذبية سطح الأرض ولا يتجاوزه سوى كوكب المشتري. مع نصف قطر استوائي يبلغ 24,764 كيلومترًا، يبلغ حجم نبتون أربعة أضعاف حجم الأرض تقريبًا. يصنف نبتون على أنه عملاق جليدي، وهو فئة فرعية من الكواكب العملاقة، ويشترك في هذا التمييز مع أورانوس بسبب حجمه الأصغر وتركيزاته المتطايرة المرتفعة مقارنة بالمشتري وزحل. في سياق اكتشاف الكواكب الخارجية، يعتبر نبتون بمثابة كناية، حيث يُطلق على الأجرام السماوية التي تم تحديدها حديثًا ذات كتلة مماثلة اسم "نبتون"، وهو ما يعكس ممارسة تسمية العديد من الأجسام خارج المجموعة الشمسية باسم "المشتري".
البنية الداخلية
يُظهر الهيكل الداخلي لنبتون أوجه تشابه مع بنية أورانوس. يشكل غلافه الجوي ما يقرب من 5 إلى 10% من كتلته الإجمالية وقد يمتد إلى الداخل بنسبة 10 إلى 20% من نصف قطر الكوكب باتجاه القلب. يمكن أن يصل الضغط الجوي إلى حوالي 10 جيجا باسكال، أي ما يعادل حوالي 105 ضغط جوي. وقد لوحظت تركيزات أعلى تدريجيًا من الميثان والأمونيا والماء في طبقات الغلاف الجوي العميقة.
يُقدر أن كتلة نبتون تتراوح ما بين 10 إلى 15 كتلة أرضية، وهي غنية بالمياه والأمونيا والميثان. في علم الكواكب، يشار إلى هذا التكوين بشكل تقليدي على أنه "جليدي"، على الرغم من وجوده كسائل فوق حرج ساخن وكثيف. أحيانًا يُطلق على هذا السائل عالي التوصيل للكهرباء اسم محيط الماء والأمونيا. قد يشتمل الوشاح على طبقة من الماء الأيوني، حيث تتفكك جزيئات الماء إلى بلازما من أيونات الهيدروجين والأكسجين، وفي أعماق أكبر، ماء فائق التأين، يتميز بالأكسجين المتبلور مع أيونات الهيدروجين التي تتحرك بحرية داخل شبكة الأكسجين. وعلى عمق 7000 كيلومتر، يمكن أن تسهل الظروف تحلل الميثان إلى بلورات الماس، والتي من شأنها أن تترسب بعد ذلك إلى الأسفل بشكل يشبه حبات البرد. يفترض الباحثون أن ظاهرة المطر الماسي هذه تحدث أيضًا على كوكب المشتري وزحل وأورانوس. علاوة على ذلك، تشير تجارب الضغط العالي جدًا التي أجريت في مختبر لورانس ليفرمور الوطني إلى أن المنطقة العلوية من الوشاح يمكن أن تكون عبارة عن محيط من الكربون السائل يحتوي على ماس صلب معلق.
يُفترض أن نواة نبتون تتكون من الحديد والنيكل والسيليكات، وتشير النماذج الداخلية إلى كتلة تعادل حوالي 1.2 مرة كتلة الأرض. يصل الضغط المركزي إلى 7 ملي بار (700 جيجا باسكال)، وهو ما يقرب من ضعف الضغط الموجود في قلب الأرض، ويمكن أن تصل درجات الحرارة إلى 5400 كلفن (5100 درجة مئوية؛ 9300 درجة فهرنهايت).
تدفئة داخلية
تُعزى أنماط الطقس الأكثر ديناميكية التي لوحظت على نبتون، على عكس أورانوس، جزئيًا إلى ارتفاع درجة حرارته الداخلية. تسجل الطبقات العليا من طبقة التروبوسفير لنبتون درجة حرارة دنيا تبلغ 51.8 كلفن (−221.3 درجة مئوية). عند العمق الذي يصل فيه الضغط الجوي إلى 1 بار (100 كيلو باسكال)، تكون درجة الحرارة 72.00 كلفن (−201.15 درجة مئوية). وفي الطبقات الغازية العميقة، ترتفع درجة الحرارة تدريجياً. وكما هو الحال مع أورانوس، فإن الأصل الدقيق لهذه الحرارة الداخلية لا يزال غير محدد؛ ومع ذلك، فإن التباين في إنتاج الطاقة أكثر وضوحًا بالنسبة لنبتون: يبعث أورانوس 1.1 مرة فقط من الطاقة التي يمتصها من الشمس، في حين يشع نبتون حوالي 2.61 مرة من الطاقة الشمسية التي يتلقاها.
على الرغم من كونه أبعد عن الشمس بنسبة تزيد عن 50% من أورانوس وبالتالي يتلقى فقط حوالي 40% من أشعة الشمس الشمسية لأورانوس، إلا أن طاقة نبتون الداخلية كافية لتشغيل أسرع الكواكب. الرياح الكوكبية في النظام الشمسي. الحرارة المتبقية من تراكم نبتون، والتي تعتمد على الخصائص الحرارية لداخله، يمكن أن تكون مسؤولة عن تدفق الحرارة المرصود. ومع ذلك، فإن التوفيق بين النقص النسبي في الحرارة الداخلية لأورانوس مع الحفاظ على أوجه التشابه الملحوظة بين الكوكبين يمثل تحديًا أكبر.
الدوران
يبلغ الميل المحوري لنبتون 28.32 درجة، وهي قيمة مماثلة للميل المحوري للأرض (23 درجة) والمريخ (25 درجة). ونتيجة لذلك، يخضع نبتون لتغيرات موسمية مماثلة لتلك الموجودة على الأرض. بالنظر إلى الفترة المدارية الواسعة لنبتون، يستمر كل موسم لمدة أربعين سنة أرضية تقريبًا. تبلغ فترة الدوران الفلكي للكوكب، والتي تحدد يومه، حوالي 16.11 ساعة. نظرًا لتشابه ميله المحوري مع ميل الأرض، فإن تقلبات الطول النهاري طوال سنة نبتون الطويلة ليست واضحة بشكل استثنائي.
نظرًا لأن نبتون ليس جرمًا سماويًا صلبًا، فإن غلافه الجوي يُظهر دورانًا تفاضليًا. وتدور المنطقة الاستوائية الممتدة لمدة 18 ساعة تقريبًا، وهو أبطأ من معدل دوران المجال المغناطيسي للكوكب البالغ 16.1 ساعة. وعلى العكس من ذلك، تظهر المناطق القطبية فترة دوران أسرع تبلغ 12 ساعة. يعد هذا الدوران التفاضلي هو الأكثر أهمية بين جميع الكواكب في النظام الشمسي، مما يؤدي إلى قص رياح عرضية كبيرة.
الغلاف المغناطيسي
يحتوي الغلاف المغناطيسي لنبتون على مجال مغناطيسي يميل بدرجة كبيرة بمقدار 47 درجة بالنسبة لمحور دورانه ويزاح بما لا يقل عن 0.55 نصف قطر (حوالي 13500 كيلومتر) من المركز الفيزيائي للكوكب، وهو تكوين مشابه للغلاف المغناطيسي لأورانوس. قبل وصول Voyager 2 إلى نبتون، كان من المفترض أن الميل المحوري لأورانوس كان مسؤولاً عن ميل غلافه المغناطيسي المماثل. ومع ذلك، يشير التحليل المقارن للمجالات المغناطيسية لكلا الكوكبين الآن إلى أن هذا الاتجاه المتطرف قد يكون من سمات ديناميكيات الموائع الداخلية داخل الأجزاء الداخلية لهما. من المحتمل أن يتم إنشاء هذا المجال المغناطيسي عن طريق حركات السائل الحملي داخل غلاف كروي رقيق من السوائل الموصلة للكهرباء، ومن المحتمل أن يكون خليطًا من الأمونيا والميثان والماء، من خلال عملية تعرف باسم عمل الدينامو.
يبلغ المكون ثنائي القطب للمجال المغناطيسي لنبتون عند خط الاستواء المغناطيسي حوالي 14 ميكروتسلا (0.14 جيجا). يُقدر العزم المغناطيسي ثنائي القطب للكوكب بحوالي 2.2 × 1017 T·m3 (14 μT·RN§1011§، حيث يشير RN إلى نصف قطر نبتون). يُظهر المجال المغناطيسي لنبتون هندسة معقدة، تتميز بمساهمات كبيرة من مكونات غير ثنائية القطب، بما في ذلك عزم رباعي قوي قد يتجاوز عزم ثنائي القطب في القوة. في المقابل، تمتلك الأرض والمشتري وزحل عزمًا رباعيًا بسيطًا نسبيًا، وتكون مجالاتها المغناطيسية أقل ميلًا عن محاورها القطبية. قد تنشأ العزم الرباعي الواضح الذي لوحظ في مجال نبتون من الانحراف عن مركز الكوكب والقيود الهندسية المحددة لمولد دينامو المجال.
تقع الصدمة القوسية لنبتون، وهي المنطقة التي يبدأ فيها الغلاف المغناطيسي في إبطاء الرياح الشمسية، على مسافة تعادل 34.9 ضعف نصف قطر الكوكب. يمتد الفاصل المغناطيسي، حيث يوازن ضغط الغلاف المغناطيسي ضغط الرياح الشمسية، ما بين 23 و26.5 مرة نصف قطر نبتون. ويمتد ذيل الغلاف المغناطيسي إلى الخارج إلى ما لا يقل عن 72 ضعف نصف قطر نبتون، وربما أبعد من ذلك بكثير.
أشارت الملاحظات التي أجرتها Voyager 2 عبر ترددات الأشعة فوق البنفسجية والراديو المتطرفة إلى وجود شفق شفقي خافت وضعيف ولكنه معقد ومميز على نبتون. ومع ذلك، كانت هذه الملاحظات الأولية محدودة زمنيا وتفتقر إلى بيانات الأشعة تحت الحمراء. لم تنجح المحاولات اللاحقة التي قام بها علماء الفلك باستخدام تلسكوب هابل الفضائي في الكشف عن هذه الشفق القطبي، على النقيض من العروض الشفقية الأكثر وضوحًا على أورانوس. في مارس 2025، تم تصوير الشفق القطبي لنبتون بنجاح لأول مرة من خلال دمج صور الضوء المرئي من تلسكوب هابل الفضائي مع صور الأشعة تحت الحمراء القريبة (NIR) من تلسكوب جيمس ويب الفضائي، باستخدام البيانات التي تم الحصول عليها في يونيو 2023. أجرى تلسكوب جيمس ويب الفضائي أيضًا تصويرًا طيفيًا للغلاف الجوي لنبتون، محددًا كاتيونات الهيدروجين الثلاثي (H+
§89§)، والتي يتم إنشاؤها أثناء الأحداث الشفقية وتكون بمثابة مؤشر نهائي للنشاط الشفقي على كل من العمالقة الغازية والجليدية. تؤثر الخصائص الفريدة للمجال المغناطيسي لنبتون بشكل كبير على طبيعة الشفق القطبي. على عكس الأرض أو المشتري أو زحل، لا تتماشى الأقطاب المغناطيسية لنبتون مع أقطابه الدورانية، مما يؤدي إلى انتشار النشاط الشفقي في مناطق خطوط العرض الوسطى بدلاً من حصره في أقطابه.
الخصائص السطحية
اللون
يُظهر الغلاف الجوي لنبتون لونًا أزرقًا باهتًا ضمن الطيف البصري، ويُظهر فقط تشبعًا أكبر قليلاً من اللون الأزرق الذي لوحظ في الغلاف الجوي لأورانوس. لقد بالغت العروض الفنية السابقة للكوكبين في كثير من الأحيان في تباين ألوان نبتون لتعزيز رؤية سحبه وشرائطه ورياحه، وتصويره باللون الأزرق الداكن مقارنة بمظهر أورانوس الأبيض المصفر. استخدم التصوير الأولي لهذه الكواكب أنظمة متباينة، مما أدى إلى تعقيد المقارنات المباشرة للصور المركبة الناتجة. تمت معالجة هذه المشكلة لاحقًا من خلال تسوية الألوان بمرور الوقت، وستبذل الجهود الأكثر شمولاً في أواخر عام 2023.
الغلاف الجوي
على ارتفاعات أعلى، يتكون الغلاف الجوي لنبتون من 80% هيدروجين و19% هيليوم، مع وجود كميات ضئيلة من الميثان أيضًا. وقد لوحظت نطاقات امتصاص بارزة تعزى إلى الميثان عند أطوال موجية تتجاوز 600 نانومتر، وتقع ضمن الأجزاء الحمراء والأشعة تحت الحمراء من الطيف الكهرومغناطيسي. كما هو الحال مع أورانوس، يساهم امتصاص الضوء الأحمر بواسطة غاز الميثان الموجود في الغلاف الجوي في ظهور اللون الأزرق الخافت لنبتون، والذي يكون أكثر وضوحًا على نبتون بسبب وجود ضباب مركّز داخل الغلاف الجوي لأورانوس.
ينقسم الغلاف الجوي لنبتون إلى طبقتين أساسيتين: طبقة التروبوسفير السفلية، والتي تتميز بانخفاض درجة الحرارة مع زيادة الارتفاع، وطبقة الستراتوسفير، حيث ترتفع درجة الحرارة مع الارتفاع. تقع الواجهة بين هاتين الطبقتين، والمعروفة باسم التروبوبوز، عند ضغط قدره 0.1 بار (10 كيلو باسكال). خارج الستراتوسفير، يبدأ الغلاف الحراري عند ضغوط تتراوح من أقل من 10−5 إلى 10−4 بار (1 إلى 10 باسكال). بعد ذلك، يندمج الغلاف الحراري تدريجيًا في الغلاف الخارجي.
تشير نماذج الغلاف الجوي إلى أن طبقة التروبوسفير لنبتون تُظهر نطاقات سحابية متميزة، ويختلف تكوينها وفقًا للارتفاع. تُلاحظ السحب على ارتفاعات أعلى عند ضغط أقل من شريط واحد، حيث تكون الظروف مواتية لتكثيف غاز الميثان. بين واحد وخمسة بار (100 و 500 كيلو باسكال)، من المفترض أن تتشكل السحب المكونة من الأمونيا وكبريتيد الهيدروجين. عند ضغوط تتجاوز خمسة بار، من المحتمل أن تتكون التكوينات السحابية من الأمونيا وكبريتيد الأمونيوم وكبريتيد الهيدروجين والماء. علاوة على ذلك، من المتوقع أن تحتوي الطبقات الأعمق على سحب جليدية مائية عند حوالي 50 بار (5.0 ميجاباسكال)، حيث تصل درجة الحرارة إلى 273 كلفن (0 درجة مئوية؛ 32 درجة فهرنهايت). تحت هذه السحب، قد توجد سحب إضافية من الأمونيا وكبريتيد الهيدروجين.
كشفت عمليات الرصد عن سحب على ارتفاعات عالية على نبتون تُسقط ظلالًا على طبقة السحابة الأكثر كثافة تحتها. تحيط هذه النطاقات السحابية المرتفعة بالكوكب على طول خطوط عرض محددة، وتتراوح عروضها بين 50 و150 كيلومترًا وتقع على ارتفاع يتراوح بين 50 و110 كيلومترًا تقريبًا فوق سطح السحب الرئيسي. تتوافق هذه الارتفاعات مع طبقة التروبوسفير، وهي المنطقة الجوية التي تحدث فيها ظواهر الأرصاد الجوية، على عكس طبقة الستراتوسفير والغلاف الحراري الهادئة. في أغسطس 2023، حدث اختفاء ملحوظ لسحب نبتون على ارتفاعات عالية، مما أدى إلى إعادة فحص دراسة استمرت ثلاثة عقود باستخدام بيانات من تلسكوب هابل الفضائي والمراصد الأرضية. خلص هذا البحث إلى أن ديناميكيات السحابة على ارتفاعات عالية لنبتون ترتبط بالدورات الشمسية بدلاً من التغيرات الموسمية للكوكب.
يشير التحليل الطيفي لنبتون إلى أن الجزء السفلي من طبقة الستراتوسفير يظهر مظهرًا ضبابيًا، ويعزى ذلك إلى تكثيف منتجات التحلل الضوئي للميثان، وتحديدًا الإيثان والإيثين، الناتج عن الأشعة فوق البنفسجية. تحتوي هذه المنطقة الستراتوسفيرية أيضًا على كميات ضئيلة من أول أكسيد الكربون وسيانيد الهيدروجين. والجدير بالذكر أن طبقة الستراتوسفير لنبتون تحافظ على درجة حرارة أعلى من درجة حرارة أورانوس، وهي ظاهرة مرتبطة بزيادة تركيز الهيدروكربونات.
يظهر الغلاف الحراري لنبتون درجة حرارة مرتفعة بشكل غير عادي، حوالي 750 كلفن (477 درجة مئوية؛ 890 درجة فهرنهايت)، لأسباب غير مفهومة بالكامل بعد. ونظرًا لبعد الكوكب الكبير عن الشمس، فإن الأشعة فوق البنفسجية لا تعد مصدرًا كافيًا لهذه الطاقة الحرارية. تتضمن آليات التسخين المقترحة التفاعلات بين الغلاف الجوي والأيونات داخل المجال المغناطيسي لنبتون، بالإضافة إلى تبديد موجات الجاذبية الناشئة من باطن الكوكب. ويحتوي الغلاف الحراري أيضًا على كميات ضئيلة من ثاني أكسيد الكربون والماء، والتي من المحتمل أن تكون قد دخلت عن طريق مصادر خارجية مثل النيازك والغبار الموجود بين الكواكب.
المناخ
يتم تحديد نشاط الأرصاد الجوية لنبتون من خلال أنظمة العواصف النشطة للغاية، حيث يمكن أن تقترب سرعة الرياح من 600 م/ث (2200 كم/ساعة؛ 1300 ميل/ساعة)، متجاوزة السرعات الأسرع من الصوت. والأكثر شيوعًا، تشير ملاحظات حركات السحب المستمرة إلى أن سرعة الرياح تتراوح بين 20 م/ث شرقًا إلى 325 م/ث غربًا. وفي طبقات السحاب العليا، تتراوح سرعة الرياح السائدة من 400 م/ث بالقرب من خط الاستواء إلى 250 م/ث عند القطبين. تدور نسبة كبيرة من رياح نبتون في اتجاه مضاد لدوران الكوكب. يكشف نمط الرياح العام عن دوران متصاعد عند خطوط العرض العليا يتناقض مع الدوران الرجعي عند خطوط العرض المنخفضة. يُفترض أن هذا الاختلاف الاتجاهي هو "تأثير جلدي"، وليس مؤشرًا على آليات جوية أكثر عمقًا. على سبيل المثال، يتحرك تيار نفاث عالي السرعة بسرعة 300 م/ث عند خط عرض 70 درجة جنوبًا. علاوة على ذلك، أدت التغيرات الموسمية إلى زيادة ملحوظة في حجم وبياض نطاقات السحب في نصف الكرة الجنوبي لنبتون، وهي ظاهرة تم توثيقها لأول مرة في عام 1980. وتؤدي الفترة المدارية الممتدة لنبتون إلى مواسم تستمر لحوالي 40 سنة أرضية.
يظهر نبتون اختلافًا واضحًا عن أورانوس في المستوى المميز لنشاط الأرصاد الجوية. خلال تحليقها بالقرب من كوكب نبتون عام 1989، وثقت Voyager 2 ظواهر مناخية هامة على نبتون، في حين لم تتم ملاحظة أي نشاط جوي مماثل على أورانوس أثناء تحليقها عام 1986.
لوحظ أن تركيزات الميثان والإيثان والأسيتيلين عند خط استواء نبتون أعلى بـ 10 إلى 100 مرة من تلك الموجودة عند قطبيه. يتم تفسير هذا التباين على أنه دليل دامغ على ارتفاع مياه القاع في الغلاف الجوي في المنطقة الاستوائية وهبوطها بالقرب من القطبين، نظرًا لأن العمليات الكيميائية الضوئية وحدها لا يمكنها تفسير هذا التوزيع دون وجود دوران خطي.
في عام 2007، كشفت الملاحظات أن طبقة التروبوسفير العليا لنبتون في القطب الجنوبي أظهرت درجة حرارة أعلى بحوالي 10 كلفن من متوسط الغلاف الجوي البالغ 73 كلفن (-200 درجة مئوية). يسهل هذا التفاوت في درجات الحرارة تسامي الميثان، الذي يظل عادةً متجمداً داخل طبقة التروبوسفير، مما يسمح له بالصعود إلى طبقة الستراتوسفير في المنطقة القطبية. يُعزى وجود هذه "النقطة الساخنة" المحلية إلى الميل المحوري لنبتون، والذي حافظ على القطب الجنوبي تحت ضوء الشمس المستمر لما يعادل ربع الفترة المدارية لنبتون، أو ما يقرب من 40 سنة أرضية. مع تقدم نبتون خلال مداره إلى الجانب المقابل للشمس، سيواجه القطب الجنوبي ظلامًا بينما يصبح القطب الشمالي مضاءً، وبالتالي تتحول ظاهرة إطلاق غاز الميثان إلى نصف الكرة الشمالي.
العواصف
في عام 1989، تم التعرف على البقعة المظلمة العظيمة، وهي نظام عاصفة مضاد للأعاصير بقياس 13000 كم × 6600 كم (8100 ميل × 4100 ميل)، بواسطة المركبة الفضائية فوييجر 2 التابعة لناسا. أظهرت هذه العاصفة خصائص مشابهة للبقعة الحمراء العظيمة لكوكب المشتري. بعد حوالي خمس سنوات من اكتشافها، في 2 نوفمبر 1994، لم يتمكن تلسكوب هابل الفضائي من اكتشاف البقعة المظلمة العظيمة على سطح الكوكب. وبدلاً من ذلك، لوحظ وجود نظام عاصفة مشابه في نصف الكرة الشمالي لنبتون.
هناك عاصفة ملحوظة أخرى، تسمى السكوتر، وتتكون من مجموعة من السحب البيضاء تقع جنوب البقعة المظلمة العظيمة. نشأت هذه التسمية في الأشهر التي سبقت لقاء Voyager 2 عام 1989، عندما لوحظ أن هذه السحب تعبر بسرعات تتجاوز تلك الخاصة بالبقعة المظلمة العظيمة. كشف تحليل الصور اللاحق في وقت لاحق عن وجود سحب تتحرك بسرعات أكبر من تلك التي تم اكتشافها في البداية بواسطة Voyager 2. تمثل البقعة المظلمة الصغيرة، وهي عاصفة إعصارية تقع في نصف الكرة الجنوبي، ثاني أقوى عاصفة تم توثيقها خلال مواجهة عام 1989. في البداية، ظهرت هذه الميزة مظلمة تمامًا، ثم تطورت إلى نواة مضيئة مع اقتراب Voyager 2 من الكوكب، وهي سمة واضحة في معظم الصور عالية الدقة. وفي الآونة الأخيرة، في عام 2018، تم تحديد بقعة مظلمة أولية جديدة وبقعة داكنة أصغر حجمًا وإخضاعهما للتحقيق العلمي. تم الإبلاغ عن المراقبة الأرضية الافتتاحية لبقعة مظلمة على كوكب نبتون في عام 2023.
يُفترض أن البقع الداكنة على نبتون تنشأ داخل طبقة التروبوسفير على ارتفاعات أقل من تلك الخاصة بتكوينات السحب الأكثر سطوعًا، وبالتالي تظهر على شكل فتحات في طبقات السحب العليا. نظرًا لاستقرارها واستمرارها على مدى عدة أشهر، تعتبر هذه الميزات بمثابة هياكل دوامية. غالبًا ما تصاحب سحب الميثان الساطعة والدائمة بقع داكنة تتشكل بالقرب من طبقة التروبوبوز. يشير الوجود المستمر لهذه السحب المرتبطة إلى أن بعض البقع المظلمة السابقة قد تستمر كأعاصير حتى بعد أن لا يمكن تمييزها كمعالم داكنة. يُعتقد أن البقع الداكنة تتبدد إما عند الهجرة بشكل مفرط بالقرب من خط الاستواء أو من خلال آلية بديلة لم يتم تحديدها بعد.
في عام 1989، اكتشفت تجربة علم الفلك الراديوي الكوكبي (PRA) على متن فوييجر 2 ما يقرب من 60 ومضة برق، تم تحديدها على أنها تفريغات إلكتروستاتيكية نبتونية، والتي انبعثت منها طاقات تتجاوز 7×10§910§ J. وفي الوقت نفسه، سجل نظام موجات البلازما (PWS) 16 موجة كهرومغناطيسية متميزة الأحداث، التي تمتد في نطاق تردد 50–12 كيلو هرتز، عند خطوط عرض مغناطيسية تتراوح بين 7° و33°. من المفترض أن تكون عمليات رصد موجات البلازما هذه ناتجة عن نشاط البرق الذي يحدث على مدى 20 دقيقة داخل سحب الأمونيا في الغلاف المغناطيسي.
أثناء اقتراب Voyager 2 من نبتون، أسفر جهاز PWS عن الاكتشافات الأولية لموجات البلازما للكوكب، والتي تم تسجيلها بمعدل أخذ عينات قدره 28800 عينة في الثانية. تراوحت كثافات البلازما المرصودة من 10−3 إلى 10−1 cm§910§. من المفترض أن يظهر البرق النبتوني ضمن ثلاث طبقات سحابية متميزة، حيث تشير النماذج الفيزيائية الميكروفيزيائية إلى أن غالبية هذه الأحداث تحدث في سحب المياه التروبوسفيرية أو سحب الأمونيا الضحلة في الغلاف المغناطيسي. تشير التوقعات إلى أن معدل وميض برق نبتون يبلغ حوالي 1/19 من معدل وميض كوكب المشتري، مع تركز معظم النشاط عند خطوط العرض العليا. ومع ذلك، يبدو أن ظاهرة البرق على نبتون تشبه البرق الأرضي أكثر من البرق المشتري.
الحركة المدارية والمراقبة
يحتفظ نبتون بمتوسط مسافة مدارية تبلغ 4.5 مليار كيلومتر من الشمس، وهو ما يعادل حوالي 30.1 وحدة فلكية (AU)، حيث تمثل الوحدة الفلكية الواحدة متوسط المسافة بين الأرض والشمس. يكمل الكوكب دورة كاملة كل 164.79 سنة في المتوسط، مع تقلب يبلغ حوالي ±0.1 سنة. تبلغ مسافة الحضيض الشمسي 29.81 وحدة فلكية، بينما تبلغ مسافة الأوج 30.33 وحدة فلكية. مع انحراف مداري يبلغ 0.008678 فقط، يمتلك نبتون ثاني أكثر مدار دائري بين كواكب النظام الشمسي، ولا يفوقه سوى كوكب الزهرة. يبلغ ميل مدار نبتون بالنسبة إلى المستوى المداري للأرض 1.77 درجة.
في 11 يوليو 2011، حقق نبتون مداره الافتتاحي الكامل حول مركز الكتلة منذ اكتشافه الأولي في عام 1846. ومع ذلك، فإن موقعه السماوي لم يتطابق تمامًا مع إحداثيات اكتشافه بسبب الموقع المداري المتغير للأرض خلال دورته التي تبلغ 365.26 يومًا. علاوة على ذلك، فإن حركة الشمس بالنسبة إلى مركز ثقل النظام الشمسي تعني أنه في 11 يوليو، لم يكن نبتون في موقع اكتشافه الدقيق بالنسبة للشمس؛ عند استخدام نظام الإحداثيات الشمسي المركزي الأكثر شيوعًا، تم الوصول إلى خط الطول المكتشف في 12 يوليو 2011.
الملاحظة
إن سطوع نبتون ليس كافيا للرؤية بالعين المجردة. ويتراوح حجمه الظاهري الحالي بين 7.67 و7.89، ويظهر متوسطًا قدره 7.78 وانحرافًا معياريًا قدره 0.06. العديد من الأجرام السماوية، بما في ذلك أقمار المشتري الجليلية، والكوكب القزم سيريس، والكويكبات مثل 4 فيستا، 2 بالاس، 7 إيريس، 3 جونو، و6 هيبي، يمكن أن تتجاوز سطوعها. وبمساعدة التلسكوب أو المنظار القوي، يظهر نبتون كقرص أزرق صغير يشبه أورانوس. بين عامي 1980 و2000، زاد لمعان نبتون بنسبة 10% تقريبًا، ويُعزى ذلك في المقام الأول إلى التغيرات الموسمية. ومن المتوقع أن يستمر هذا الاتجاه المشرق مع اقتراب الكوكب من الحضيض الشمسي في عام 2042. وقبل عام 1980، كان حجم الكوكب منخفضًا يصل إلى 8.0.
نظرًا لبعده الكبير عن الأرض، يمتد القطر الزاوي لنبتون ما بين 2.2 إلى 2.4 ثانية قوسية فقط، مما يجعله الأصغر بين كواكب النظام الشمسي. يمثل هذا الحجم الظاهري الضئيل تحديات كبيرة للمراقبة البصرية. ظلت البيانات التلسكوبية مقيدة حتى ظهور تلسكوب هابل الفضائي والمراصد الأرضية المتقدمة المجهزة بالبصريات التكيفية (AO). على سبيل المثال، حتى عام 1977، كانت فترة دوران نبتون لا تزال غير محددة. تم إجراء أول عمليات رصد أرضية ناجحة باستخدام البصريات التكيفية في هاواي في عام 1997. وفي الوقت الحاضر، يقترب نبتون من الحضيض الشمسي (أقرب نقطة مدارية له إلى الشمس)، وهي مرحلة مرتبطة بالاحترار الملحوظ، وزيادة النشاط الجوي، وزيادة اللمعان. تعمل هذه التقنيات المتقدمة الآن على التقاط صور أكثر تعقيدًا لنبتون بشكل تدريجي. منذ منتصف التسعينيات، سهَّل كل من تلسكوبات هابل والبصريات التكيفية العديد من الاكتشافات، ولا سيما التوسع في قائمة الأقمار الصناعية المعروفة التي تدور حول الكواكب الخارجية. على وجه التحديد، خلال عامي 2004 و2005، تم التعرف على خمسة أقمار صناعية صغيرة غير مصنفة سابقًا لنبتون، يتراوح قطرها من 38 إلى 61 كيلومترًا.
كما لوحظ من الأرض، يخضع نبتون لحركة تراجعية واضحة كل 367 يومًا تقريبًا، والتي تظهر كمسار حلقي مميز على خلفية النجوم الثابتة أثناء كل تقابل. مثل هذه الحلقات جعلت الكوكب يقترب من إحداثيات اكتشافه لعام 1846 في أبريل ويوليو من عام 2010، وبعد ذلك في أكتوبر ونوفمبر من عام 2011.
مع فترة مدارية مدتها 164 عامًا، يجتاز نبتون كل كوكبة فلكية على مدى متوسط مدة 13 عامًا. في عام 2011، أكمل الكوكب مداره الشمسي الكامل الأولي منذ اكتشافه، وبالتالي عاد إلى موقعه الأصلي المرصود شمال شرق إيوتا أكواري.
تكشف عمليات رصد الترددات الراديوية لنبتون عن حالته كمصدر للانبعاثات المستمرة والانفجارات المتقطعة. من المفترض أن هذه الانبعاثات تنبعث من المجال المغناطيسي الدوار للكوكب. ضمن طيف الأشعة تحت الحمراء، تظهر العواصف الجوية لنبتون كمظاهر مضيئة على خلفية أكثر برودة، مما يتيح تتبعًا دقيقًا لأبعادها وتشكلها.
مجال الجاذبية وتأثيرها
حلقات الكواكب
يمتلك نبتون نظام حلقات كوكبية، وإن كان أقل بروزًا بكثير من تلك التي لوحظت حول زحل وأورانوس. من المفترض أن تحتوي هذه الحلقات على جزيئات ثلجية مغلفة بالسيليكات أو المركبات الكربونية، والتي من المحتمل أن تعطي لونها المحمر. تشمل المكونات الأساسية لهذا النظام حلقة آدامز الضيقة، التي تقع على بعد 63000 كيلومتر من مركز نبتون؛ وحلقة لو فيرير على ارتفاع 53 ألف كيلومتر؛ وحلقة جالي الأوسع والأكثر انتشارًا، والتي تقع على مسافة 42000 كيلومتر. تم تحديد الامتداد الخارجي الدقيق لحلقة Le Verrier، المسماة Lassell، من الخارج بواسطة حلقة Arago، التي تقع على ارتفاع 57000 كيلومتر.
تم الاكتشاف الأولي لهذه الحلقات الكوكبية في عام 1968، ويعزى ذلك إلى فريق بحث بقيادة إدوارد جينان. أدى التحليل اللاحق لهذه البيانات، بالإضافة إلى الملاحظات الجديدة في أوائل الثمانينيات، إلى ظهور فرضية مفادها أن هذا النظام الحلقي قد يكون متقطعًا. ظهرت مؤشرات الفجوات المحتملة داخل الحلقات لأول مرة خلال حدث الاحتجاب النجمي في عام 1984، حيث غطت الحلقات النجم عند الانغماس ولكن ليس أثناء الانغماس. تم حل المشكلة نهائيًا من خلال الصور التي تم الحصول عليها من Voyager 2 في عام 1989، والتي أظهرت بوضوح حلقات باهتة متعددة.
تتكون حلقة آدامز الخارجية من خمسة أقواس مميزة، تم تحديدها على أنها الشجاعة، والحرية، والمساواة 1، والمساواة 2، والإخاء (الشجاعة، والحرية، والمساواة، والأخوة). يمثل استمرار هذه الأقواس لغزًا فيزيائيًا فلكيًا كبيرًا، حيث تتنبأ الميكانيكا المدارية عادةً بتبددها السريع في حلقة موحدة. تعزو النماذج الفلكية المعاصرة حصر هذه الأقواس إلى تأثير جاذبية جالاتيا، وهو قمر يقع مباشرة داخل الحلقة.
تشير الملاحظات من الأرض، والتي تم الإبلاغ عنها في عام 2005، إلى أن نظام حلقات نبتون يُظهر قدرًا أكبر من عدم الاستقرار مما كان يُعتقد سابقًا. كشفت الصور التي تم الحصول عليها بين عامي 2002 و2003 بواسطة مرصد W. M. Keck عن تدهور كبير داخل الحلقات عند مقارنتها ببيانات من Voyager 2. ومن الجدير بالذكر أن التوقعات تشير إلى أن قوس ليبرتيه يمكن أن يتبدد خلال قرن واحد تقريبًا.
أقمار نبتون
يمتلك نبتون 16 قمرًا محددًا. يعتبر تريتون أضخم قمر لنبتون، ويشكل أكثر من 99.5% من الكتلة الإجمالية التي تدور حول الكوكب، وهو القمر الوحيد الكبير بما يكفي للحصول على شكل كروي. اكتشف ويليام لاسيل تريتون بعد 17 يومًا فقط من اكتشاف نبتون. يتميز تريتون عن أقمار الكواكب الرئيسية الأخرى داخل النظام الشمسي، ويظهر في مدار رجعي، مما يشير إلى التقاطه بدلاً من تكوينه في الموقع؛ من المفترض أنه نشأ ككوكب قزم في حزام كويبر. يؤدي قربه من نبتون إلى دوران متزامن، وهو يتصاعد تدريجيًا إلى الداخل بسبب تسارع المد والجزر. في النهاية، خلال حوالي 3.6 مليار سنة، من المتوقع أن يتفكك ترايتون عند الوصول إلى حد روش. في عام 1989، تم تسجيل تريتون باعتباره أبرد جرم سماوي تم قياسه في النظام الشمسي، مع درجات حرارة تقدر بـ 38 كلفن (−235 درجة مئوية). تُعزى درجة الحرارة المنخفضة بشكل استثنائي إلى بياض تريتون المرتفع بشكل ملحوظ، مما يسهل انعكاس الإشعاع الشمسي بشكل كبير بدلاً من امتصاصه.
يمتلك نيريد، ثاني قمر صناعي مكتشف لنبتون وقمر غير منتظم، واحدة من أكثر المدارات انحرافًا بين جميع الأقمار الصناعية في النظام الشمسي. إن انحرافه المركزي، الذي تم قياسه عند 0.7512، يؤدي إلى حدوث نقطة توقف أكبر سبع مرات من مسافة الحضيض من نبتون.
بين يوليو وسبتمبر 1989، حددت فوييجر 2 ستة أقمار نبتون إضافية. ومن بين هذه الأجرام، فإن بروتيوس ذو الشكل غير المنتظم جدير بالملاحظة لكونه أكبر جرم سماوي من حيث كثافته ولم يتم إجباره بواسطة الجاذبية على اتخاذ شكل كروي. على الرغم من كونه ثاني أكبر أقمار نبتون من حيث الكتلة، إلا أن كتلته لا تشكل سوى 0.25% من كتلة ترايتون. تحافظ أقمار نبتون الأربعة الأعمق - نياد، وثالاسا، وديسبينا، وجالاتيا - على مدارات قريبة بدرجة كافية لتتواجد داخل النظام الحلقي للكوكب. تم اكتشاف لاريسا، القمر اللاحق للخارج، لأول مرة في عام 1981 أثناء احتجاب نجمي. يُعزى هذا الحدث في البداية إلى الأقواس الحلقية؛ ومع ذلك، أكدت ملاحظات Voyager 2 في عام 1989 لاحقًا أن لاريسا هي الجسم المسبب. تم الإعلان عن خمسة أقمار غير منتظمة جديدة، تم اكتشافها بين عامي 2002 و 2003، في عام 2004. وتم اكتشاف هيبوكامب، وهو قمر جديد وأصغر قمر تم تحديده حتى الآن، في عام 2013 من خلال تركيب صور هابل المتعددة. تماشيًا مع هوية نبتون باعتباره إله البحر عند الرومان، سُميت أقماره بأسماء آلهة البحر الصغيرة.
الرنين المداري
يمارس المسار المداري لنبتون تأثيرًا كبيرًا على المنطقة المجاورة، المعروفة باسم حزام كويبر. يتكون هذا الحزام من حلقة واسعة من الأجسام الجليدية الصغيرة، تشبه حزام الكويكبات ولكنها أكثر اتساعًا، وتمتد من مدار نبتون عند 30 وحدة فلكية إلى حوالي 55 وحدة فلكية من الشمس. بالتوازي مع هيمنة جاذبية المشتري على حزام الكويكبات، يتحكم مجال جاذبية نبتون في حزام كويبر. طوال تاريخ النظام الشمسي، أدت قوى جاذبية نبتون إلى زعزعة استقرار مناطق محددة داخل حزام كويبر، وبالتالي خلق فجوات هيكلية، تتمثل في المنطقة الواقعة بين 40 و42 وحدة فلكية.
ضمن هذه المناطق الشاغرة، تسمح التكوينات المدارية المحددة للأجسام بالبقاء طوال عمر النظام الشمسي بأكمله. تنشأ مثل هذه الأصداء عندما تكون الفترة المدارية لجسم ما مضاعفًا كسريًا دقيقًا لدورة نبتون، والتي تتمثل في نسب مثل 1:2 أو 3:4. على سبيل المثال، فإن الجسم الذي يكمل مدارًا شمسيًا واحدًا لكل اثنين من مدارات نبتون سوف يجتاز نصف مساره فقط بحلول الوقت الذي يعود فيه نبتون إلى موضعه الأولي. يعتبر الرنين 2:3 هو الأكثر كثافة سكانية داخل حزام كويبر، حيث يشمل أكثر من 200 جسم تم تحديده. تنفذ الأجسام الموجودة ضمن هذا الرنين مدارين لكل ثلاثة مدارات لنبتون وتسمى بلوتينوس، وهي تسمية مشتقة من بلوتو، أكبر كائن معروف في حزام كويبر، كونه عضوًا في هذه المجموعة. على الرغم من التقاطع المداري المنتظم لبلوتو مع نبتون، فإن الرنين 2:3 يمنع أي تصادم محتمل. تُظهر الأصداء الأخرى، بما في ذلك 3:4 و3:5 و4:7 و2:5، مجموعات متفرقة.
يستضيف نبتون العديد من أجسام طروادة المعروفة، والتي تتواجد عند نقاط لاغرانج L4 وL5 الخاصة بالشمس-نبتون، وهي مناطق مستقرة الجاذبية تسبق نبتون وتتبعه في مساره المداري. تعتبر أحصنة طروادة نبتون هذه في رنين مداري 1:1 مع نبتون. تُظهر بعض أحصنة طروادة نبتون استقرارًا مداريًا استثنائيًا، مما يشير إلى تكوينها المشترك مع نبتون بدلاً من الاستيلاء عليه لاحقًا. كان الجسم الأولي الذي تم تحديده بالارتباط مع نقطة لاغرانج L5 اللاحقة لنبتون هو 2008 LC18. بالإضافة إلى ذلك، يمتلك نبتون شبه قمر صناعي مؤقت، تم تحديده (309239) 2007 RW§1415§. لقد حافظ هذا الكائن على حالته شبه الفضائية لمدة 12500 عام تقريبًا ومن المتوقع أن يستمر في هذا التكوين الديناميكي لمدة مماثلة.
الاستكشاف
حتى الآن، تظل Voyager 2 المركبة الفضائية الوحيدة التي قامت بالتحليق بالقرب من نبتون. تم الوصول إلى أقرب نقطة من الكوكب في 25 أغسطس 1989. نظرًا لأن نبتون يمثل الكوكب الرئيسي الأخير الذي يمكن للمركبة الفضائية الوصول إليه، فقد تم إعطاء الأولوية للتحليق بالقرب من قمره تريتون، بغض النظر عن آثار المسار، مما يعكس الإستراتيجية المستخدمة أثناء لقاء فوييجر 1 مع زحل وقمره تيتان. شكلت الصور التي تم إرسالها إلى الأرض بواسطة Voyager 2 أساسًا لبث طوال الليل على قناة PBS عام 1989 بعنوان Neptune All Night.
خلال اللقاء، استغرقت الإشارات المرسلة من المركبة الفضائية 246 دقيقة للوصول إلى الأرض. وبالتالي، تم تنفيذ غالبية عمليات مهمة Voyager 2 لمواجهة نبتون عبر أوامر مبرمجة مسبقًا. اقتربت المركبة الفضائية من القمر نيريد قبل أن تصل إلى مسافة 4400 كيلومتر من الغلاف الجوي لنبتون في 25 أغسطس، ثم مرت بالقرب من أكبر قمر للكوكب، تريتون، في وقت لاحق من ذلك اليوم.
أكدت المركبة الفضائية وجود مجال مغناطيسي كوكبي، مشيرة إلى إزاحته عن المركز وميله المحوري، وهو تكوين مشابه لما لوحظ حول أورانوس. سهّلت قياسات الانبعاثات الراديوية تحديد فترة دوران نبتون، وكشفت Voyager 2 عن نظام طقس نشط بشكل ملحوظ. علاوة على ذلك، تم تحديد ستة أقمار جديدة، ووجد أن الكوكب يمتلك حلقات متعددة. أدى هذا التحليق إلى أول قياس دقيق لكتلة نبتون، والذي تم تحديده على أنه أقل بنسبة 0.5% من الحسابات السابقة. وبالتالي، دحض هذا الرقم الشامل للكتلة الفرضية التي تفترض وجود كوكب X غير مكتشف يؤثر على مدارات نبتون وأورانوس.
منذ عام 2018، تعمل إدارة الفضاء الوطنية الصينية على تطوير تصميم مفاهيمي لزوج من المسبارات بين النجوم من فئة فوييجر، والتي سُميت مؤقتًا Shensuo. ومن المقرر إطلاق هذه المجسات في عشرينيات القرن الحالي، وهي مصممة لاجتياز مسارات متباينة لاستكشاف الحدود المتعارضة للغلاف الشمسي؛ وعلى وجه التحديد، من المتوقع أن يقوم المسبار الثاني، IHP-2، بالتحليق بالقرب من نبتون في يناير/كانون الثاني 2038، على ارتفاع لا يتجاوز 1000 كيلومتر فوق قمم السحب، مع إمكانية نشر مصادم جوي أثناء اقترابه. وبعد ذلك، ستواصل مهمتها عبر حزام كويبر باتجاه ذيل الغلاف الشمسي، وهي منطقة غير مدروسة حاليًا.
بعد عمليات الطيران القريبة التي أجرتها Voyager 2 وIHP-2'، من المتوقع أن تكون المرحلة اللاحقة في الاستكشاف العلمي لنظام نبتون بمثابة مهمة مدارية؛ معظم المقترحات لمثل هذه المهام قد نشأت من وكالة ناسا، وكثيرًا ما تدعو إلى إنشاء مركبة مدارية من فئة الرائد. في عام 2003، تضمنت "دراسات مهمات الرؤية" التابعة لناسا مقترحًا لمهمة "مركبة نبتون المدارية المزودة بمسبارات"، والتي تم تصميمها لتحقيق أهداف علمية مماثلة لأهداف مهمة كاسيني. اقترح اقتراح لاحق، والذي لم يتم اختياره في النهاية، Argo، وهي مركبة فضائية مخصصة للإطلاق في عام 2019، بمسار يشمل كوكب المشتري، وزحل، ونبتون، وجسم من حزام كويبر. كان من الممكن أن يكون التركيز الأساسي لهذه المهمة هو استكشاف نبتون وقمره الأكبر تريتون، والمتوقع أن يتم ذلك في عام 2029 تقريبًا.
تم إلغاء مهمة نيو هورايزنز 2 المقترحة، على الرغم من اعتبارها بمثابة تحليق قريب من نظام نبتون، لاحقًا. ضمن برنامج الاستكشاف، اقترح أحد الاقتراحات أن المركبة الفضائية ترايدنت ستنفذ تحليقًا بالقرب من نبتون وتريتون؛ ومع ذلك، لم يتم اختيار هذه المهمة للاستكشاف 15 أو 16. تمثل نبتون أوديسي تصميمًا مفاهيميًا آخر لمركبة نبتون المدارية ومسبار الغلاف الجوي، والتي قيمتها ناسا على أنها مهمة علمية استراتيجية كبيرة محتملة. كان من المقرر إطلاق هذه المهمة بين عامي 2031 و2033، لتصل إلى نبتون بحلول عام 2049. ومع ذلك، ونظرًا لاعتبارات لوجستية، تلقت بعثة أورانوس المدارية والمسبار التوصية باعتبارها مهمة مدارية عملاقة للجليد، مما يضمن الأولوية القصوى على إنسيلادوس أوربيلاندر.
هناك اقتراحان بارزان لمهمة مدارية حول نبتون تركز على ترايتون، ومن المقدر أن تقع ضمن نطاق التكلفة بين ترايدنت و مهمات Odyssey ضمن برنامج New Frontiers هي Triton Ocean World Surveyor وNautilus. ومن المتوقع أن تكون مراحل الرحلات البحرية الخاصة بكل منهما في الإطارين الزمنيين 2031-2047 و2041-2056. تم تحديد نبتون أيضًا كهدف محتمل لمهمة الصين Tianwen-5، ومن المتوقع وصوله في عام 2058.
ملاحظات
ملاحظات
المراجع
قائمة المراجع
- Burgess, Eric (1991). لقاء بعيد: نظام نبتون. نيويورك: مطبعة جامعة كولومبيا. رقم ISBN 978-0-231-07412-4.مور، باتريك (2000). كتاب بيانات علم الفلك. باتون روج: مجموعة تايلور وفرانسيس. ISBN 978-0-7503-0620-1. عامل منجم، إليس د.; ويسن، راندي ر. (2002). نبتون: الكوكب والحلقات والأقمار الصناعية. كتب سبرينغر براكسيس في علم الفلك وعلوم الفضاء. لندن؛ نيويورك: سبرينغر. ردمك 978-1-85233-216-7.
- عامل منجم، إليس د.؛ ويسن، راندي ر. (2002). نبتون: الكوكب والحلقات والأقمار الصناعية. كتب سبرينغر براكسيس في علم الفلك وعلوم الفضاء. لندن؛ نيويورك: سبرينغر. رقم ISBN 978-1-85233-216-7.ستاندج، توم (2000). ملف نبتون: قصة التنافس الفلكي ورواد صيد الكواكب. نيويورك: ووكر. ISBN 978-0-8027-1363-6.
- صحيفة حقائق نبتون الصادرة عن ناسا أرشفة 1 يوليو 2010 في آلة Wayback.
- الحلقة رقم 63 من برنامج Neptune Astronomy Cast، تتضمن النص الكامل.
- محاكاة تفاعلية ثلاثية الأبعاد للجاذبية لنبتون وأقماره الداخلية أرشفة 22 سبتمبر 2020 في آلة Wayback.
- عامل منجم، إليس د.؛ ويسن، راندي ر. (2002). نبتون: الكوكب والحلقات والأقمار الصناعية. كتب سبرينغر براكسيس في علم الفلك وعلوم الفضاء. لندن؛ نيويورك: سبرينغر. رقم ISBN 978-1-85233-216-7.ستاندج، توم (2000). ملف نبتون: قصة التنافس الفلكي ورواد صيد الكواكب. نيويورك: ووكر. ISBN 978-0-8027-1363-6.