מאז גילויו באמצע המאה ה-19, נפטון היה בעקביות כוכב לכת מסתורין. ככוכב הלכת הרחוק ביותר מהשמש שלנו, ביקרה בו רק משימה רובוטית אחת. ועדיין יש הרבה שאלות ללא מענה על איזה סוג של מכניקה מניע את הפנים שלה. עם זאת, מה שלמדנו על כדור הארץ במהלך העשורים האחרונים הוא ניכר.
לדוגמה, הודות ל- נסיעה 2 בדיקה וסקרים מרובים באמצעות מכשירים מבוססי כדור הארץ, מדענים הצליחו להשיג הבנה טובה למדי של המבנה וההרכב של נפטון. בנוסף לדעת מה מרכיב את האטמוספירה שלו, מודלים פלנטריים חזו גם איך נראה פנים כוכב הלכת. אז בדיוק ממה עשוי נפטון?
מבנה והרכב:
נפטון, כמו שאר כוכבי הלכת ענק הגז במערכת השמש, יכול להתפרק לשכבות שונות. ההרכב של נפטון משתנה בהתאם לאיזו מהשכבות האלה אתה מסתכל. השכבה החיצונית ביותר של נפטון היא האטמוספירה, היוצרת כ-5-10% ממסת כוכב הלכת, ונמשכת עד 20% מהדרך עד הליבה שלו.
הרכב ומבנה פנימי של נפטון. קרדיט: נאס'א
מתחת לאטמוספירה נמצאת המעטפת הגדולה של כוכב הלכת. זהו אזור נוזלי מחומם בו הטמפרטורות יכולות להגיע עד ל-2,000 עד 5,000 K (1727 - 4727 מעלות צלזיוס; 3140 - 8540 מעלות צלזיוס). המעטפת שווה ערך ל-10 - 15 מסות כדור הארץ והיא עשירה במים, אמוניה ומתאן. תערובת זו מכונה קפואה למרות שהיא נוזל חם וצפוף, ולעיתים מכונה 'אוקיינוס מים-אמוניה'.
ריכוזים עולים של מתאן, אמוניה ומים נמצאים באזורים התחתונים של האטמוספירה. בניגוד לאורנוס, להרכב של נפטון יש נפח גבוה יותר של אוקיינוס, בעוד לאורנוס יש מעטה קטנה יותר. כמו שאר ענקי הגז/קרח, מאמינים כי לנפטון יש ליבה מוצקה, שהרכבה עדיין נתון לניחושים. עם זאת, התיאוריה שהיא סלעית ועשירה במתכות עולה בקנה אחד עם התיאוריות הנוכחיות של היווצרות כוכבי לכת.
בהתאם לתיאוריות אלו, הליבה של נפטון מורכבת מברזל, ניקל וסיליקטים, כאשר דגם פנימי נותן לו מסה בערך פי 1.2 מזו של כדור הארץ. הלחץ במרכז מוערך ב-7 Mbar (700 GPa), בערך פי שניים מזה שבמרכז כדור הארץ, ועם טמפרטורות גבוהות כמו 5,400 K. בעומק של 7000 ק'מ, התנאים עשויים להיות כאלה ש מתאן מתפרק לגבישי יהלומים שגשם יורד כלפי מטה כמו אבני ברד.
בשל גודלו הקטן יותר וריכוז גבוה יותר של חומרים נדיפים ביחס לצדק ושבתאי, נפטון (בדומה לאורנוס) מכונה לעתים קרובות 'ענק קרח' - תת-מעמד של כוכב לכת ענק. גם כמו אורנוס, המבנה הפנימי של נפטון מובחן בין ליבה סלעית המורכבת מסיליקטים ומתכות; מעטה המורכב מקרחי מים, אמוניה ומתאן; ואטמוספירה המורכבת מגז מימן, הליום ומתאן.
אורנוס ונפטון, כוכבי הלכת הענקים בקרח של מערכת השמש. קרדיט: ויקיפדיה קומונס
האווירה של נפטון:
האטמוספירה של נפטון מהווה כ-5% עד 10% מהמסה שלו ונמשכת אולי 10% עד 20% מהדרך לכיוון הליבה, שם היא מגיעה ללחצים של כ-10 GPa - או בערך פי 100,000 מזה של האטמוספירה של כדור הארץ. בגובה רב, האטמוספירה של נפטון היא 80% מימן ו-19% הליום, עם כמות עקבות של מתאן.
כמו באורנוס, קליטה זו של אור אדום על ידי המתאן האטמוספרי היא חלק ממה שנותן לנפטון את הגוון הכחול שלו, אם כי זה של נפטון כהה וחי יותר. מכיוון שתכולת המתאן האטמוספרי של נפטון דומה לזה של אורנוס, מרכיב אטמוספרי לא ידוע נחשב לתרום לצביעה האינטנסיבית יותר של נפטון.
האטמוספרה של נפטון מחולקת לשני אזורים עיקריים: הטרופוספירה התחתונה (שם הטמפרטורה יורדת עם הגובה), והסטרטוספירה (שם הטמפרטורה עולה עם הגובה). הגבול בין השניים, הטרופופוזה, נמצא בלחץ של 0.1 בר (10 kPa). הסטרטוספירה מפנה את מקומה לתרמוספירה בלחץ נמוך מ-10-5עד 10-4מיקרו-ברים (1 עד 10 Pa), שעוברים בהדרגה אל האקסוספירה.
הספקטרום של נפטון מצביע על כך שהסטרטוספירה התחתונה שלו מעורפלת עקב התעבות של מוצרים הנגרמים על ידי אינטראקציה של קרינה אולטרה סגולה ומתאן (כלומר פוטוליזה), המייצרת תרכובות כמו אתאן ואתין. הסטרטוספירה היא גם בית לכמויות עקבות של פחמן חד חמצני ומימן ציאניד, שאחראים לכך שהסטרטוספירה של נפטון חמה יותר מזו של אורנוס.
תמונה שונה בצבע ובניגודיות המדגישה את המאפיינים האטמוספריים של נפטון. הנקודה האפלה הגדולה של נפטון בולטת כמאפיין הבולט ביותר משמאל. קרדיט: אריך קרקושקה
מסיבות שנותרו מעורפלות, התרמוספירה של כוכב הלכת חווה טמפרטורות גבוהות בצורה יוצאת דופן של כ-750 K (476.85 מעלות צלזיוס/890 מעלות צלזיוס). כוכב הלכת רחוק מדי מהשמש מכדי שהחום הזה יווצר על ידי קרינה אולטרה סגולה, מה שאומר שמעורב בו מנגנון חימום אחר - שיכול להיות האינטראקציה של האטמוספירה עם יונים בשדה המגנטי של כוכב הלכת, או גלי כבידה מבפנים כוכב הלכת שמתפזרים ב האטמוספירה.
מכיוון שנפטון אינו גוף מוצק, האטמוספירה שלו עוברת סיבוב דיפרנציאלי. אזור קו המשווה הרחב מסתובב בפרק זמן של כ-18 שעות, שהוא איטי יותר מסיבוב של 16.1 שעות של השדה המגנטי של כוכב הלכת. לעומת זאת, ההיפך נכון עבור אזורי הקוטב שבהם תקופת הסיבוב היא 12 שעות.
סיבוב דיפרנציאלי זה הוא הבולט ביותר מכל כוכב לכת במערכת השמש, והתוצאה היא גזירת רוח רוחב חזקה וסערות אלימות. שלושת המרשימים ביותר זוהו כולם בשנת 1989 על ידי גשושית החלל וויאג'ר 2, ולאחר מכן נקראו על פי המראה שלהם.
הראשונה שזוהתה הייתה סופה אנטיציקלונית אדירה בגודל 13,000 על 6,600 ק'מ ודומה ל- נקודה אדומה נהדרת של יופיטר. ידוע כ נקודה אפלה גדולה , הסופה הזו לא אותרה חמישה מאוחר יותר (2 בנובמבר 1994) כאשר טלסקופ החלל האבל חיפש אותה. במקום זאת, בחצי הכדור הצפוני של כוכב הלכת נמצאה סערה חדשה שהייתה דומה מאוד במראה, מה שמרמז שלסופות אלו תוחלת חיים קצרה יותר משל צדק.
שחזור של תמונות וויאג'ר 2 המציגות את הכתם השחור הגדול (משמאל למעלה), קטנוע (באמצע) והנקודה השחורה הקטנה (ימין למטה). קרדיט: NASA/JPL
ה קַטנוֹעַ היא סערה נוספת, קבוצת עננים לבנים הממוקמת דרומה יותר מהנקודה האפלה הגדולה. כינוי זה עלה לראשונה במהלך החודשים שקדמו לנסיעה 2מפגש בשנת 1989, כאשר קבוצת העננים נצפתה נעה במהירויות גבוהות יותר מהנקודה האפלה הגדולה.
ה נקודה אפלה קטנה , סערה ציקלון דרומית, הייתה הסופה השנייה בעוצמתה שנצפתה במהלך המפגש ב-1989. בתחילה היה חשוך לחלוטין; אלא כמונסיעה 2התקרב לכוכב הלכת, ליבה בהירה התפתחה וניתן היה לראות אותה ברוב התמונות ברזולוציה הגבוהה ביותר.
חֲקִירָה:
הנסיעה 2הגשושית היא החללית היחידה שביקרה אי פעם בנפטון. ההתקרבות הקרובה ביותר של החללית לכוכב הלכת התרחשה ב-25 באוגוסט 1989, שהתרחשה במרחק של 4,800 ק'מ (3,000 מייל) מעל הקוטב הצפוני של נפטון. מכיוון שזה היה כוכב הלכת הגדול האחרון שהחללית יכלה לבקר בו, הוחלט לבצע טיסה קרובה לירח טריטון - בדומה למה שנעשה עבורו. נסיעה 1' מפגש עם שַׁבְתַאִי והירח שלו עֲנָק .
החללית ביצעה מפגש כמעט עם הירח נריד לפני שהגיעה לטווח של 4,400 ק'מ מהאטמוספירה של נפטון ב-25 באוגוסט, ואז חלפה קרוב לירח הגדול ביותר של כוכב הלכת טריטון מאוחר יותר באותו היום. החללית אימתה את קיומו של שדה מגנטי המקיף את כוכב הלכת וגילתה שהשדה מוסט מהמרכז ונוטה באופן דומה לשדה סביב אורנוס.
תקופת הסיבוב של נפטון נקבעה באמצעות מדידות של פליטות רדיו ונסיעה 2גם הראה שלנפטון הייתה מערכת מזג אוויר פעילה באופן מפתיע. שישה ירחים חדשים התגלו במהלך הטיסה, והוכח שיש לכוכב הלכת יותר מטבעת אחת.
אמנם לא מתוכננות כרגע משימות לנפטון, אבל כמה משימות היפותטיות הוצעו. לדוגמה, משימת דגל אפשרית נראתה על ידי נאס'א שתתקיים מתישהו בסוף שנות ה-2020 או תחילת שנות ה-2030. הצעות אחרות כוללות אפשרות קאסיני-הויגנס בסגנון 'Neptune Orbiter with Probes', שהוצע כבר ב-2003.
הצעה נוספת, עדכנית יותר של נאס'א הייתה עבור ארגו – חללית עפה שתשוגר בשנת 2019, שתבקר בצדק, שבתאי, נפטון וחפץ חגורת קויפר. הפוקוס יהיה על נפטון וירחו הגדול ביותר טריטון, שייחקר בסביבות 2029.
בהתחשב במרחק שלו מכדור הארץ, אין זה סוד מדוע האזור הטרנס-נפטוני נותר מסתורי עבורנו. בעשורים הקרובים, מספר משימות מוצעות צפויות לנסוע לשם ולחקור את אוכלוסייתה העשירה של גופים קפואים ואת כוכב הלכת הענק שעל שמו הוא קרוי. ממחקרים אלה, אנו צפויים ללמוד הרבה על נפטון וההיסטוריה של מערכת השמש.
כתבנו הרבה מאמרים מעניינים בנושא נפטון על היקום היום. הנה מי גילה את נפטון? , איך נראים פני השטח של נפטון? , מהי טמפרטורת פני השטח של נפטון? , כמה ירחים יש לנפטון? , איך האווירה של נפטון? , איזה צבע הוא נפטון? , מסלולו של נפטון: כמה זמן אורכת שנה על נפטון?
אם תרצה מידע נוסף על נפטון, תסתכל על מהדורות החדשות של Hubblesite על נפטון , והנה קישור ל מדריך לחקר מערכת השמש של נאס'א לנפטון .
הקלטנו פרק שלם של אסטרונומיה רק על נפטון. אתה יכול להאזין לו כאן, פרק 63: נפטון .
מקורות: