Neptunus (planeet)

Geschiedenis

Ontdekking

De eerste mogelijke waarneming van Neptunus wordt door Galileo verondersteld te zijn zoals zijn tekeningen Neptunus in de buurt van Jupiter lieten zien. Maar Galileo werd niet gecrediteerd voor de ontdekking omdat hij dacht dat Neptunus een "vaste ster" was in plaats van een planeet. Door de langzame beweging van Neptunus aan de hemel was de kleine telescoop van Galileo niet sterk genoeg om Neptunus als planeet te detecteren.

In 1821 publiceerde Alexis Bouvard de astronomische tabellen van de baan van Uranus. Later bleek dat Uranus op een onregelmatige manier in zijn baan bewoog, waardoor sommige astronomen dachten dat een ander groot lichaam de oorzaak was van de onregelmatige bewegingen van Uranus. In 1843 berekende John Couch Adams de baan van een achtste planeet die mogelijk de baan van Uranus zou beïnvloeden. Hij stuurde zijn berekeningen naar Sir George Airy, de Astronoom Royal, die Adams om uitleg vroeg. Adams begon een kopie van het antwoord te maken, maar stuurde het nooit.

In 1846 maakte Urbain Le Verrier, die niet met Adams werkte, zijn eigen berekeningen, maar kreeg ook niet veel aandacht van Franse astronomen. In datzelfde jaar begon John Herschel echter de wiskundige methode te ondersteunen en moedigde hij James Challis aan om de planeet te zoeken. Na veel vertraging begon Challis zijn onwillige zoektocht in juli 1846. Ondertussen had Le Verrier Johann Gottfried Galle overtuigd om naar de planeet te zoeken.

Hoewel Heinrich d'Arrest nog student was aan de Berlijnse sterrenwacht, stelde hij voor om een nieuw getekende kaart van de hemel, in de regio van het voorspelde gebied van Le Verrier, te vergelijken met de huidige hemel om te zoeken naar de verandering van de positie van een planeet, in vergelijking met een vaste ster. Neptunus werd toen diezelfde nacht op 23 september 1846 ontdekt, binnen 1° (één graad (hoek) van waar Le Verrier het had voorspeld, en ongeveer 10° van de voorspelling van Adams. Challis kwam er later achter dat hij de planeet in augustus twee keer had gezien, omdat hij de planeet niet herkende vanwege zijn onzorgvuldige benadering van het werk.

Creditering en naamgeving

Na het nieuws van de ontdekking van Neptunus werd er ook veel geruzied tussen de Fransen en de Britten over wie de ontdekking zou verdienen. Later werd in een internationale overeenkomst besloten dat zowel Le Verrier als Adams samen krediet verdienden. Geschiedkundigen bespraken het onderwerp echter na de herontdekking in 1998 van de "Neptunuspapieren" (historische documenten van het Royal Greenwich Observatory), die schijnbaar gestolen waren en door de astronoom Olin Eggen bijna drie decennia lang werden bewaard en pas kort na zijn dood (in zijn bezit) werden herontdekt. Na bestudering van de documenten zijn sommige historici nu van mening dat Adams niet dezelfde waardering verdient als Le Verrier.

Kort na de ontdekking werd Neptunus tijdelijk "de planeet buiten Uranus" of "de planeet van Le Verrier" genoemd. De eerste suggestie voor een naam kwam van Galle. Hij stelde de naam Janus voor. In Engeland stelde Challis de naam Oceanus voor. In Frankrijk stelde Arago voor om de nieuwe planeet Leverrier te noemen, een suggestie die buiten Frankrijk op veel weerstand stuitte. Franse almanakken herintroduceerden prompt de naam Herschel voor Uranus en Leverrier voor de nieuwe planeet.

Ondertussen stelde Adams, om een andere reden, voor om de naam Georgian te veranderen in Uranus, terwijl Leverrier (via de Board of Longitude) Neptunus voorstelde voor de nieuwe planeet. Struve gaf die naam op 29 december 1846 aan de Academie van Wetenschappen in Sint-Petersburg. Al snel werd Neptunus internationaal erkend door veel mensen en was toen de officiële naam voor de nieuwe planeet. In de Romeinse mythologie was Neptunus de god van de zee, geïdentificeerd met de Griekse god Poseidon.

Urbain Le Verrier, de mede-ontdekker van Neptunus.

Structuur

Massa en samenstelling

Met 10,243×1025 kg plaatst de massa van Neptunus de planeet tussen de aarde en de grootste gasreuzen; Neptunus heeft zeventien aardmassa's maar slechts 1/18e van de massa van Jupiter. Neptunus en Uranus worden vaak beschouwd als onderdeel van een subklasse van gasreuzen die bekend staan als "ijsgiganten", gezien hun kleinere omvang en grote verschillen in samenstelling ten opzichte van Jupiter en Saturnus. In de zoektocht naar extrapolaire planeten is Neptunus gebruikt als referentie om de grootte en de structuur van de ontdekte planeet te bepalen. Sommige ontdekte planeten met vergelijkbare massa's zoals Neptunus worden vaak "Neptunus" genoemd. net zoals astronomen verwijzen naar verschillende extrapolaire "Jupiters".

De atmosfeer van Neptunus bestaat voor het grootste deel uit waterstof, met een kleinere hoeveelheid helium. Er wordt ook een kleine hoeveelheid methaan in de atmosfeer gedetecteerd. Belangrijke absorptiebanden van methaan komen voor bij golflengten boven 600 nm, in het rode en infrarode deel van het spectrum. Deze absorptie van rood licht door het atmosferische methaan geeft Neptunus zijn blauwe tint.

Omdat Neptunus zo ver van de zon vandaan draait, krijgt het heel weinig warmte met de bovenste regionen van de atmosfeer bij -218 °C (55 K). Maar dieper in de gaslagen stijgt de temperatuur langzaam. Net als bij Uranus is de bron van deze opwarming onbekend, maar de verschillen zijn groter: Neptunus is de verste planeet van de Zon, maar zijn interne energie is sterk genoeg om de snelste winden te creëren die in het Zonnestelsel te zien zijn. Verschillende mogelijke verklaringen zijn gesuggereerd, waaronder radiogene verwarming vanuit de kern van de planeet, de voortdurende straling in de ruimte van restwarmte die gemaakt wordt door het binnendringen vanmaterie tijdens de geboorte van de planeet, en zwaartekrachtgolven die breken boven de tropopauze.

De structuur van de binnenkant van Neptunus lijkt sterk op de structuur van de binnenkant van Uranus. Er is waarschijnlijk een kern, waarvan gedacht wordt dat het ongeveer 15 aardmassa's zijn, bestaande uit gesmolten gesteente en metaal, omgeven door een mengsel van gesteente, water, ammoniak en methaan. De zware druk houdt het ijzige deel van dit omringende mengsel als vaste stof, ondanks de grote temperaturen in de buurt van de kern. De atmosfeer, die zich ongeveer 10 tot 20% van de weg naar het centrum uitstrekt, bestaat voornamelijk uit waterstof en helium op grote hoogte. Er zijn meer mengsels van methaan, ammoniak en water te vinden in de lagere gebieden van de atmosfeer. Heel langzaam vermengt dit donkerder en heter gebied zich met het oververhitte vloeibare binnenste. De druk in het centrum van Neptunus is miljoenen keren hoger dan die op het aardoppervlak. Vergelijking van de rotatiesnelheid met de mate van afplatting toont aan dat de massa minder geconcentreerd is naar het centrum toe, in tegenstelling tot Uranus.

Weer en magnetisch veld

Een verschil tussen Neptunus en Uranus is het niveau van de waargenomen (gezien of gemeten) meteorologische activiteit. Toen het Voyager-ruimtevaartuig in 1986 door Uranus vloog, werd die wind op die planeet als mild geobserveerd. Toen de Voyager in 1989 door Neptunus vloog, werden er krachtige weersverschijnselen waargenomen. Het weer van Neptunus heeft extreem actieve stormsystemen. De atmosfeer heeft de hoogste windsnelheden in het zonnestelsel, vermoedelijk aangedreven door de stroom van interne warmte. Reguliere winden in het equatoriale gebied hebben snelheden van ongeveer 1200 km/u (750 mph), terwijl winden in stormsystemen tot 2100 km/u kunnen bereiken, bijna-supersonische snelheden.

In 1989 werd de Great Dark Spot, een cyclonaal stormsysteem ter grootte van Eurazië, ontdekt door het Voyager 2-ruimteschip van de NASA. De storm leek op de Grote Rode Vlek van Jupiter. Echter, op 2 november 1994 zag de Hubble-ruimtetelescoop de Grote Donkere Vlek niet op de planeet. In plaats daarvan werd een nieuwe storm, vergelijkbaar met de Grote Donkere Vlek, gevonden op het noordelijk halfrond van de planeet. De reden waarom de Grote Donkere Vlek is verdwenen is onbekend. Een mogelijke theorie is dat de warmteoverdracht vanuit de kern van de planeet het atmosferisch evenwicht en de bestaande circulatiepatronen heeft verstoord. De Scooter is een andere storm, een witte wolkengroep verder naar het zuiden dan de Grote Donkere Vlek. Zijn bijnaam werd gegeven toen hij voor het eerst werd opgemerkt in de maanden voorafgaand aan de Voyager-ontmoeting in 1989: hij bewoog zich sneller dan de Grote Donkere Vlek. Latere beelden toonden wolken die nog sneller bewogen dan Scooter. De Wizard's Eye/Dark Spot 2 is een andere zuidelijke cyclonale storm, de op één na sterkste storm die tijdens de ontmoeting in 1989 werd gezien. Oorspronkelijk was het volledig donker, maar naarmate de Voyager dichter bij de planeet kwam, ontwikkelde zich een heldere kern die in de meeste beelden met de hoogste resolutie te zien is.

In tegenstelling tot andere gasreuzen toont de atmosfeer van Neptunus de aanwezigheid van hoge wolken die schaduwen maken op een dik wolkendek eronder. Hoewel de atmosfeer van Neptunus veel actiever is dan die van Uranus, bestaan beide planeten uit dezelfde gassen en ijsjes. Uranus en Neptunus zijn niet precies hetzelfde type gasreuzen als Jupiter en Saturnus, maar zijn eerder ijsgiganten, wat betekent dat ze een grotere vaste kern hebben en ook uit ijs bestaan. Neptunus is erg koud, met temperaturen zo laag als -224 °C (-372 °F of 49 K) geregistreerd op de wolkentoppen in 1989.

Neptunus heeft ook overeenkomsten met Uranus in zijn magnetosfeer, met een magnetisch veld dat sterk gekanteld is ten opzichte van zijn rotatieas bij 47° en dat ten minste 0,55 radii (ongeveer 13.500 kilometer) van het fysieke centrum van de planeet afbuigt. Door de magnetische velden van de twee planeten te vergelijken, denken wetenschappers dat de extreme koers kenmerkend is voor stromingen in het binnenste van de planeet en niet het resultaat is van de zijdelingse rotatiebeweging van Uranus. ^[]

De Ringen van Neptunus

Er zijn zeer kleine blauw gekleurde ringen ontdekt rond de blauwe planeet, maar ze zijn niet zo bekend als de ringen van Saturnus. Toen deze ringen werden ontdekt door een team onder leiding van Edward Guinan, dachten ze oorspronkelijk dat de ringen misschien geen complete ringen waren. Dit werd echter bewezen door Voyager 2. De planetaire ringen van Neptunus hebben een vreemde "klonterige" opstelling. Hoewel de oorzaak op dit moment onbekend is, denken sommige wetenschappers dat dit komt door het zwaartekrachtcontact met kleine manen die in de buurt van de ringen draaien. ^[]

Het bewijs dat de ringen onvolledig zijn begon in het midden van de jaren tachtig, toen de stellaire occultatie zelden een extra "knipoog" bleek te tonen net voor of na de planeet de ster bedekte. Foto's van Voyager 2 in 1989 losten het probleem op, toen het ringsysteem verschillende zwakke ringen bleek te hebben. De verste ring, Adams, heeft drie beroemde bogen die nu Liberté, Egalité en Fraternité (Vrijheid, Gelijkheid en Broederschap) heten.

Het bestaan van bogen is zeer moeilijk te begrijpen omdat de bewegingswetten zouden voorspellen dat bogen zich in zeer korte tijd in een enkele ring verspreiden. De zwaartekrachteffecten van Galatea, een maan die net binnenkomt van de ring, worden nu geacht de bogen te hebben gecreëerd.

Verschillende andere ringen werden ontdekt door de Voyager-camera's. Ook met de dunne Adams Ring op ongeveer 63.000 km van het centrum van Neptunus ligt de Leverrier Ring op 53.000 km en de bredere, kleinere Galle Ring op 42.000 km. Een zeer kleine uitbreiding naar buiten toe van de Leverrier Ring heeft de naam Lassell gekregen; deze is aan de buitenrand omgeven door de Arago Ring op 57.000 km.

Nieuwe aardobservaties die in 2005 werden gepubliceerd, leken aan te tonen dat de ringen van Neptunus veel onstabieler zijn dan men vroeger dacht. Om precies te zijn lijkt het erop dat de Liberté-ring misschien snel zal verdwijnen in minder dan 100 jaar. De nieuwe waarnemingen lijken ons begrip van de ringen van Neptunus te verwarren.

De Ringen van Neptunus

De Manen van Neptunus

Neptunus heeft in totaal 14 bekende manen. Omdat Neptunus de Romeinse god van de zee was, werden de manen van de planeet vernoemd naar mindere zeegoden of godinnen. De grootste, en de enige die groot genoeg is om de vorm van een bol te hebben is Triton, (uitgesproken:ˈtraɪtən) ontdekt door William Lassell slechts 17 dagen na de ontdekking van Neptunus zelf. In tegenstelling tot alle andere grote planeetmanen heeft Triton een retrograde baan, waaruit blijkt dat de maan waarschijnlijk gevangen is genomen, en misschien ooit een Kuipergordelobject was. Het is dicht genoeg bij Neptunus om in een synchrone baan te worden opgesloten, en beweegt zich langzaam naar Neptunus en zal op een dag uit elkaar worden gerukt als het de grens van Roche overschrijdt. Triton is het koudste object dat in het zonnestelsel is gemeten, met temperaturen van -235 °C (38 K, -392 °F). Zijn diamant is 2700 km, (80% van de Maan van de Aarde, Luna), zijn massa is 2,15×1022 kg (30% van Luna), zijn baandiameter is 354.800 km (90% van Luna) en zijn baanperiode is 5.877 dagen (20% van Luna).

De tweede bekende maan van Neptunus (in volgorde van afstand), de oneven maan Nereid, heeft een van de meest ongewone banen van elke satelliet in het zonnestelsel.

Van juli tot september 1989 ontdekte Voyager 2 zes nieuwe manen van Neptunus. Hiervan is de klontervormige Proteus het grootste bekende object dat niet door de eigen zwaartekracht tot een bol is gevormd. Hoewel het de op één na grootste Neptunusmaan is, heeft hij slechts een kwart van de massa van Triton. De vier dichtstbijzijnde manen van Neptunus, Naiad, Thalassa, Despina en Galatea, draaien dicht genoeg bij elkaar om in de ringen van Neptunus te zitten.

De volgende die het verst weg is, werd Larissa oorspronkelijk ontdekt in 1981, toen het een ster had occult. De maan werd gecrediteerd voor het veroorzaken van de ringbogen van Neptunus toen Voyager 2 in 1989 Neptunus observeerde. Vijf nieuwe ongewone manen ontdekt tussen 2002 en 2003 werden aangekondigd in 2004. De laatste maan werd ontdekt uit het onderzoeken van Hubble Telescope imags op 16 juli 2013. Hij is slechts 12 mijl in doorsnee, waardoor hij zelfs door het Voyager 2-ruimteschip kan worden ontweken.

Observatie

Neptunus kan niet met het blote oog alleen gezien worden, omdat de normale helderheid van Neptunus tussen de magnituden +7.7 en +8.0 ligt, die door de Galilea-manen van Jupiter, de dwergplaneet Ceres en de asteroïden 4 Vesta, 2 Pallas, 7 Iris, 3 Juno en 6 Hebe kunnen worden overschaduwd. Een telescoop of sterke verrekijker toont Neptunus als een kleine blauwe stip, vergelijkbaar met Uranus. De blauwe kleur is afkomstig van het methaan in zijn atmosfeer. Zijn kleine duidelijke grootte heeft het moeilijk gemaakt om visueel te bestuderen; de meeste telescopische gegevens waren vrij beperkt tot de komst van de Hubble-ruimtetelescoop en grote grondtelescopen met adaptieve optiek.

Met een omloopperiode (siderische periode) van 164,88 Juliaanse jaren, zal Neptunus spoedig terugkeren (voor ontdekking) naar dezelfde plaats aan de hemel waar het in 1846 werd ontdekt. Dit zal drie verschillende keren gebeuren, ook met een vierde keer dat het heel dicht bij die positie zal komen. Dit zijn 11 april 2009, wanneer het in prograabeweging zal zijn; 17 juli 2009, wanneer het in retrograde beweging zal zijn; en 7 februari 2010, wanneer het in prograabeweging zal zijn. Het zal ook heel dicht bij hetzelfde punt komen sinds de ontdekking van 1846 eind oktober tot begin november 2010, wanneer Neptunus van retrograde naar directe beweging zal gaan op de exacte graad van de ontdekking van Neptunus en dan binnen 2 boogminuten op dat punt (het dichtstbijzijnde op 7 november 2010) voor een moment langs de ecliptica zal stoppen. Dit zal de laatste keer zijn voor ongeveer de komende 165 jaar dat Neptunus op zijn ontdekkingspunt zal zijn.

Dit wordt verklaard door het idee van retrogradatie. Zoals alle planeten en asteroïden in het Zonnestelsel voorbij de Aarde, gaat Neptunus op bepaalde punten in zijn synodische periode door retrogradatie. Naast het begin van de retrogradatie zijn er nog andere gebeurtenissen binnen de synodische periode, zoals de astronomische oppositie, de terugkeer naar de programmabeweging, en de conjunctie met de Zon.

In zijn baan rond de Zon keerde Neptunus in augustus 2011 terug naar zijn oorspronkelijke ontdekkingspunt.

Verkenning

Op dit moment heeft slechts één ruimteschip Neptunus bezocht. NASA's Voyager2 sonde maakte een snelle flyby van de planeet met de dichtstbijzijnde ontmoeting op 25 augustus 1989, en was de laatste planeet die door ten minste één ruimteschip werd bezocht.

Enkele belangrijke ontdekkingen van Voyager 2 waren de zeer nabijgelegen Triton, waar foto's werden genomen van verschillende delen van de maan. De sonde ontdekte ook de Grote Donkere Vlek, maar die is nu verdwenen toen de Hubble-ruimtetelescoop in 1994 foto's nam van Neptunus. Oorspronkelijk werd gedacht dat het een grote wolk of een cyclonaal stormsysteem was, maar later werd geraden dat het een gat in het zichtbare wolkendek was.

Neptunus bleek de sterkste winden te hebben van alle gasreuzen van het zonnestelsel. In de buitengebieden van het zonnestelsel, waar de Zon meer dan 1000 keer zwakker schijnt dan op Aarde (nog steeds erg helder met een magnitude van -21), gebeurde de laatste van de vier reuzen wel zoals de wetenschappers eigenlijk verwachtten. Je zou kunnen denken dat hoe verder een planeet van de Zon af staat, hoe minder energie en warmte er zou zijn om de zeer sterke winden te creëren en te laten draaien. De winden op Jupiter waren al honderden kilometers per uur. In plaats van tragere winden te zien, vonden de wetenschappers snellere winden (meer dan 1600 km/u) op verder weg gelegen Neptunus.

Een mogelijke gok voor de oorzaak van de hogere windsnelheden is dat als er voldoende energie wordt geproduceerd, er turbulentie ontstaat die de wind afremt (zoals die van Jupiter). Op Neptunus is er echter zo weinig zonne-energie dat ze na het starten van de wind weinig weerstand ondervinden en zeer hoge snelheden kunnen aanhouden. Hoe dan ook, Neptunus geeft meer energie uit dan het van de Zon krijgt, en de interne energiebron van deze winden blijft onbepaald.

De foto's die vanaf Voyager 2 in 1989 naar de aarde zijn teruggestuurd, werden de basis van een PBS-programma dat de hele nacht doorloopt en Neptunus All Night heet.

Voyager 2.