Остання планета. Історія досліджень Нептуна

Нептун є найдальшою планетою в Сонячній системі. Принаймні, зараз. У минулому він уже одного разу втратив це звання, тож не слід сподіватися, що в майбутньому це знову не станеться.

У будь-якому разі, з огляду на величезну відстань до Нептуна, він — вельми складна мета для вивчення. Проте вченим все ж вдалося розкрити деякі з таємниць восьмої планети. І сьогодні поговоримо про те, як саме це було зроблено.

Відкриття на кінчику пера

На відміну від усіх інших планет Сонячної системи, Нептун за жодних умов не вийде побачити на небі неозброєним оком. Тому його спостереження стали можливими лише після винаходу телескопа. Першою людиною, яка побачила восьму планету, став Галілео Галілей. На зроблених ним замальовках, датованих 28 грудня 1612-го і 27 січня 1613 року, вчений відзначив невелику зірочку. Як показали проведені вже у наш час розрахунки, Галілей помітив саме Нептун. На жаль, його телескоп виявився занадто слабким, щоб він міг роздивитися диск планети.

Утім, деякі дослідники стверджують, що Галілей щонайменше запідозрив, що спостережуване ним тіло не було звичайною зорею. Навіть якщо це й так, італійський астроном не залишив жодних конкретних записів щодо цього.

Згодом Нептун ще кілька разів спостерігався астрономами, але ніхто не розпізнав у ньому планету. Його офіційне відкриття стало можливим лише завдяки астрономічному детективу, що розгорнувся в першій половині XIX століття.

Річ у тім, що після виявлення Урана вчені помітили, що він рухається своєю орбітою не зовсім так, як мав би відповідно до закону всесвітнього тяжіння. З’явилося припущення, що це спровокував вплив на нього гравітації поки ще не відкритої восьмої планети. У результаті між астрономами з Франції та Англії почалися своєрідні перегони за право першим знайти “порушника спокою”.

У підсумку перемогу в цьому змаганні здобула Франція. Французький математик Урбен Левер’є зробив розрахунки, які дали змогу визначити приблизне положення невідомої планети. Далі він відправив свою роботу астроному Йоганну Галле, який працював у Берлінській обсерваторії. Галле отримав лист від Левер’є 23 вересня 1846 року, після чого негайно почав спостереження. З допомогою студента Генріха д’Арре буквально тієї ж ночі він знайшов невідому планету дуже близько від місця, зазначеного Левер’є. Це відкриття стало одним із найбільших наукових тріумфів XIX століття.

Як і у випадку з Ураном, досить швидко розгорілася суперечка, як назвати нововідкриту планету. Йоганну Галле імпонувало ім’я Янус, але воно не сподобалось Урбену Левер’є. Стверджуючи, що саме він має право іменувати відкриту планету, Левер’є спочатку запропонував назву “Нептун”. Потім математик передумав і заявив, що її слід назвати на його честь — Левер’є. Але цей варіант категорично не влаштував астрономів за межами Франції. Розглядали ще й назву “Океан”, яка також не здобула широкої підтримки. Тож у підсумку за восьмою планетою все ж закріпилося ім’я Нептун.

164 роки на оберт навколо Сонця

Від самого початку вивчення Нептуна дуже серйозно ускладнювала вельми значна відстань до планети, адже вона розташована за 4,5 млрд км від Землі. На те, щоб зробити один оберт навколо Сонця, Нептуну потрібно 164 роки. Власне кажучи, за час, що минув після відкриття планети, за її календарем минуло лише трохи більше року.

Проте, нехай і по крихтах, астрономи поступово збирали деяку інформацію про планету. З’ясувалося, що за своїми розмірами Нептун трохи менший, а ось за масою — більший за Уран. Незабаром після виявлення планети астрономам вдалося визначити, що у неї є досить великий супутник, його назвали Тритон. Надалі відкриття наступного супутника довелося чекати понад століття. Зараз ми знаємо, що всі інші місяці Нептуна вкрай малі. Їхня сумарна маса становить лише половину відсотка від маси Тритона.

Це пов’язано з тим, що Тритон “не рідний” супутник Нептуна. Він рухається навколо нього ретроградною орбітою, яка сильно нахилена до площин екліптики та екватора планети. Ця обставина свідчить, що Тритон є захопленим об’єктом. Найімовірніше, спочатку його орбіта пролягала в поясі Койпера. Але в якийсь момент гравітація Нептуна захопила Тритон і перевела його на постійну орбіту навколо планети.

Подібна подія практично напевно зруйнувала орбіти тодішніх супутників планети. Судячи з усього, спочатку колись Нептун володів сімейством великих місяців, порівнянних з місяцями Урана. Але захоплення Тритона призвело до їхнього зіткнення один з одним і повного руйнування. Зрештою від них залишилося лише кілька крихітних супутників.

Ще одне важливе відкриття було зроблено 1984 року, коли з’ясувалося, що у Нептуна є кільця. Вони доволі вузькі й тьмяні та поступаються за складністю своєї структури не тільки кільцям Сатурна, а й кільцям Урана.

Водночас у них є й унікальна особливість. Одне з кілець Нептуна містить кілька дуг, які існують окремо і не зливаються в єдину структуру. Астрономи пояснюють цей феномен тим, що речовина дуг утримується в рівновазі малими супутниками Нептуна, які виступають у ролі своєрідних “пастухів”.

Зустріч на краю Сонячної системи

Як і Уран, за всю історію досліджень Нептун відвідував лише один космічний апарат. Це сталося 1989 року, коли поруч із планетою пролетів легендарний зонд Voyager 2. На той момент його подорож тривала вже дванадцять років — і це при тому, що гарантійний термін служби апарата становив лише чотири роки. У зв’язку з цим цікаво згадати, що спочатку саме NASA оцінювало всього лиш у 40% імовірність того, що Voyager 2 збереже свою працездатність до моменту зустрічі з Нептуном. На щастя, апарат осоромив усіх скептиків.

Історична зустріч на краю Сонячної системи відбулася 25 серпня 1989 року. Voyager 2 пролетів на висоті 4950 км над північним полюсом планети.

Візуально Нептун виявився набагато красивішим за Уран. У його атмосфері навіть знайшовся чималий атмосферний шторм, який за аналогією з Великою червоною плямою назвали Великою темною плямою. Її діаметр перевищував діаметр Землі. Щоправда, Велика темна пляма виявилася не таким довгожителем, як її знаменитий побратим, і зникла вже до 1994 року. Також Voyager 2 зумів зареєструвати ураганні вітри, що дмуть в атмосфері планети. Їхня швидкість сягала 600 м/с, що є рекордом для Сонячної системи.

За внутрішньою будовою Нептун виявився схожим на Уран. Атмосфера планети складається з водню і гелію, під нею розташована крижана мантія з води, метану та аміаку, а в самому центрі заховане кам’яне ядро. Тому, як і Уран, Нептун зараз класифікується як крижаний гігант.

Нептун скидається на Уран і своїм магнітним полем. Воно нахилене на 47° відносно осі обертання планети й асиметричне: його центр зміщений приблизно на 0,55 радіуса планети від її центру. До прибуття Voyager 2 до Нептуна вчені вважали, що зміщена магнітосфера Урана — результат його аномального обертання. Однак тепер стало зрозуміло, що це спільна риса крижаних гігантів, очевидно, пов’язана з особливостями їхньої внутрішньої будови.

Voyager 2 сфотографував кільця Нептуна і знайшов кілька його раніше невідомих супутників. Але головною зіркою прольоту, мабуть, став Тритон. Виявилося, що це дуже активне тіло. На його поверхні є низка азотних гейзерів, висота викидів яких сягає 8 км. Voyager 2 навіть зумів сфотографувати азотні хмари, що сформувалися у вкрай розрідженій атмосфері Тритона.

Крім цього, в районі екватора супутника виявилося щось на кшталт замерзлих озер з берегами у вигляді сходових терас. Висота їхніх “сходів” може досягати кілометра. Зараз вважається, що після того, як Тритон був захоплений гравітацією Нептуна, його орбіта поступово змінювалася. Припливна взаємодія з планетою призвела до того, що поверхня супутника кілька разів розплавлялася, а потім застигала, що і призвело до утворення подібних структур.

Ба більше, подальше комп’ютерне моделювання, виконане на основі даних Voyager 2, вказало на досить цікаву можливість. Не виключено, що в надрах Тритона все ще може існувати цілий океан, в якому цілком можуть бути умови, що сприяють підтримці життя.

Аналіз даних Voyager 2 дав змогу розв’язати загадку Планети X — гіпотетичного небесного тіла, що впливає на орбіту Урана. Його пошуки свого часу призвели до відкриття спочатку Нептуна, а потім, коли його маси виявилося недостатньо, щоб пояснити всі зафіксовані відхилення — і Плутона. Але вимірювання Voyager 2 показали, що масу Нептуна від самого початку було визначено з похибкою, яка приблизно відповідає масі Марса. Коли її врахували, зникли всі уявні невідповідності в орбіті Урана, а з ними — і потреба в Планеті X у її традиційному розумінні.

Дослідження Нептуна на сучасному етапі

Донині Voyager 2 залишається єдиним земним посланцем, який досліджував Нептун із близької відстані. На щастя, введення в дію нових, потужніших телескопів дало можливість астрономам відстежувати погодні цикли планети. На подив учених, з’ясувалося, що попри дуже велике віддалення від Сонця, стан хмарного покриву на Нептуні безпосередньо пов’язаний із циклами сонячної активності. Що активніша наша зоря, то яскравіші хмари на восьмій планеті — і навпаки.

Дослідникам вдалося знайти ще кілька раніше невідомих супутників Нептуна. Усі вони виявилися досить невеликими.

У 2006 році Нептун уперше за 76 років почав уважатися останньою планетою Сонячної системи. Це сталося після відомого засідання Міжнародного астрономічного союзу, який ухвалив рішення “розжалувати” Плутон і позбавити його статусу планети.

Як і у випадку з Ураном, організація нової космічної місії до Нептуна гальмується відсутністю необхідного фінансування, недостатніми (у випадку з NASA) запасами плутонію-238, який знадобиться для її енергозабезпечення, а також вельми значним часом польоту. Він вимірюватиметься десятиліттями.

Проте різні команди дослідників зробили кілька спроб отримати добро на такий політ. Один із них розробила команда, яка колись побудувала апарат New Horizons. Їхній проєкт передбачав зведення автоматичної станції, що нагадує апарат Cassini, яку вивели б на постійну орбіту навколо Нептуна. На жаль, NASA так і не зацікавила ця пропозиція.

Простіша місія під назвою Trident брала участь у недавньому відборі за програмою Discovery. Вона передбачала відправку зонда, який би вивчив Нептун і Тритон із пролітної траєкторії. У разі схвалення візит Trident до восьмої планети відбувся б у 2038 році. Сумно, але цей проєкт теж не отримав зеленого світла.

Цілком можливо, що наступний земний посланець, який зустрінеться з Нептуном, буде побудований у Китаї. Наразі вчені з Піднебесної займаються розробкою проєкту місії Interstellar Express. Вона передбачає відправку двох зондів для дослідження геліосфери. За планом польоту, один із них здійснить проліт Нептуна у 2038 році. Але зараз поки що невідомо, чи схвалить китайське керівництво цей проєкт.

Відтак залишається сподіватися, що рано чи пізно якесь космічне агентство все ж здійснить місію до Нептуна і ми знову побачимо його. І хочеться вірити, що це станеться раніше, ніж планета зробить ще один оберт навколо Сонця.