Jak wygląda powierzchnia Neptuna?

whatisthesur
„Powierzchnia” Neptuna, najwyższa warstwa atmosfery, jest jednym z najbardziej burzliwych i aktywnych miejsc w Układzie Słonecznym. Źródło: NASA/JPL

Jako gazowy olbrzym (a właściwie lodowy olbrzym) Neptun nie ma stałej powierzchni. Tak naprawdę, niebiesko-zielony dysk, który widzieliśmy na zdjęciach przez te wszystkie lata to w sumie tylko iluzja. To co na nich widzimy to tylko szczyt bardzo głębokich obłoków gazowych, które w pewnym momencie przechodzą w wodę i inne roztopione lody, które pokrywają jądro skaliste z krzemianów i mieszanki niklu i żelaza. Rozmiarem jądro Neptuna przypomina Ziemię.

Gdyby ktoś wpadł na pomysł stanięcia na Neptunie, od razu wpadłby w gazową powłokę. Opadając doświadczałby wzrostu temperatury oraz ciśnienia, aż do momentu kiedy dotarłby do stałego jądra planety. Jednocześnie trzeba zaznaczyć, że Neptun ma swego rodzajuwłasną powierzchnię (tak jak inne gazowe i lodowe olbrzymy), którą astronomowie przyjmują za punkt w atmosferze, w którym ciśnienie osiąga 1 bar. Tak na to patrząc możemy powiedzieć, że powierzchnia Neptuna jest jedną z najaktywniejszych i najbardziej dynamicznych miejsc w całym Układzie Słonecznym.

Skład chemiczny i struktura:

Przy promieniu o długości 24 622 +/- 19 km, Neptun jest czwartą pod względem wielkości planetą Układu Słonecznego. Jednak patrząc przez pryzmat masy (1,0243 * 10^26 kg) równej ok. 17 masom Ziemi, jest to trzecia planeta pod względem masy, wyprzedzając w tym względzie Urana.  Ze względu na mniejsze rozmiary i większą zawartość substancji lotnych w porównaniu do Jowisza i Saturna, Neptun (podobnie do Urana) często nazywany jest „lodowym olbrzymem” – to jedna z podklas planet olbrzymich.

Tak jak w przypadku Urana, pochłanianie czerwonego światła przez metan znajdujący się w atmosferze sprawia, że górne warstwy atmosfery wydają nam się niebieskie,  chociaż Neptun jest ciemniejszy i bardziej nasycony niż Uran. Ze względu na fakt, że zawartość metanu w atmosferze jest podobna do tej w Uranie, jakiś inny, nieznany składnik atmosfery musi przyczyniać się do dużo wyraźniejszej barwy.

Wewnętrzna budowa i skład chemiczny Neptuna (od góry: górna warstwa atmosfery, szczyt chmur; atmosfera (wodór, hel, metan); płaszcz (woda, amoniak, metan); jądro (skały, lód). Źródło: NASA
Wewnętrzna budowa i skład chemiczny Neptuna (od góry: górna warstwa atmosfery, szczyt chmur; atmosfera (wodór, hel, metan); płaszcz (woda, amoniak, metan); jądro (skały, lód). Źródło: NASA

Tak jak w przypadku Urana, budowa wewnętrzna Neptuna jest podzielona na skaliste jądro składające się z krzemianów i metali, płaszcz składający się z lodów wody, amoniaku i metanu oraz atmosferę składającą się z gazowego wodoru, helu i metanu. Sama atmosfera także dzieli się na cztery warstwy (od najgłębszej do najwyższej): niską troposferę, stratosferę, termosferę i egzosferę.

Dwa główne regiony atmosfery Neptuna to niższa troposfera, w której temperatury spadają wraz ze wzrostem wysokości oraz stratosfera, w której temperatury rosną wraz z wysokością. W troposferze ciśnienie waha się w zakresie od 1 do 5 barów (100 do 500 kPa), dlatego też to właśnie w tej warstwie przyjmuje się istnienie powierzchni Neptuna.

2-whatisthesur
Atmosfera Neptuna, Źródło: Erich Karkoschka

Atmosfera:

Zgodnie z powyższym można przyjąć, że „powierzchnia” Neptuna składa się w 80% z wodoru, 19% helu i śladowych ilości metanu. Co więcej powierzchnię przenikają pasma obłoków o zróżnicowanym składzie, w zależności od wysokości i ciśnienia. W górnych warstwach temperatury pozwalają na kondensację metanu, a ciśnienie pozwala na powstawanie obłoków amoniaku, siarczku amoniaku, siarczku wodoru oraz wody.

W niższych warstwach, powstają także obłoki amoniaku i siarczku wodoru.  Głębsze obłoki lodu wodnego można także znaleźć w niższych warstwach troposfery, gdzie ciśnienie wynosi 50 barów (5 MPa), a temperatury oscylują wokół 0 stopni Celsjusza.

Z nieznanych jak dotąd powodów, w termosferze Neptuna da się zarejestrować niespodziewanie wysokie temperatury sięgające nawet 476.85 stopni Celsjusza (750K). Planeta znajduje się zbyt daleko od Słońca, aby to ciepło spowodowane było przez promieniowanie ultrafioletowe, a to oznacza, że w grę musi wchodzić inny mechanizm ogrzewania – który może być związany z interakcjami atmosfery z jonami w polu magnetycznym planety, lub falami grawitacyjnymi z wnętrza planety, które rozpraszają się w atmosferze.

Ze względu na fakt, że Neptun nie jest ciałem stałym, jego atmosfera doświadcza rotacji różnicowej. Szeroka strefa równikowa wykonuje pełen obieg wokół własnej osi w czasie ok. 18 godzin, czyli nieco wolniej niż trwający 16.1 godziny okres obrotu pola magnetycznego planety. Dla porównania – odwrotnie jest na biegunach, gdzie okres obrotu wynosi 12 godzin.

Rotacja różnicowa na Neptunie jest najwyraźniejszą w Układzie Słonecznym i powoduje powstanie silnych wiatrów i bardzo gwałtownych burz. Trzy najbardziej imponujące zostały zarejestrowane w 1989 roku przez sondę Voyager 2.

Pierwsza zauważona burza to masywny antycyklon o rozmiarach 13 000 x 6 600 km przypominający Wielką Czerwoną Plamę na Jowiszu. Co ciekawe, owa Wielka Ciemna Plama nie została dostrzeżona pięć lat później (2 listopada 1994 roku), kiedy to poszukiwał jej Kosmiczny Teleskop Hubble’a. Zamiast tego udało się dostrzec podobną plamę na półkuli północnej, co wskazuje na to, że tego typu burze na Neptunie trwają dużo krócej niż na Jowiszu.

Scooter to kolejna burza, grupa białych obłoków znajdujących się dalej na południe niż Wielka Ciemna Plama. Nazwa została jej nadana na kilka miesięcy przed przelotem Voyagera 2 w pobliżu Neptuna, kiedy to zauważono, że owa grupa obłoków porusza się znacznie szybciej niż Wielka Ciemna Plama. Mała Ciemna Plama, południowy cyklon to druga pod względem intensywności burza obserwowana w 1989 oku. Początkowo widoczna była jako całkowicie ciemna plama, lecz wraz ze zbliżaniem Voyagera 2, w środku plamy powstało jasne jądro, które było widoczne na większości zdjęć w dużej rozdzielczości.

Wewnętrzne ogrzewanie

Z przyczyn jak na razie nieznanych, wnętrze Neptuna jest zaskakująco gorące. Choć Neptun znajduje się dużo dalej od Słońca niż Uran i otrzymuje 40% mniej światła słonecznego, temperatury ich powierzchni są takie same. Co więcej, Neptun emituje 2,6 razy więcej energii niż otrzymuje ze Słońca. Nawet bez Słońca, Neptun świeci.

Ta duża ilość ogrzewania wewnętrznego w połączeniu z chłodem przestrzeni kosmicznej powoduje ogromną różnicę temperatur. A to napędza wiatry omiatające Neptuna. Maksymalna prędkość wiatru na Jowiszu może wynosić 500 km/h. To dwa razy więcej niż najsilniejsze huragany na Ziemi. Jednak to nic w porównaniu z Neptunem. Astronomowie obliczyli, że wiatry smagające po powierzchni Neptuna mają prędkość 2100 km/h.

W samym centrum Neptuna, może faktycznie znajdować się stała powierzchnia. W samym środku tego gazowego/lodowego olbrzyma może znajdować się skaliste jądro o rozmiarach Ziemi. Jednak temperatury w tym regionie mogą wynosić tysiące stopni, wystarczająco dużo, aby upłynniać skały. Ciśnienie spowodowane masą ogromnej atmosfery byłoby tam całkowicie miażdżące.

Innymi słowy – nie ma szans na to aby stanąć na „powierzchni Neptuna.”

Źródło: UniverseToday