海王星就轨道距离而言是太阳系中的第八颗行星，是一颗冰巨星，也是所有行星中最外面的一颗。自从冥王星在2006年不再被认为是行星以来，它就成为了柯伊伯带的一部分，成为矮行星。
在夜空中，海王星看起来像一个很小的蓝点，对此鲜为人知，直到1980年代后期的太空任务（如旅行者2号）提供了有关该行星及其卫星的数据。
图1.旅行者2号在1989年拍摄的海王星，图像显示了由于大气风暴而产生的黑斑。（来源：美国国家航空航天局）
旅行者2号图片首次显示出表面为蓝绿色，强风暴和强风流的行星，产生暗的反气旋斑块。它们与木星非常相似，尽管在时间上不如木星永久。
海王星的大气中富含甲烷，并且有非常微弱的环系统。行星具有磁层，这就是为什么它被认为具有金属核的原因。
到目前为止，已经计数了海王星15颗卫星，其中特里顿卫星和Nereida是主要卫星。
发现与历史
海王星的发现是基于对天王星和土星行星轨道扰动观测的数学预测的结果。早在1610年，伽利略就已经用与发现木星卫星相同的望远镜看到了海王星，但他却误以为它是恒星。
后来，在1846年，专门研究天体力学的法国数学家Urbain Le Verrier研究了土星和天王星轨道上的某些扰动。最好的解释是提出一个新行星的存在，他预测了这颗行星的轨道和在天空中的位置。下一步是寻找行星，所以勒韦里尔说服德国天文学家约翰·格特弗里德·加勒（Johann Gottfried Galle）寻找它。
1846年9月23日晚上，加勒从他位于柏林的天文台确认了这颗新行星的存在，几天后，最大的卫星特里顿出现了。
年轻的数学家约翰·库什·亚当斯（John Couch Adams）几乎在英国剑桥同时进行了一段时间的研究，他也做出了类似的预测。
海王星的名字起源于罗马神话中的海洋之神（相当于希腊神波塞冬），这是按照以罗马万神殿的神灵为行星命名的传统。
一般特征
海王星的直径几乎是地球直径的4倍，但大约是巨大木星的三分之一。
图2.海王星与地球的比较。（来源：Wikimedia Commons）
它的质量是地球的17倍，体积是地球的57倍。就质量而言，它在太阳系行星中排名第三，在大小上排名第四。
海王星的主要物理特征摘要
-质量： 1,024×10 26公斤（是地球的17,147倍）
-平均半径： 24,622 km，相当于地球半径的3.87倍。
-形状：在两极处扁平化了0.983。
- 轨道平均半径： 4.498 x 10 9公里，相当于30.07 AU
- 旋转轴的倾斜度：相对于轨道平面为30º。
-温度： -220ºC（多云）
-重力： 11.15 m / s 2（1.14g）
-自身磁场：是的，在赤道处有14 微特斯拉。
-气氛：氢气84％，氦气12％，甲烷2％，氨气0.01％。
-密度： 1,640公斤/米3
-卫星：迄今已知的15。
-环：是的，它们很薄，由冰和硅酸盐颗粒组成。
翻译运动
海王星是太阳系中的第八颗行星，是一个气体巨人，其绕太阳轨道的平均半径为30 AU。天文单位AU等于1.5亿公里，是太阳与地球之间的平均距离。
图3.动画以红色显示了海王星的轨道，蓝点是天王星。资料来源：维基共享资源。
这意味着海王星路径的半径是地球半径的30倍，因此完成绕太阳旋转一圈需要165年。
有关海王星的有趣事实
-它是离太阳最远的星球，因为位于海王星轨道之后的冥王星现在是矮行星。
-海王星是四大行星（木星，土星，天王星，海王星）中最小的。
-海王星的重力与地球非常相似。
-它是太阳系中最冷的行星，平均温度为-221.4ºC。
-它具有环系，但与土星不同，它们不是连续的，而是沿其轨道路径形成弧形。
海王星是最密集的巨型行星。
-它的飓风在太阳系中风速最快，可以达到惊人的2,100 km / h。
-海王星有一个巨大的黑点，是地球大小的漩涡。该点于1989年拍摄，在1994年消失了，但是又产生了一个新的“暗点”。
海王星最大的卫星-海卫一（Triton），与其他卫星的旋转方向相反，这就是为什么人们认为它被行星困住并没有与地球同时形成的原因。
特里顿（海王星最大的卫星）拥有火山和氮气间歇泉，但它是太阳系中最冷的恒星之一（-235ºC）。
-“旅行者2号”飞行任务于1989年从海王星北极的北极飞过3,000公里。
-2011年7月12日，海王星完成了自1846年9月23日发现以来的首次完整轨道。
旋转运动
图4.海王星花了将近16个小时绕其轴旋转一整圈。资料来源：NASA。
根据迄今为止最精确的测量，海王星的旋转时间为15小时57分59秒。
确定仅显示其大气表面并且也移动的行星的旋转速度并非易事。确定岩石行星的转速要容易得多。
当旅行者2号于1989年到达海王星时，旋转周期估计为16小时6.5秒。今天，由于亚利桑那大学的行星科学家Erich Karkoschka进行了艰辛的测量，因此该测量方法不准确。
转速和磁场
其他巨型行星的旋转速度由磁场发出的脉冲测量。但是，此方法不适用于海王星，因为磁偶极子的轴或中心都不与行星的旋转轴一致，如下面的比较图中所示：
图5.巨型行星的磁场。资料来源：Seeds，M.，2011年，《太阳系》。第七版。圣智学习。
该图显示了偶极子（磁体）产生的磁场的模型，该偶极子或多或少位于行星的中心。该模型也适用于地球磁场。
但是，从某种意义上说，四极和高阶输入可能大于偶极子场，因此海王星场是异常的。正如我们在图中看到的，偶极子偏离了中心。
因此，Karkoschka设计了一种不同的方法，使用了哈勃望远镜提供的500多个图像。他发现了这颗行星的两个特征：南极特征和南极波。
自1990年代以来，它们以相同的速度旋转，这证实了这是地球的真实速度。
图6.在此海王星图像中，彩色滤光片用于突出显示暗点2和南极要素，它们似乎已固定在地球上。资料来源：Erich Karkoschka。
图5中的图像（上图）显示了通过滤镜修改的颜色和对比度，以强调行星的大气特征。
正如我们已经说过的，海王星大气层中的风经常超过声速。
因此，海王星的大暗斑会随着时间变化其相对位置，而暗斑2和南极要素仍保持它们的相对位置。这表明它们与行星的旋转联系在一起，这使Karkoschka能够准确确定海王星上一天的长度。
组成
在海王星的大气层中发现了氢（84％），氦气（12％），甲烷（2％）和其他气体（例如氨，乙烷和乙炔）等元素。在这种气氛下，水，液氨，甲烷和熔融岩石的混合物中含有二氧化硅，铁和镍。
在大气的较低区域发现甲烷，氨和水的浓度不断增加。与双子行星天王星不同，海王星的成分具有更大的海洋量。
结构体
这颗行星的岩石核心被冰冷的壳包围着，它们都处于稠密而浓密的大气中，占据了其半径的三分之一。它与双星天王星相似。
下图更详细地显示了海王星的结构。
图7.海王星的内部结构。资料来源：维基共享资源。Chocofrito / CC BY-SA（https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0）。
海王星具有层次分明的结构：
- 上层：它是由大部分为氢和氦的云组成的，其次是甲烷和其他气体。它约占地球质量的5-10％。
- 大气：氢气，氦气和甲烷。
- 地幔：在大气层中是星球的大地幔，这是一个液态区域，温度可以达到1,727至4,727°C。它由液态的水，甲烷和氨组成。
地幔范围为10至15块土地，富含水，氨和甲烷。尽管这种混合物是高温稠密的流体，但仍被称为“冰”，也被称为水和氨的海洋。
地幔本身具有很高的温度，介于1,700ºC和4,700ºC之间，并且其电导率也很高。
- 核心：由硅石，铁和镍构成，类似于天王星，另一种冰和天然气。原子核的质量是地球的1.2倍。中心的压力估计为700 GPa，大约是地球中心的压力的两倍，温度高达5670ºC。
大气层
海王星的气氛非常有趣，值得特别介绍。首先，它是极冷的，因为它是离太阳最远的行星，几乎不吸收太阳辐射。因此，大气上部的温度约为-220ºC。
但是海王星有一个内部热源，这可能是由于流体套中的传导电子的碰撞以及在其形成过程中剩余的热量所致。
由于这个巨大的温度梯度，产生了巨大的对流，使地球的气候系统变得非常极端。
因此，太阳系中产生了最大的风暴和飓风，这是由于不同纬度的逆风形成巨大的反气旋气流斑块所证明的。
在海王星的所有反气旋系统中，“大黑点”（Great Dark Spot）脱颖而出，这是1989年由旅行者2号探测器首次拍摄的，当时它距离地球3000公里。
就颜色而言，海王星的颜色甚至比天王星更蓝，这是因为它的甲烷浓度更高，它吸收红色波长并反射蓝色波长。但是也有其他分子为其颜色做出了贡献。
在大气的下部区域（对流层），温度随高度降低，而在上部区域（平流层）则相反。在这些层之间的压力为1万帕斯卡（Pa）。
在平流层上方是热层，其逐渐转变为外层层，压力从10 Pa降至1 Pa。
海王星卫星
迄今为止，已经算出了该行星的15颗自然卫星。Triton是它最大的卫星，也是最早发现的卫星，于1846年。1949年，发现了第二颗卫星，名为Nereida。
1989年，旅行者2号飞行器又发现了六颗卫星：奈亚德，塔拉萨，德斯皮纳，加拉蒂亚，拉里萨和变形虫。
在2003年下半年，发现了哈利梅德斯，圣地，老挝，帕萨特和尼索。小卫星14是由SETI研究所于2013年发现的，其轨道周期为23小时。
让我们看一些有关海王星主要卫星的细节：
特里顿
它是海王星最大的卫星，直径2700公里，比其宿主行星小18倍，比地球小5倍。
它的轨道周期接近6天，但奇怪的是它的旋转方向与海王星及其卫星的旋转方向相反。此外，它的轨道相对于行星的轨道平面倾斜30度。
它是太阳系中最冷的物体，平均温度为-235ºC，由四分之三的岩石和四分之一的冰组成。它的表面有间歇泉，向大气散发着黑色的光芒，而地表则呈现出平原和一些火山，火山口长200公里。
图8.海王星的主要卫星；特里顿，变形虫，内雷达和拉里萨。资料来源：维基共享资源。
内瑞德
杰拉德·库珀（Gerard Kuiper）于1949年发现了它，这要归功于它反射了所接收阳光的14％。
它的大小是Triton的八分之一，并且具有非常偏心的轨道，最接近海王星的距离是1,354,000公里，最远的距离是9,624,000公里，需要360天才能完成。
变形菌
图9.博爱，平等，自由是亚当斯戒指（最外面）的拱门的名称。内圈是Le Verrier。（来源：Wikimedia Commons）
海王星有五个稀薄而微弱的环，主要由尘埃和冰粒组成。据信，它的起源是流星与地球天然卫星之间碰撞产生的碎片。
这些戒指以对发现和研究贡献最大的科学家的姓氏命名。从最内到外，它们分别是加勒（Galle），勒维尔（Le Verrier），拉塞尔（Lassell），阿拉戈（Arago）和亚当斯（Adams）。
还有一个与Galatea卫星共享其轨道的环，我们可以在下图中看到它：
图10.海王星的五个环及其名称的示意图。还显示了一些卫星的轨道。（来源：NASA）。
何时以及如何观测海王星
海王星无法用肉眼看到，即使使用业余望远镜，它看起来也是如此小，以至于可能被误认为是恒星。
为此，最好使用可以用作天文馆的计算机程序或应用程序。对于Android操作系统，“天空地图”应用程序脱颖而出，它使您能够以相当高的精度快速定位行星和其他天体。
观察的最佳时间是行星相对时，也就是说，地球位于海王星与太阳连接的线之间。
这种现象每368天发生一次，到2020年将在9月11日发生。当然，这不是观察海王星的唯一机会，在一年中的其他时间也可以看到。
使用优质的望远镜，海王星看起来像蓝绿色的圆盘，可以与背景恒星区分开。
海王星的磁层
此前，有人对海王星磁场的特殊性发表了评论。行星的磁极相对于旋转轴倾斜47º。
磁场是由导电流体的运动产生的，导电流体在行星内部形成一个薄的球形层。但是在海王星上，磁极从行星中心偏离中心约0.5半径。
磁赤道处的磁场强度约为15微特斯拉，是地球强度的27倍。
磁场的几何形状很复杂，因为四极子的贡献可能超过偶极子的贡献，这与地球上最重要的贡献是偶极子不同。
图11.海王星的特殊磁场。（来源：emaze.com）
海王星的磁层在激波前延伸到半径的35倍，在尾巴延伸到72半径。
磁层顶，即磁压力等于来自太阳的带电粒子的压力的地方，在距行星23到27半径之间。
海王星任务
旅行者2
绕海王星行星飞行的唯一太空任务是旅行者2号，于1982年到达该行星。
目前，只有两颗卫星是已知的：特里顿卫星和内雷达卫星。但是由于“旅行者2号”飞行任务，又发现了六个：奈亚德（Naiad），塔拉萨（Thalassa），德斯皮纳（Despina），加拉蒂亚（Galatea），拉里萨（Larisa）和变形杆菌（Proteus）。这些卫星比Triton小得多，形状不规则且半径轨道较小。
这六颗卫星被怀疑是与一颗古老的卫星相撞的遗骸，而后者在海王星的引力作用下被捕获时与Triton相撞。
旅行者2号也在海王星上发现了新的戒指。尽管第一枚戒指是在1968年发现的，但直到1989年上述探针的到来才有可能存在和发现新的戒指。
该飞船最接近地球的方法是于1989年8月25日，发生在海王星北极上方4,800公里处。
因为这是航天器可以访问的最后一个主要行星，所以它决定进行一次Triton卫星的近距离飞越，这与土星及其月球土卫六飞过的旅行者1号相似。
1989年8月25日，飞船在离海王星大气层4,400公里之前与尼雷德月球近距离接触，并于同一天在行星最大的卫星特里顿附近经过。
航天器验证了海王星周围磁场的存在，发现该磁场偏离中心并倾斜，类似于天王星周围的磁场。
参考文献
- N + 1。天王星和海王星上降下200公斤钻石。从以下位置恢复：nmas1.org。
- 鲍威尔，M。《夜空中的裸眼行星》（以及如何识别它们）。从以下网站恢复：nudeeyeplanets.com。
- 种子，M.2011年，《太阳系》。第七版。圣智学习。
- 维基百科。行星环。摘自：es.wikipedia.org。
- 维基百科。海王星安妮 摘自：fr.wikipedia.org。
- 维基百科。海王星探索。摘自：en.wikipedia.org。
- 维基百科。海王星（行星）。摘自：es.wikipedia.org。