Neptuno

Neptuno es el octavo y más lejano planeta solar conocido desde el Sol. En el Sistema Solar, es el cuarto planeta más grande por diámetro, el tercer planeta más masivo y el planeta gigante más denso. Tiene 17 veces la masa de la Tierra y es un poco más masivo que su casi gemelo Urano. Neptuno es más denso y físicamente más pequeño que Urano porque su mayor masa provoca una mayor compresión gravitacional de su atmósfera. Se le conoce como uno de los dos planetas gigantes de hielo del sistema solar (el otro es su casi gemelo Urano).

Al estar compuesto principalmente de gases y líquidos, no tiene una "superficie sólida" bien definida. El planeta orbita alrededor del Sol una vez cada 164,8 años a una distancia media de 30,1 UA (4500 millones de km; 2800 millones de millas). Lleva el nombre del dios romano del mar y tiene el símbolo astronómico , que representa el tridente de Neptuno.

Neptuno no es visible a simple vista y es el único planeta del Sistema Solar encontrado por predicción matemática en lugar de observación empírica. Cambios inesperados en la órbita de Urano llevaron a Alexis Bouvard a deducir que su órbita estaba sujeta a la perturbación gravitacional de un planeta desconocido. Después de la muerte de Bouvard, la posición de Neptuno fue predicha a partir de sus observaciones, de forma independiente, por John Couch Adams y Urbain Le Verrier. Posteriormente, Neptuno se observó con un telescopio el 23 de septiembre de 1846.por Johann Galle dentro de un grado de la posición predicha por Le Verrier. Su luna más grande, Tritón, fue descubierta poco después, aunque ninguna de las 13 lunas conocidas restantes del planeta se localizó telescópicamente hasta el siglo XX. La distancia del planeta a la Tierra le da un tamaño aparente muy pequeño, lo que dificulta su estudio con telescopios terrestres. Neptuno fue visitado por la Voyager 2 , cuando sobrevoló el planeta el 25 de agosto de 1989; La Voyager 2 sigue siendo la única nave espacial que ha visitado Neptuno. La llegada del telescopio espacial Hubble y los grandes telescopios terrestres con óptica adaptativa ha permitido recientemente observaciones detalladas adicionales desde lejos.

Al igual que Júpiter y Saturno, la atmósfera de Neptuno está compuesta principalmente de hidrógeno y helio, junto con trazas de hidrocarburos y posiblemente nitrógeno, aunque contiene una mayor proporción de "hielo" como agua, amoníaco y metano. Sin embargo, al igual que Urano, su interior está compuesto principalmente de hielo y roca; Urano y Neptuno normalmente se consideran "gigantes de hielo" para enfatizar esta distinción. Los rastros de metano en las regiones más externas explican en parte la apariencia azul del planeta, aunque se cree que un componente desconocido colorea a Neptuno de un azul más profundo en comparación con Urano.

En contraste con la atmósfera nebulosa y relativamente monótona de Urano, la atmósfera de Neptuno tiene patrones meteorológicos activos y visibles. Por ejemplo, en el momento del sobrevuelo de la Voyager 2 en 1989, el hemisferio sur del planeta tenía una Gran Mancha Oscura comparable a la Gran Mancha Roja de Júpiter. Más recientemente, en 2018, se identificaron y estudiaron una mancha oscura principal más nueva y una mancha oscura más pequeña. Además, estos patrones climáticos son impulsados ​​por los vientos sostenidos más fuertes de cualquier planeta del Sistema Solar, con velocidades de viento registradas de hasta 2100 km/h (580 m/s; 1300 mph).Debido a su gran distancia del Sol, la atmósfera exterior de Neptuno es uno de los lugares más fríos del Sistema Solar, con temperaturas en la parte superior de sus nubes que se acercan a los 55 K (-218 °C; -361 °F). Las temperaturas en el centro del planeta son de aproximadamente 5400 K (5100 ° C; 9300 ° F). Neptuno tiene un sistema de anillos débil y fragmentado (etiquetado como "arcos"), que fue descubierto en 1984 y luego confirmado por la Voyager 2 .

Historia

Descubrimiento

Algunas de las primeras observaciones registradas jamás realizadas a través de un telescopio, los dibujos de Galileo del 28 de diciembre de 1612 y el 27 de enero de 1613 contienen puntos trazados que coinciden con lo que ahora se conoce como la posición de Neptuno. En ambas ocasiones, Galileo parece haber confundido a Neptuno con una estrella fija cuando apareció cerca, en conjunción, de Júpiter en el cielo nocturno. Por lo tanto, no se le atribuye el descubrimiento de Neptuno. En su primera observación en diciembre de 1612, Neptuno estaba casi inmóvil en el cielo porque ese día se había vuelto retrógrado. Este aparente movimiento hacia atrás se crea cuando la órbita de la Tierra la lleva más allá de un planeta exterior. Debido a que Neptuno recién comenzaba su ciclo retrógrado anual, el movimiento del planeta era demasiado leve para ser detectado con el pequeño telescopio de Galileo.En 2009, un estudio sugirió que Galileo al menos era consciente de que la "estrella" que había observado se había movido en relación con las estrellas fijas.

En 1821, Alexis Bouvard publicó tablas astronómicas de la órbita del vecino Urano de Neptuno. Las observaciones posteriores revelaron desviaciones sustanciales de las tablas, lo que llevó a Bouvard a plantear la hipótesis de que un cuerpo desconocido estaba perturbando la órbita a través de la interacción gravitacional. En 1843, John Couch Adams comenzó a trabajar en la órbita de Urano utilizando los datos que tenía. Solicitó datos adicionales a Sir George Airy, el astrónomo real, quien se los proporcionó en febrero de 1844. Adams continuó trabajando en 1845-1846 y produjo varias estimaciones diferentes de un nuevo planeta.

En 1845-1846, Urbain Le Verrier, independientemente de Adams, desarrolló sus propios cálculos pero no despertó el entusiasmo de sus compatriotas. En junio de 1846, al ver la primera estimación publicada de Le Verrier de la longitud del planeta y su similitud con la estimación de Adams, Airy persuadió a James Challis para que buscara el planeta. Challis recorrió en vano el cielo durante agosto y septiembre.De hecho, Challis había observado a Neptuno un año antes que el posterior descubridor del planeta, Johann Gottfried Galle, y en dos ocasiones, el 4 y el 12 de agosto de 1845. Sin embargo, sus mapas estelares obsoletos y sus deficientes técnicas de observación hicieron que no pudiera reconocer las observaciones como tales hasta que realice análisis posteriores. Challis estaba lleno de remordimiento, pero culpó de su negligencia a sus mapas y al hecho de que estaba distraído por su trabajo simultáneo en las observaciones de cometas.

Mientras tanto, Le Verrier envió una carta e instó al astrónomo Galle del Observatorio de Berlín a buscar con el refractor del observatorio. Heinrich d'Arrest, un estudiante del observatorio, sugirió a Galle que podían comparar un gráfico del cielo dibujado recientemente en la región de la ubicación predicha de Le Verrier con el cielo actual para buscar la característica de desplazamiento de un planeta, a diferencia de un estrella fija. En la tarde del 23 de septiembre de 1846, el día en que Galle recibió la carta, descubrió a Neptuno justo al noreste de Iota Aquarii, a 1 ° de los " cinco grados al este del delta de Capricornio ", en la posición que Le Verrier había predicho, a unos 12 ° de Adams. predicción, y en el límite de Acuario y Capricornio según los límites de las constelaciones modernas de la IAU.

A raíz del descubrimiento, hubo una acalorada rivalidad nacionalista entre los franceses y los británicos sobre quién merecía el crédito por el descubrimiento. Finalmente, surgió un consenso internacional de que Le Verrier y Adams merecían crédito conjunto. Desde 1966, Dennis Rawlins ha cuestionado la credibilidad de la afirmación de Adams sobre el co-descubrimiento, y los historiadores reevaluaron el tema con la devolución en 1998 de los "Papeles de Neptuno" (documentos históricos) al Observatorio Real de Greenwich.

Denominación

Poco después de su descubrimiento, se hizo referencia a Neptuno simplemente como "el planeta exterior a Urano" o como "el planeta de Le Verrier". La primera sugerencia de un nombre provino de Galle, quien propuso el nombre Janus . En Inglaterra, Challis propuso el nombre de Oceanus .

Reclamando el derecho a nombrar su descubrimiento, Le Verrier rápidamente propuso el nombre de Neptuno para este nuevo planeta, aunque afirmando falsamente que esto había sido aprobado oficialmente por el Bureau des Longitudes francés. En octubre, buscó nombrar al planeta Le Verrier , en su honor, y contó con el apoyo leal del director del observatorio, François Arago. Esta sugerencia encontró una fuerte resistencia fuera de Francia. Los almanaques franceses reintrodujeron rápidamente el nombre Herschel para Urano, en honor al descubridor de ese planeta, Sir William Herschel, y Leverrier para el nuevo planeta.

Struve se pronunció a favor del nombre Neptuno el 29 de diciembre de 1846 en la Academia de Ciencias de San Petersburgo. Pronto, Neptune se convirtió en el nombre aceptado internacionalmente. En la mitología romana, Neptuno era el dios del mar, identificado con el griego Poseidón. La demanda de un nombre mitológico parecía estar en consonancia con la nomenclatura de los otros planetas, todos los cuales fueron nombrados por deidades en la mitología griega y romana.

La mayoría de los idiomas de hoy usan alguna variante del nombre "Neptuno" para el planeta; de hecho, en chino, vietnamita, japonés y coreano, el nombre del planeta se tradujo como "estrella rey del mar" (海王星). En mongol, Neptuno se llama Dalain van ( Далайн ван ), lo que refleja el papel del dios homónimo como gobernante del mar. En griego moderno, el planeta se llama Poseidón ( Ποσειδώνας , Poseidonas ), la contraparte griega de Neptuno. En hebreo, Rahab ( רהב), de un monstruo marino bíblico mencionado en el Libro de los Salmos, fue seleccionado en una votación gestionada por la Academia de la Lengua Hebrea en 2009 como el nombre oficial del planeta, aunque comúnmente se usa el término latino existente Neptun ( נפטון ). . En maorí, el planeta se llama Tangaroa , llamado así por el dios maorí del mar. En náhuatl, el planeta se llama Tlāloccītlalli , llamado así por el dios de la lluvia Tlāloc. En tailandés, se hace referencia a Neptuno por su nombre occidentalizado Dao Nepjun ( ดาวเนปจูน ), pero también se le llama Dao Ketu ( ดาวเกตุ , literalmente  'estrella de Ketu'), después de Ketu (केतु ), el nodo lunar descendente, que juega un papel en la astrología hindú. En malayo, el nombre Waruna , en honor al dios hindú de los mares, se atestigua desde la década de 1970,pero finalmente fue reemplazado por los equivalentes latinos Neptun (en malasio) o Neptunus (en indonesio).

La forma adjetival habitual es neptuniana . También se ha utilizado la forma nonce Poseidón ( / p ə ˈ s aɪ d i ən / ), de Poseidón, aunque la forma adjetival habitual de Poseidón es Poseidón ( / ˌ p ɒ s aɪ ˈ d oʊ n i ən / ).

Estado

Desde su descubrimiento en 1846 hasta el descubrimiento de Plutón en 1930, Neptuno fue el planeta más lejano conocido. Cuando se descubrió Plutón, se consideró un planeta, y Neptuno se convirtió así en el segundo planeta más lejano conocido, excepto por un período de 20 años entre 1979 y 1999, cuando la órbita elíptica de Plutón lo acercó más que Neptuno al Sol. El descubrimiento del cinturón de Kuiper en 1992 llevó a muchos astrónomos a debatir si Plutón debería considerarse un planeta o parte del cinturón de Kuiper. En 2006, la Unión Astronómica Internacional definió la palabra "planeta" por primera vez, reclasificando a Plutón como un "planeta enano" y convirtiendo a Neptuno una vez más en el planeta más exterior conocido del Sistema Solar.

Características físicas

La masa de Neptuno de 1,0243 × 10  kg es intermedia entre la Tierra y los gigantes gaseosos más grandes: es 17 veces la de la Tierra pero solo 1/19 de la de Júpiter. Su gravedad a 1 bar es de 11,15 m/s , 1,14 veces la gravedad superficial de la Tierra, y solo superada por Júpiter. El radio ecuatorial de Neptuno de 24.764 km es casi cuatro veces el de la Tierra. Neptuno, como Urano, es un gigante de hielo, una subclase de planeta gigante, porque son más pequeños y tienen concentraciones más altas de volátiles que Júpiter y Saturno. En la búsqueda de exoplanetas, Neptuno se ha utilizado como metonimia: los cuerpos descubiertos de masa similar a menudo se denominan "Neptunos", al igual que los científicos se refieren a varios cuerpos extrasolares como "Júpiter".

Estructura interna

La estructura interna de Neptuno se asemeja a la de Urano. Su atmósfera forma alrededor del 5 al 10% de su masa y se extiende quizás del 10 al 20% del camino hacia el núcleo, donde alcanza presiones de alrededor de 10 GPa, o alrededor de 100.000 veces la de la atmósfera terrestre. En las regiones inferiores de la atmósfera se encuentran concentraciones crecientes de metano, amoníaco y agua.

El manto equivale a 10 a 15 masas terrestres y es rico en agua, amoníaco y metano. Como es costumbre en la ciencia planetaria, esta mezcla se denomina helada a pesar de que es un fluido denso y caliente. Este fluido, que tiene una alta conductividad eléctrica, a veces se denomina océano de agua y amoníaco. El manto puede consistir en una capa de agua iónica en la que las moléculas de agua se descomponen en una sopa de iones de hidrógeno y oxígeno, y más abajo en agua superiónica en la que el oxígeno cristaliza pero los iones de hidrógeno flotan libremente dentro de la red de oxígeno. A una profundidad de 7.000 km, las condiciones pueden ser tales que el metano se descompone en cristales de diamante que llueven hacia abajo como granizo. Los científicos también creen que este tipo de lluvia de diamantes ocurre en Júpiter, Saturno y Urano.Los experimentos de muy alta presión en el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore sugieren que la parte superior del manto puede ser un océano de carbono líquido con 'diamantes' sólidos flotantes.

El núcleo de Neptuno probablemente esté compuesto de hierro, níquel y silicatos, con un modelo interior que da una masa de aproximadamente 1,2 veces la de la Tierra. La presión en el centro es de 7 Mbar (700 GPa), aproximadamente el doble que la del centro de la Tierra, y la temperatura puede ser de 5400 K.

Atmósfera

En altitudes elevadas, la atmósfera de Neptuno está compuesta por un 80 % de hidrógeno y un 19 % de helio. También está presente una pequeña cantidad de metano. Existen bandas de absorción prominentes de metano en longitudes de onda superiores a 600 nm, en la porción roja e infrarroja del espectro. Al igual que con Urano, esta absorción de luz roja por el metano atmosférico es parte de lo que le da a Neptuno su tono azul, aunque el azul intenso de Neptuno difiere del cian más suave de Urano. Debido a que el contenido de metano atmosférico de Neptuno es similar al de Urano, se cree que algún componente atmosférico desconocido contribuye al color de Neptuno.

La atmósfera de Neptuno se subdivide en dos regiones principales: la troposfera inferior, donde la temperatura disminuye con la altitud, y la estratosfera, donde la temperatura aumenta con la altitud. El límite entre los dos, la tropopausa, se encuentra a una presión de 0,1 bares (10 kPa). La estratosfera luego da paso a la termosfera a una presión inferior a 10 a 10 bares (1 a 10 Pa). La termosfera pasa gradualmente a la exosfera.

Los modelos sugieren que la troposfera de Neptuno está rodeada de nubes de diferentes composiciones según la altitud. Las nubes de nivel superior se encuentran a presiones por debajo de un bar, donde la temperatura es adecuada para que el metano se condense. Para presiones entre uno y cinco bares (100 y 500 kPa), se cree que se forman nubes de amoníaco y sulfuro de hidrógeno. Por encima de una presión de cinco bares, las nubes pueden consistir en amoníaco, sulfuro de amonio, sulfuro de hidrógeno y agua. Se deben encontrar nubes más profundas de hielo de agua a presiones de alrededor de 50 bares (5,0 MPa), donde la temperatura alcanza los 273 K (0 °C). Debajo, se pueden encontrar nubes de amoníaco y sulfuro de hidrógeno.

Se han observado nubes de gran altitud en Neptuno que proyectan sombras en la cubierta de nubes opaca de abajo. También hay bandas de nubes de gran altitud que envuelven el planeta en una latitud constante. Estas bandas circunferenciales tienen anchos de 50 a 150 km y se encuentran a unos 50 a 110 km por encima de la capa de nubes. Estas altitudes se encuentran en la capa donde se produce el clima, la troposfera. El clima no ocurre en la estratosfera superior o termosfera.

Los espectros de Neptuno sugieren que su estratosfera inferior está nebulosa debido a la condensación de los productos de la fotólisis ultravioleta del metano, como el etano y el etino. La estratosfera también alberga pequeñas cantidades de monóxido de carbono y cianuro de hidrógeno. La estratosfera de Neptuno es más cálida que la de Urano debido a la elevada concentración de hidrocarburos.

Por razones que siguen siendo oscuras, la termosfera del planeta tiene una temperatura anormalmente alta de unos 750 K. El planeta está demasiado lejos del Sol para que este calor sea generado por la radiación ultravioleta. Un candidato para mecanismo de calentamiento es la interacción atmosférica con iones en el campo magnético del planeta. Otros candidatos son las ondas de gravedad del interior que se disipan en la atmósfera. La termosfera contiene rastros de dióxido de carbono y agua, que pueden haber sido depositados por fuentes externas como meteoritos y polvo.

Magnetosfera

Neptuno se asemeja a Urano en su magnetosfera, con un campo magnético fuertemente inclinado en relación con su eje de rotación a 47° y desplazado al menos 0,55 de radio, o unos 13.500 km del centro físico del planeta. Antes de la llegada de la Voyager 2 a Neptuno, se planteó la hipótesis de que la magnetosfera inclinada de Urano era el resultado de su rotación lateral. Al comparar los campos magnéticos de los dos planetas, los científicos ahora piensan que la orientación extrema puede ser característica de los flujos en el interior de los planetas. Este campo puede ser generado por movimientos de fluidos convectivos en una delgada capa esférica de líquidos eléctricamente conductores (probablemente una combinación de amoníaco, metano y agua) que resulta en una acción de dínamo.

El componente dipolar del campo magnético en el ecuador magnético de Neptuno es de unos 14 microteslas (0,14 G). El momento magnético dipolar de Neptuno es de aproximadamente 2,2 × 10  T·m (14 μT· R _N , donde R _N es el radio de Neptuno). El campo magnético de Neptuno tiene una geometría compleja que incluye contribuciones relativamente grandes de componentes no dipolares, incluido un fuerte momento cuadripolar que puede superar en fuerza al momento dipolar. Por el contrario, la Tierra, Júpiter y Saturno tienen momentos de cuadrupolo relativamente pequeños y sus campos están menos inclinados con respecto al eje polar. El gran momento cuadripolar de Neptuno puede ser el resultado de la desviación del centro del planeta y las restricciones geométricas del generador de dínamo del campo.

El arco de choque de Neptuno, donde la magnetosfera comienza a frenar el viento solar, ocurre a una distancia de 34,9 veces el radio del planeta. La magnetopausa, donde la presión de la magnetosfera contrarresta el viento solar, se encuentra a una distancia de 23 a 26,5 veces el radio de Neptuno. La cola de la magnetosfera se extiende al menos 72 veces el radio de Neptuno, y probablemente mucho más.

Clima

El clima de Neptuno se caracteriza por sistemas de tormentas extremadamente dinámicos, con vientos que alcanzan velocidades de casi 600 m/s (2200 km/h; 1300 mph), casi alcanzando el flujo supersónico. Más típicamente, siguiendo el movimiento de las nubes persistentes, se ha demostrado que la velocidad del viento varía de 20 m/s en dirección este a 325 m/s en dirección oeste. En la parte superior de las nubes, los vientos predominantes varían en velocidad desde 400 m/s a lo largo del ecuador hasta 250 m/s en los polos. La mayoría de los vientos de Neptuno se mueven en dirección opuesta a la rotación del planeta. El patrón general de vientos mostró una rotación progresiva en latitudes altas frente a una rotación retrógrada en latitudes más bajas. Se cree que la diferencia en la dirección del flujo es un "efecto de piel" y no se debe a ningún proceso atmosférico más profundo.A 70° S de latitud, un jet de alta velocidad viaja a una velocidad de 300 m/s.

Neptuno difiere de Urano en su nivel típico de actividad meteorológica. La Voyager 2 observó fenómenos meteorológicos en Neptuno durante su sobrevuelo de 1989, pero ningún fenómeno comparable en Urano durante su sobrevuelo de 1986.

La abundancia de metano, etano y acetileno en el ecuador de Neptuno es de 10 a 100 veces mayor que en los polos. Esto se interpreta como evidencia de afloramiento en el ecuador y hundimiento cerca de los polos porque la fotoquímica no puede explicar la distribución sin circulación meridional.

En 2007, se descubrió que la troposfera superior del polo sur de Neptuno era aproximadamente 10 K más cálida que el resto de su atmósfera, con un promedio de aproximadamente 73 K (−200 °C). El diferencial de temperatura es suficiente para permitir que el metano, que en otros lugares está congelado en la troposfera, escape a la estratosfera cerca del polo. El "punto caliente" relativo se debe a la inclinación axial de Neptuno, que ha expuesto el polo sur al Sol durante el último cuarto del año de Neptuno, o aproximadamente 40 años terrestres. A medida que Neptuno se mueve lentamente hacia el lado opuesto del Sol, el polo sur se oscurecerá y el polo norte se iluminará, lo que hará que la liberación de metano se desplace hacia el polo norte.

Debido a los cambios estacionales, se ha observado que las bandas de nubes en el hemisferio sur de Neptuno aumentan de tamaño y albedo. Esta tendencia se vio por primera vez en 1980. El largo período orbital de Neptuno da como resultado estaciones que duran cuarenta años.

Tormentas

En 1989, la nave espacial Voyager 2 de la NASA descubrió la Gran Mancha Oscura, un sistema de tormentas anticiclónicas que abarca 13 000 km × 6600 km (8100 mi × 4100 mi) . La tormenta se parecía a la Gran Mancha Roja de Júpiter. Unos cinco años después, el 2 de noviembre de 1994, el Telescopio Espacial Hubble no vio la Gran Mancha Oscura en el planeta. En cambio, se encontró una nueva tormenta similar a la Gran Mancha Oscura en el hemisferio norte de Neptuno.

losScooter es otra tormenta, un grupo de nubes blancas más al sur que la Gran Mancha Oscura. Este apodo surgió por primera vez durante los meses previos al encuentro de la Voyager 2 en 1989, cuando se observaron moviéndose a velocidades más rápidas que la Gran Mancha Oscura (y las imágenes adquiridas más tarde revelarían la presencia de nubes moviéndose incluso más rápido que las que habían inicialmente). sido detectado por la Voyager 2 ). The Small Dark Spot es una tormenta ciclónica del sur, la segunda tormenta más intensa observada durante el encuentro de 1989. Inicialmente estaba completamente oscuro, pero cuando la Voyager 2 se acercó al planeta, se desarrolló un núcleo brillante y se puede ver en la mayoría de las imágenes de mayor resolución.Más recientemente, en 2018, se identificaron y estudiaron una mancha oscura principal más nueva y una mancha oscura más pequeña.

Se cree que las manchas oscuras de Neptuno ocurren en la troposfera a altitudes más bajas que las características de las nubes más brillantes, por lo que aparecen como agujeros en las capas superiores de nubes. Como son características estables que pueden persistir durante varios meses, se cree que son estructuras de vórtice. A menudo, las manchas oscuras se asocian con nubes de metano más brillantes y persistentes que se forman alrededor de la capa de tropopausa. La persistencia de las nubes acompañantes muestra que algunos puntos oscuros anteriores pueden continuar existiendo como ciclones aunque ya no sean visibles como una característica oscura. Las manchas oscuras pueden disiparse cuando migran demasiado cerca del ecuador o posiblemente a través de algún otro mecanismo desconocido.

• La aparición de una Gran Mancha Oscura del Norte en 2018 es evidencia de que se está gestando una gran tormenta.
• La Gran Mancha Oscura del Norte y una tormenta compañera más pequeña fotografiada por el Hubble en 2020
• La Gran Mancha Oscura, fotografiada por la Voyager 2
• El vórtice decreciente de Neptuno

Calentamiento interno

El clima más variado de Neptuno en comparación con Urano se debe en parte a su mayor calentamiento interno. Las regiones superiores de la troposfera de Neptuno alcanzan una temperatura baja de 51,8 K (−221,3 °C). A una profundidad donde la presión atmosférica es igual a 1 bar (100 kPa), la temperatura es de 72,00 K (−201,15 °C). Más adentro de las capas de gas, la temperatura aumenta constantemente. Al igual que con Urano, se desconoce la fuente de este calentamiento, pero la discrepancia es mayor: Urano solo irradia 1,1 veces más energía que la que recibe del Sol; mientras que Neptuno irradia unas 2,61 veces más energía que la que recibe del Sol. Neptuno es el planeta más alejado del Sol, y se encuentra un 50 % más lejos del Sol que Urano, y recibe solo el 40 % de su cantidad de luz solar.sin embargo, su energía interna es suficiente para impulsar los vientos planetarios más rápidos vistos en el Sistema Solar. Dependiendo de las propiedades térmicas de su interior, el calor sobrante de la formación de Neptuno puede ser suficiente para explicar su flujo de calor actual, aunque es más difícil explicar simultáneamente la falta de calor interno de Urano y preservar la aparente similitud entre los dos planetas.

Órbita y rotación

La distancia media entre Neptuno y el Sol es de 4500 millones de km (alrededor de 30,1 unidades astronómicas (AU)), y completa una órbita en promedio cada 164,79 años, sujeto a una variabilidad de alrededor de ±0,1 años. La distancia del perihelio es de 29,81 AU; la distancia del afelio es 30,33 AU.

El 11 de julio de 2011, Neptuno completó su primera órbita baricéntrica completa desde su descubrimiento en 1846, aunque no apareció en su posición exacta de descubrimiento en el cielo, porque la Tierra estaba en una ubicación diferente en su órbita de 365,26 días. Debido al movimiento del Sol en relación con el baricentro del Sistema Solar, el 11 de julio Neptuno tampoco estaba en su posición exacta de descubrimiento en relación con el Sol; si se utiliza el sistema de coordenadas heliocéntrico más común, la longitud del descubrimiento se alcanzó el 12 de julio de 2011.

La órbita elíptica de Neptuno está inclinada 1,77° en comparación con la de la Tierra.

La inclinación axial de Neptuno es de 28,32°, que es similar a las inclinaciones de la Tierra (23°) y Marte (25°). Como resultado, Neptuno experimenta cambios estacionales similares a los de la Tierra. El largo período orbital de Neptuno significa que las estaciones duran cuarenta años terrestres. Su período de rotación sideral (día) es de aproximadamente 16,11 horas. Debido a que su inclinación axial es comparable a la de la Tierra, la variación en la duración de su día a lo largo de su largo año no es más extrema.

Debido a que Neptuno no es un cuerpo sólido, su atmósfera sufre una rotación diferencial. La amplia zona ecuatorial gira con un período de aproximadamente 18 horas, que es más lento que la rotación de 16,1 horas del campo magnético del planeta. Por el contrario, lo contrario es cierto para las regiones polares donde el período de rotación es de 12 horas. Esta rotación diferencial es la más pronunciada de cualquier planeta del Sistema Solar y da como resultado una fuerte cizalladura del viento latitudinal.

Resonancias orbitales

La órbita de Neptuno tiene un profundo impacto en la región directamente más allá, conocida como el cinturón de Kuiper. El cinturón de Kuiper es un anillo de pequeños mundos helados, similar al cinturón de asteroides pero mucho más grande, que se extiende desde la órbita de Neptuno a 30 UA hasta unas 55 UA del Sol. De la misma manera que la gravedad de Júpiter domina el cinturón de asteroides, dando forma a su estructura, la gravedad de Neptuno domina el cinturón de Kuiper. Durante la edad del Sistema Solar, ciertas regiones del cinturón de Kuiper se desestabilizaron por la gravedad de Neptuno, creando brechas en su estructura. La región entre 40 y 42 AU es un ejemplo.

Existen órbitas dentro de estas regiones vacías donde los objetos pueden sobrevivir durante la edad del Sistema Solar. Estas resonancias ocurren cuando el período orbital de Neptuno es una fracción precisa del del objeto, como 1:2 o 3:4. Si, por ejemplo, un objeto orbita el Sol una vez por cada dos órbitas de Neptuno, solo completará la mitad de una órbita cuando Neptuno regrese a su posición original. La resonancia más poblada del cinturón de Kuiper, con más de 200 objetos conocidos, es la resonancia 2:3. Los objetos en esta resonancia completan 2 órbitas por cada 3 de Neptuno, y se conocen como plutinos porque el mayor de los objetos conocidos del cinturón de Kuiper, Plutón, se encuentra entre ellos. Aunque Plutón cruza la órbita de Neptuno regularmente, la resonancia 2:3 asegura que nunca colisionarán.Las resonancias 3:4, 3:5, 4:7 y 2:5 están menos pobladas.

Neptuno tiene una serie de objetos troyanos conocidos que ocupan los puntos Lagrangianos Sol-Neptuno L ₄ y L ₅ , regiones gravitacionalmente estables que conducen y siguen a Neptuno en su órbita, respectivamente. Se puede considerar que los troyanos de Neptune están en resonancia 1:1 con Neptune. Algunos troyanos de Neptune son notablemente estables en sus órbitas y es probable que se hayan formado junto a Neptune en lugar de ser capturados. El primer objeto identificado como asociado con el punto de Lagrange L ₅ posterior de Neptuno fue 2008 LC 18 . Neptuno también tiene un cuasi-satélite temporal, (309239) 2007 RW 10 .El objeto ha sido un cuasi-satélite de Neptuno durante unos 12.500 años y permanecerá en ese estado dinámico durante otros 12.500 años.

Formación y migración

La formación de los gigantes de hielo, Neptuno y Urano, ha resultado difícil de modelar con precisión. Los modelos actuales sugieren que la densidad de la materia en las regiones exteriores del Sistema Solar era demasiado baja para explicar la formación de cuerpos tan grandes a partir del método tradicionalmente aceptado de acumulación de núcleos, y se han propuesto varias hipótesis para explicar su formación. Una es que los gigantes de hielo no se formaron por acreción del núcleo sino por inestabilidades dentro del disco protoplanetario original y más tarde sus atmósferas fueron destruidas por la radiación de una estrella OB masiva cercana.

Un concepto alternativo es que se formaron más cerca del Sol, donde la densidad de la materia era mayor, y luego migraron a sus órbitas actuales después de la eliminación del disco protoplanetario gaseoso. Se favorece esta hipótesis de migración después de la formación, debido a su capacidad para explicar mejor la ocupación de las poblaciones de pequeños objetos observados en la región transneptuniana. La explicación actual más ampliamente aceptada de los detalles de esta hipótesis se conoce como el modelo de Niza, que explora el efecto de la migración de Neptuno y los otros planetas gigantes en la estructura del cinturón de Kuiper.

Lunas

Neptuno tiene 14 lunas conocidas. Tritón es la luna neptuniana más grande, comprende más del 99,5% de la masa en órbita alrededor de Neptuno, y es la única lo suficientemente masiva como para ser esferoidal. Tritón fue descubierto por William Lassell solo 17 días después del descubrimiento de Neptuno. A diferencia de todas las demás lunas planetarias grandes del Sistema Solar, Tritón tiene una órbita retrógrada, lo que indica que fue capturada en lugar de formarse en su lugar; probablemente alguna vez fue un planeta enano en el cinturón de Kuiper. Está lo suficientemente cerca de Neptuno como para bloquearse en una rotación sincrónica, y está girando lentamente en espiral hacia adentro debido a la aceleración de las mareas. Eventualmente se desgarrará, en unos 3.600 millones de años, cuando alcance el límite de Roche.En 1989, Tritón era el objeto más frío que se había medido hasta ahora en el Sistema Solar, con temperaturas estimadas de 38 K (-235 °C).

El segundo satélite conocido de Neptuno (por orden de descubrimiento), la luna irregular Nereida, tiene una de las órbitas más excéntricas de todos los satélites del Sistema Solar. La excentricidad de 0.7512 le da un apoapsis que es siete veces su distancia periáptica a Neptuno.

De julio a septiembre de 1989, la Voyager 2 descubrió seis lunas de Neptuno. De estos, el Proteus de forma irregular se destaca por ser tan grande como un cuerpo de su densidad puede ser sin ser atraído a una forma esférica por su propia gravedad. Aunque es la segunda luna neptuniana más masiva, tiene solo el 0,25% de la masa de Tritón. Las cuatro lunas más internas de Neptuno, Naiad, Thalassa, Despina y Galatea, orbitan lo suficientemente cerca como para estar dentro de los anillos de Neptuno. La siguiente más lejana, Larissa, fue descubierta originalmente en 1981 cuando había ocultado una estrella. Esta ocultación se había atribuido a los arcos de los anillos, pero cuando la Voyager 2 observó a Neptuno en 1989, se descubrió que Larissa la había causado. En 2004 se anunciaron cinco nuevas lunas irregulares descubiertas entre 2002 y 2003.Una luna nueva y la más pequeña hasta el momento, Hippocamp, se encontraron en 2013 mediante la combinación de múltiples imágenes del Hubble. Debido a que Neptuno era el dios romano del mar, las lunas de Neptuno han recibido el nombre de dioses menores del mar.

Anillos planetarios

Neptuno tiene un sistema de anillos planetarios, aunque mucho menos importante que el de Saturno. Los anillos pueden consistir en partículas de hielo recubiertas con silicatos o material a base de carbono, lo que probablemente les da un tono rojizo. Los tres anillos principales son el angosto Adams Ring, a 63 000 km del centro de Neptuno, el Le Verrier Ring, a 53 000 km, y el más ancho y tenue Galle Ring, a 42 000 km. Una débil extensión hacia el exterior del Le Verrier Ring ha sido nombrada Lassell; está limitado en su borde exterior por el anillo de Arago a 57.000 km.

El primero de estos anillos planetarios fue detectado en 1968 por un equipo dirigido por Edward Guinan. A principios de la década de 1980, el análisis de estos datos junto con observaciones más recientes llevó a la hipótesis de que este anillo podría estar incompleto. La evidencia de que los anillos podrían tener huecos surgió por primera vez durante una ocultación estelar en 1984 cuando los anillos oscurecieron una estrella por inmersión pero no por emersión. Las imágenes de la Voyager 2 en 1989 resolvieron el problema al mostrar varios anillos débiles.

El anillo exterior, Adams, contiene cinco arcos destacados que ahora se denominan Courage , Liberté , Egalité 1 , Egalité 2 y Fraternité (Coraje, Libertad, Igualdad y Fraternidad). La existencia de arcos era difícil de explicar porque las leyes del movimiento predecirían que los arcos se extenderían en un anillo uniforme en escalas de tiempo cortas. Los astrónomos ahora estiman que los arcos están acorralados en su forma actual por los efectos gravitatorios de Galatea, una luna justo hacia el interior del anillo.

Las observaciones terrestres anunciadas en 2005 parecían mostrar que los anillos de Neptuno son mucho más inestables de lo que se pensaba. Las imágenes tomadas desde el Observatorio WM Keck en 2002 y 2003 muestran un deterioro considerable en los anillos en comparación con las imágenes de la Voyager 2 . En particular, parece que el arco de Liberté podría desaparecer en tan solo un siglo.

Observación

Neptuno se iluminó alrededor de un 10 % entre 1980 y 2000, principalmente debido al cambio de estaciones. Neptuno puede continuar aumentando su brillo a medida que se acerca al perihelio en 2042. La magnitud aparente actualmente oscila entre 7,67 y 7,89 con una media de 7,78 y una desviación estándar de 0,06. Antes de 1980, el planeta era tan débil como de magnitud 8,0. Neptuno es demasiado débil para ser visible a simple vista. Puede ser eclipsado por las lunas galileanas de Júpiter, el planeta enano Ceres y los asteroides 4 Vesta, 2 Pallas, 7 Iris, 3 Juno y 6 Hebe. Un telescopio o binoculares fuertes resolverán a Neptuno como un pequeño disco azul, de apariencia similar a Urano.

Debido a la distancia de Neptuno a la Tierra, su diámetro angular solo oscila entre 2,2 y 2,4 segundos de arco, el más pequeño de los planetas del Sistema Solar. Su pequeño tamaño aparente dificulta su estudio visual. La mayoría de los datos telescópicos eran bastante limitados hasta la llegada del Telescopio Espacial Hubble y los grandes telescopios terrestres con óptica adaptativa (AO). La primera observación científicamente útil de Neptuno desde telescopios terrestres que utilizan óptica adaptativa se inició en 1997 desde Hawái.Neptuno está entrando actualmente en su temporada de primavera y verano y se ha demostrado que se está calentando, con una mayor actividad atmosférica y brillo como consecuencia. En combinación con los avances tecnológicos, los telescopios terrestres con óptica adaptativa están grabando imágenes cada vez más detalladas. Tanto el Hubble como los telescopios de óptica adaptativa de la Tierra han realizado muchos descubrimientos nuevos dentro del Sistema Solar desde mediados de la década de 1990, con un gran aumento en la cantidad de satélites y lunas conocidos alrededor del planeta exterior, entre otros. En 2004 y 2005 se descubrieron cinco nuevos pequeños satélites de Neptuno con diámetros entre 38 y 61 kilómetros.

Desde la Tierra, Neptuno pasa por un aparente movimiento retrógrado cada 367 días, lo que resulta en un movimiento circular contra las estrellas de fondo durante cada oposición. Estos bucles lo llevaron cerca de las coordenadas de descubrimiento de 1846 en abril y julio de 2010 y nuevamente en octubre y noviembre de 2011.

El período orbital de 164 años de Neptuno significa que el planeta tarda un promedio de 13 años en moverse a través de cada constelación del zodíaco. En 2011, completó su primera órbita completa del Sol desde que fue descubierto y regresó a donde fue visto por primera vez al noreste de Iota Aquarii.

La observación de Neptuno en la banda de radiofrecuencia muestra que es una fuente tanto de emisión continua como de ráfagas irregulares. Se cree que ambas fuentes se originan a partir de su campo magnético giratorio. En la parte infrarroja del espectro, las tormentas de Neptuno aparecen brillantes contra el fondo más frío, lo que permite rastrear fácilmente el tamaño y la forma de estas características.

Exploración

La Voyager 2 es la única nave espacial que ha visitado Neptuno. El acercamiento más cercano de la nave espacial al planeta ocurrió el 25 de agosto de 1989. Debido a que este era el último planeta importante que la nave espacial podía visitar, se decidió hacer un sobrevuelo cercano de la luna Tritón, independientemente de las consecuencias para la trayectoria, de manera similar a lo que se hizo para el encuentro de la Voyager 1 con Saturno y su luna Titán. Las imágenes transmitidas a la Tierra desde la Voyager 2 se convirtieron en la base de un programa nocturno de PBS de 1989, Neptune All Night .

Durante el encuentro, las señales de la nave espacial necesitaron 246 minutos para llegar a la Tierra. Por lo tanto, en su mayor parte, la misión de la Voyager 2 se basó en comandos precargados para el encuentro con Neptuno. La nave espacial realizó un encuentro cercano con la luna Nereida antes de que llegara a 4.400 km de la atmósfera de Neptuno el 25 de agosto, luego pasó cerca de la luna más grande del planeta, Tritón, ese mismo día.

La nave espacial verificó la existencia de un campo magnético que rodeaba al planeta y descubrió que el campo estaba desplazado del centro e inclinado de manera similar al campo alrededor de Urano. El período de rotación de Neptuno se determinó mediante mediciones de emisiones de radio y la Voyager 2 también mostró que Neptuno tenía un sistema meteorológico sorprendentemente activo. Se descubrieron seis lunas nuevas y se demostró que el planeta tiene más de un anillo.

El sobrevuelo también proporcionó la primera medición precisa de la masa de Neptuno, que resultó ser un 0,5 por ciento menor que la calculada previamente. La nueva figura refutó la hipótesis de que un Planeta X no descubierto actuó sobre las órbitas de Neptuno y Urano.

Desde 2018, la Administración Nacional del Espacio de China ha estado estudiando un concepto para un par de sondas interestelares tipo Voyager conocidas tentativamente como Interstellar Express o Interstellar Heliosphere Probe . Ambas sondas se lanzarán al mismo tiempo en 2024 y tomarán caminos diferentes para explorar extremos opuestos de la heliosfera; la segunda sonda, IHP-2 , volará por Neptuno en enero de 2038, pasando solo 1000 km por encima de la parte superior de las nubes, y potencialmente llevará un impactador atmosférico que se liberará durante su aproximación. Posteriormente, continuará su misión a lo largo del cinturón de Kuiper hacia la cola de la heliosfera, hasta ahora inexplorada.

Después de los sobrevuelos de la Voyager 2 y el IHP-2 , se considera que el siguiente paso en la exploración científica del sistema neptuniano es una misión orbital; la mayoría de las propuestas han sido de la NASA, la mayoría de las veces para un orbitador Flagship. Se prevé que tal misión hipotética sea posible a fines de la década de 2020 o principios de la de 2030. Sin embargo, ha habido discusiones para lanzar antes las misiones Neptune. En 2003, hubo una propuesta en los "Estudios de misiones de visión" de la NASA para una misión "Neptune Orbiter with Probes" que hace ciencia al nivel de Cassini . Otra propuesta más reciente fue para Argo, una nave espacial de sobrevuelo que se lanzará en 2019 y visitará Júpiter, Saturno, Neptuno y un objeto del cinturón de Kuiper. El enfoque estaría en Neptuno y su luna más grande, Tritón, para ser investigados alrededor de 2029. La misión New Horizons 2 propuesta (que luego fue descartada) también podría haber hecho un sobrevuelo cercano del sistema neptuniano. Actualmente, una propuesta pendiente para el programa Discovery, Trident realizaría un sobrevuelo de Neptuno y Tritón; sin embargo, la misión no fue seleccionada para Discovery 15 o 16. Neptune Odyssey es el concepto de misión actual para un orbitador Neptune y una sonda atmosférica que la NASA está estudiando como una posible gran misión científica estratégica que se lanzaría entre 2031 y 2033 y llegaría a Neptune. para 2049.