В атмосфере Нептуна могут быть алмазы

// // Научно-популярные материалы //

Внутренний «тепловой двигатель» Нептуна производит в 1,6 раза больше энергии, чем планета получает от Солнца. Это помогает питать энергией ветры на большой высоте и сильные штормы, оказавшиеся типичными явлениями для погодной системы планеты. С учетом его размеров источник энергии Нептуна существенно мощнее, чем  у Юпитера и Сатурна (у Урана, похоже, такой «двигатель» отсутствует).

Теория, поясняющая существование подобных источников энергии, утверждает, что подпитываются они гравитационным сжатием внутренних слоев планеты. У Юпитера и Сатурна, состоящих из жидкого водорода и гелия, частицы более плотного материала устремляются к ядру. Это создает тепло в силу трения по мере их проталкивания вниз через более легкий материал.

Нечто похожее, вероятно, происходит и внутри Нептуна, но на этот процесс влияет еще и характерный состав планеты. Нептун и Уран — ледяные гиганты, содержащие в атмосфере значительное количество метана. Метан весит в восемь раз больше водорода и гелия, из-за чего при смешении с этими веществами под высоким давлением во внутренней структуре ледяного гиганта метан опускается вниз к ядру.

Более того, молекула метана состоит из нескольких атомов, и под высоким давлением она распадается на несколько составляющих, а именно: четыре атома водорода и один атом углерода. Атом углерода обеспечивает большую часть веса метана, а весит он в 12 раз больше атома водорода.

Именно углерод оседает на ядра этих планет-гигантов. В 1981 году Марвин Росс из Ливерморской национальной лаборатории им. Лоуренса в Калифорнии сделал поразительное предположение: а что если сжатый углерод внутри Нептуна ведет себя так же, как углерод под давлением на Земле, атомы которого связываются до образования кристаллической формы, более известной как алмаз?

Алмаз — самое твердое из всех известных веществ благодаря решетчатой структуре химических связей, которые образуются между атомами углерода под мощным давлением. На Земле он формируется, как правило, в подземных углеродных отложениях, таких как угольные пласты. Но могут ли процессы внутри такой планеты, как Нептун, оказывать столь же мощное давление и концентрировать атомы углерода в маленьком пространстве?

Недавние лабораторные эксперименты показали, что такое возможно. В 1999 году группа специалистов Калифорнийского университета под руководством профессора Раймона Жанло успешно произвела сжатие метана под давлением, составлявшем примерно десятую часть силы давления внутри Нептуна.

Результаты оказались впечатляющими. Эти бесцветные образцы жидкого метана стали темными, поскольку внутри образовались микроскопические алмазы. Сформировавшиеся в алмазной наковальне, эти частицы испарились, как только были выпущены из «заточения». Однако в атмосфере Нептуна, находящейся под давлением, такое освобождение невозможно.

Слои аккумулированных частиц могут превратиться в более крупные кристаллы, которые, вероятно, покрывают все ядро, образуя навеки недоступные поля алмазов.

Научная информация о Нептуне

Нептун — единственная планета, никогда не попадающая в зону видимости невооруженным глазом. Ее открыл немецкий астроном Иоганн Готтфрид Галле в ночь на 23 сентября 1846 года, однако этого не случилось бы французского математика Урбена Леверье. Он рассчитал расположение Нептуна и его массу по отклонениям, вызываемым в орбите недавно обнаруженного Урана.

Планета НептунВ течение 140 лет восьмая планета Солнечной системы оставалась большой загадкой, поскольку в самые мощные наземные телескопы она виднелась как небольшой голубой шарик. Анализ света с Нептуна показал, что, как и у Урана, у него есть небольшое, но существенное количество метана в атмосфере — он поглощает красный компонент солнечного света и придает планете характерный цвет.

Астрономы раньше считали, что разница в цвете между Ураном и Нептуном объясняется разницей в количестве метана в их атмосферах. Подобное утверждение было опровергнуто, так как теперь известно, что оно почти одинаково и примерно равно 1,5 %. Следовательно, разница в цвете между планетами, должно быть, вызывается каким-то другим, пока не выявленным, химическим веществом или физическим процессом.

Огромная дистанция до Нептуна не отпугивает астрономов и позволяет им высчитывать многие физические свойства этой планеты. Расчеты Леверье в свое время дали примерную оценку массы Нептуна. Открытие крупного спутника Тритона на орбите планеты позволило уточнить эти расчеты (поскольку масса самого Нептуна влияет на свойства орбиты Тритона). Изредка случавшиеся затмения дальних звезд диском Нептуна дали возможность определить его размер. Нептун оказался меньше Урана, но с несколько большей массой.

Впервые некоторые характеристики этой лазурной планеты удалось узнать только благодаря пролету «Вояджера-2»
в 1989 году. До этого большинству специалистов казалось, что Нептун — это тихий и безмятежный мир, похожий внешне на Уран. Было выведено простое правило, действующее для всех планет: чем дальше планета от Солнца, тем слабее на ней погодные системы.

Вот почему довольно неожиданными оказались первые снимки, на которых Нептун показал свое обвеваемое штормом лицо, названное Большим темным пятном. Также обнаружились полоски более светлых облаков и отчетливый полосатый рисунок, опоясывающий всю планету. Значит, своей погодой Нептун больше походил на Юпитер, чем на Уран.

Анализ полос позволил ученым уточнить характер вращения Нептуна и выяснить, что планета совершает виток вокруг своей оси каждые 16 часов. Поскольку ось планеты отклонена на 28° от вертикали, смена сезонов года на Нептуне должна быть довольно похожей на земную. Основная разница заключается в том, что, учитывая орбиту Нептуна, каждый сезон на нем длится 41 год.

На Нептуне, оказывается, бушуют самые мощные ветры во всей Солнечной системе, и вокруг планеты носятся облака со сверхзвуковой скоростью до 600 м/с. Среди погодных моделей на Нептуне есть высотные реактивные струи из белых облаков, которые отбрасывают тени на голубые слои внизу. Также для здешней погоды характерны «скутеры» — высотные, но относительно небольшие штормы с яркими белыми облаками, двигающимися вокруг планеты с большой скоростью.

Но самые эффектные явления на планете — большие темные штормы. Такие темные пятна, вероятно, рождаются в нижней части атмосферы Нептуна и открывают просветы, позволяющие видеть сквозь более темные и глубокие слои облаков. На сегодня ни одно погодное явление, наблюдаемое на Нептуне, не длится больше, чем пару месяцев.

Активные погодные модели или высокоскоростные ветры дают основание полагать, что у Нептуна должен быть внутренний источник энергии. Именно он подпитывает климат планеты там, где солнечное излучение едва достигает тысячной доли излучения, поступающего на Землю. И действительно, инфракрасные измерения атмосферной температуры только подтвердили это. Они показали, что на вершине облаков Нептуна температура составляет -218 °С, что очень похоже на Уран, хотя первый находится в два раза дальше от Солнца. Природа этого источника энергии привела к некоторым фантастическим предположениям.

Как и все планеты-гиганты, Нептун обладает мощной гравитацией, которая превращает его в центр собственной системы колец и спутников. Кольца у него крайне узкие и очень туманные. Есть три полных кольца и ряд неполных кольцевых арок. Спутниковая система Нептуна состоит из одного крупного спутника Тритона и целой группы мелких миров. Некоторые из них могут быть естественными спутниками, которые образовались на орбите вокруг планеты, а другие — это, вероятно, притянутые планетой астероиды и кометы.