海王星（太阳系八大行星之一）
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更新时间：2023-05-17
海王星（Neptune），是太阳系八大行星中的远日行星。按照行星与太阳的距离排列，海王星是第八颗行星，直径上是第四大行星，质量上是第三大行星。海王星的亮度仅为7.85等，只有在天文望远镜里才能看到它。由于它那荧荧的淡蓝色光，所以西方人用罗马神话中的海神——尼普顿（Neptune）”的名字来称呼它。在中文里，把它译为海王星。
海王星的大气层以氢和氦为主，还有微量的甲烷，大气层中的甲烷，是使行星呈现蓝色的原因之一。海王星有着太阳系最强烈的风暴，测量到的风速高达2100km/h。海王星云顶的温度是-218℃（55K），因为距离太阳最远，是太阳系最冷的地区之一。尽管如此，海王星却有着一个炽热的内部，海王星核心的温度约7000℃，和大多数已知的行星相似。
海王星在1846年9月23日被发现，是唯一利用数学预测而非有计划的观测发现的行星。天文学家利用天王星轨道的摄动推测出海王星的存在与可能的位置，迄今只有美国的旅行者2号探测器曾经在1989年8月25日拜访过海王星。
基本信息
| 中文名 | 海王星 |
| 别名 | 尼普顿、“笔尖下的行星” |
| 赤道自转速度 | 2.68 km/s |
| 直径 | 49244 km(±19) |
| 发现时间 | 1846年9月23日 |
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介绍
海王星
海王星是太阳系里的第四大行星，但却是四个充满气体的行星之中最小的一个。它通常被视为从太阳数来的第八个行星，不过每248年当冥王星进入海王星的轨道形成交错的情况时（大约是二十一年左右。上一次发生这种情况是1979至1999年，海王星就会变成最远的一个外行星。
海王星与太阳的距离：约为二十七亿九千三百万英里（四十四亿九千六百万公里）。直径：大约是三万零七百七十五英里（四万九千五百二十五公里），有地球的四倍大。恒星周期：164.8年。这代表海王星在每个星座大约停留十四年。逆行周期：每年大约逆行五个月。
海王星
海王星有太阳系最强烈的风，测量到的时速高达2100公里。1989年美国航天局发射的旅行者2号飞掠过海王星，对南半球的大黑斑和木星的大红斑做了比较。海王星云顶的温度是-218℃（55K），因为距离太阳最远，是太阳系最冷的地区之一。海王星核心的温度约为7000℃，也和大多数已知的行星相似。
在2003年，美国国家航空航天局提出有如卡西尼-惠更斯号科学水平的海王星轨道探测计划但不使用热滋生反应提供电力的推进装置；这项计划由喷气推进实验室和加州理工学院一起完成。
发现命名
勒维耶
在最早的观测记录中，伽利略·伽利雷（GalileodiVincenzoBonaultideGalilei）在1612年12月28日首度观测并描绘出海王星，1613年1月27日又再次观测，但因为观测的位置在夜空中都靠近木星（海王星与木星处在合的位置），这两次机会伽利略都误认海王星是一颗恒星。因此，海王星的发现并不归功于他。1612年12月，他第一次观测海王星时，海王星在天空中几乎是静止的，因为那天它刚好逆行了。这种明显的反向运动是当地球的轨道经过一颗外行星时产生的。因为海王星才刚刚开始它的年度逆行周期，这颗行星的运动太微弱了，伽利略的小型望远镜无法观测到。2009年，墨尔本大学的物理学家大卫·杰美生宣称，有新的证据表明伽利略至少知道他看见的星星相对于背景的恒星有微量的相对运动。
在1821年，布瓦尔（AlexisBouvard）出版了天王星的轨道表，随后的观测显示出与表中的位置有越来越大的偏差，使得布瓦尔假设有一个摄动体存在。在1843年约翰·柯西·亚当斯计算出会影响天王星运动的第八颗行星轨道，并将计算结果皇家天文学家乔治·艾里，他问了亚当斯一些计算上的问题，亚当斯虽然草拟了答案但未曾回复。
在1846年，法国工艺学院的天文学教师奥本·勒维耶，在得不到同行的支持下，以自己的热诚独立完成了海王星位置的推算。但是，在同一年，约翰·赫歇耳也开始拥护以数学的方法去搜寻行星，并说服詹姆斯·查理士着手进行。
海王星（红弧）完成一个围绕太阳运行的轨道（中心）
海王星（卫星上看）
发现之后的一段时间，海王星不是被称为天王星外的行星就是勒维耶的行星。伽雷是第一位建议取名的人，他建议的名称是Janus（罗马神话中看守门户的双面神）。在英国，查理士将之命名为Oceanus；在法国，阿拉贡（Arago）建议称为勒维耶，以回应法国之外强烈的抗议声浪。
命名
在蒙古，海王星称为DalainVan(Далайнван)，反映了其同名神的角色是大海的统治者。在现代希腊，人们仍旧将海王星称为波塞冬（Ποσειδώνας,Poseidonas）。在希伯来语中，2009年希伯来语学院投票将海王星的名称称为רהב（Rahab），来自《圣经》中提到的海怪，尽管现有的拉丁词Neptun(נפטון)更为常用。在纳瓦特尔语中，海王星被以雨神Tlāloc的名字命名为Tlāloccītlalli。
星体特性
基本参数
轨道倾角：1.769°
自转周期：15小时57分59秒
公转周期：约164.8个地球年
共3张
海王星
发现时间：1846年9月23日
视星等：7.85
平均温度：-353℉（-214℃)
平均云层温度：-193℃至-153℃
大气压：1-3B
表面重力加速度：比地球的略大，在两极为1180cm/s²，在赤道上约为1100cm/s²
表面逃逸速度：23.6km/s
卫星数：14颗
光环数：5条
离心率：0.008678
质量 | 1.0247e+26千克 |
质量比（地球=1） | 1.7135e+01 |
赤道半径（km) | 24,746 |
赤道半径（地球=1） | 3.8799e+00 |
平均密度（gm/cm³） | 1.64 |
平均日距(km) | 4,504,300,000 |
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结构组成
海王星内部结构
因为轨道距离太阳很远，海王星从太阳得到的热量很少，所以海王星大气层顶端温度只有-218℃（55K），而由大气层顶端向内温度稳定上升。和天王星类似，星球内部热量的来源仍然是未知的，而结果却是显著的：作为太阳系最外侧的行星，海王星内部能量却大到维持了太阳系所有行星系统中已知的最高速风暴。对其内部热源有几种解释，包括行星内核的放射热源，行星生成时吸积盘塌缩能量的散热，还有重力波对平流圈界面的扰动。
海王星[太阳系八大行星之一]
内部结构
大气层
海王星影像
海王星的大气层可以细分为两个主要的区域：低层的对流层，该处的温度随高度降低；和平流层，该处的温度随着高度增加。两层之间的边界，对流层出现在气压为0.1巴(10kPa，1巴=0.1MPa=100kPa，约等于地球上1个标准大气压)处。平流层在气压低于10至10微巴(1-10Pa)处成为热成层，热成层逐渐过渡为散逸层。
模型表明海王星对流层的云带取决于不同海拔高度的成分。高海拔的云出现在气压低于1帕之处，该处的温度使甲烷可以凝结。压力在1巴至5巴(100kPa至500kPa)，被认为氨和硫化氢的云可以形成。压力在5帕以上，云可能包含氨、硫化氨、硫化氢和水。更深处的水冰云可以在压力大约为50巴(5MPa)处被发现，该处的温度达到0°C。在下面，可能会发现氨和硫化氢的云。
海王星[太阳系八大行星之一]
这颗行星的热成层有着大约750K的异常高温，其原因至今还不清楚。要从太阳来的紫外线辐射获得热量，对这颗行星来说与太阳的距离是太遥远了。一个候选的加热机制是行星的磁场与离子的交互作用；另一个候选者是来自内部的重力波在大气层中的消耗。热成层包含可以察觉到的二氧化碳和水，其来源可能来自外部，例如流星体和尘埃。
气候
海王星[太阳系八大行星之一]
1989年，美国航空航天局的旅行者2号航天器发现了大黑斑，它是一个欧亚大陆大小的飓风系统。这个风暴类似木星上的大红斑。然而在1994年11月2日，哈勃太空望远镜在海王星上没有看见大黑斑，反而在北半球发现了类似大黑斑的一场新的风暴。大黑斑失踪的原因尚未知晓。一种可能的理论是来自行星核心的热传递扰乱了大气均衡并且打乱了现有的循环样式。
滑行车（英文：Scooter)是位于大黑斑更南面的另一场风暴，是一组白色云团1989年，当它在旅行者2号造访前的那几个月被发现时，就被命名了这个绰号：因为它比大黑斑移动得更快。随后图像显示出还有比滑行车移动得更快的云团。小黑斑是一场南部的飓风风暴，在1989旅行者2号访问期间强度排在第二位。它最初是完全黑暗的，但在"旅行者"接近过程中，一个明亮的核心逐渐形成，并且出现在大多数最高分辨率的图像上。2007年又发现海王星的南极比其表面平均温度（大约为-200℃）高出约10℃。这样高出10℃的温度足以把甲烷释放到太空，而在其它区域海王星的上层大气层中甲烷是被冻结着的。
海王星在类木行星中的一个独有特点就是高层云彩在其下半透明的云基区域投下阴影。虽然海王星的大气远比天王星的活跃它们都是由相同的气体和冰组成。天王星和海王星都不是木星和土星那种严格意义上的类木行星而属于另一类的远日行星，即它们有一个较大的固体核而且还含有冰作为其组成成份。海王星表面温度非常低，1989年测到的顶端云层的温度低至-224℃(49K)。
磁层
海王星
磁场的偶极成分在海王星的磁赤道大约是14microteslas（0.14G）海王星的偶磁矩大约是2.2×10T·m（14μT·RN，此处RN是海王星的半径）海王星的磁场因为非偶极成分，包括强度可能超过磁偶极矩的强大四极矩，组合有很大的贡献，因此在几何结构上非常的复杂。相较之下地球、木星和土星的四极矩都非常小，并且相对于自转轴的倾角也都不大海王星巨大的四极矩也许是发电机偏离行星的中心和几何强制性的结果。
海王星的弓形震波，在那儿磁层开始减缓太阳风的速度，发生在距离行星34.9行星半径之处。磁层顶，磁层的压力抵销太阳风的地方，位于23-26.5倍海王星半径之处，磁尾至少延伸至72倍的海王星半径，并且还会伸展至更远。
内部
科学家最新研究显示，海王星和天王星表面很可能包含着液态钻石海洋
研究人员对钻石熔点进行了详细测量，当钻石融化时就像是水冷冻和融化的过程，在液态形式之上漂浮着固定形式钻石是一种非常坚硬的物质，它很难被融化。由于当钻石在高温下加热熔化容易变成石墨，因此研究人员很难测量钻石在变成石墨之前具体的熔点。科学家将钻石暴露于高压下使用激光轰击钻石表面，4000万倍零海拔压力的作用下，钻石变成了液态。当压力降低至零海拔1100万倍，温度降低至5万摄氏度，固体成块的钻石便开始形成。
科学家发现一些事情并非他们之前所预计的那样，当温度降低至形成固态钻石的状态下，形成的固态钻石并未沉下去，而是漂浮在液态钻石的顶层，就像是钻石冰川一样。在海王星和天王星这样的超大气态行星上，存在着类似钻石液化的超高温度和压力。海王星和天王星表面成份10%是碳元素，大量的液态钻石海洋将偏转或倾斜磁场离开行星的旋转轴线太阳系探索。
科学家惟一确定海王星和天王星表面是否存在液态钻石的方法就是发射科学探测器，或者在地球模拟这些气态行星的环境特征但以上的方法成本都很高，需要多年时间进行准备。据悉，这项研究报告已发表在《自然物理学》期刊上。
光环
海王星也有光环。在地球上只能观察到暗淡模糊的圆弧，而非完整的光环。但旅行者2号的图像显示这些弧完全是由亮块组成的光环。其中的一个光环看上去似乎有奇特的螺旋形结构。同天王星和木星一样，海王星的光环十分暗淡，但它们的内部结构仍是未知数。人们已命名了海王星的光环：最外面的是Adams（它包括三段明显的圆弧，今已分别命名为自由Liberty，平等Equality和友爱Fraternity），其次是一个未命名的包有Galatea卫星的弧然后是Leverrier（它向外延伸的部分叫作Lassell和Arago），最里面暗淡但很宽阔的叫Galle。
这颗蓝色行星有着暗淡的天蓝色圆环，但与土星比起来相去甚远。当这些环由以爱德华·奎南为首的团队发现时曾被认为也许是不完整的。然而，“旅行者2号”的发现表明并非如此。这些行星环有一个特别的“堆状”结构其起因如今不明但也许可以归结于附近轨道上的小卫星的引力相互作用。
认为海王星环不完整的证据首次出现在80年代中期，当时观测到海王星在掩星前后出现了偶尔的额外“闪光”旅行者2号在1989年拍摄的图像发现了这个包含几个微弱圆环的行星环系统，从而解决了这个问题。最外层的圆环，亚当斯，包含三段显著的弧，如今名为“Liberté”，“Egalité”和“Fraternité”（自由、平等、博爱）。弧的存在非常难于理解，因为运动定律预示弧应在不长的时间内变成分布一致的圆环。如今认为环内侧的卫星海卫六的引力作用束缚了弧的运动。
海王星[太阳系八大行星之一]
2005年新发表的在地球上观察的结果表明，海王星的环比原先以为的更不稳定。凯克天文台在2002年和2003年拍摄的图像显示，与"旅行者2号"拍摄时相比，海王星环发生了显著的退化，特别是“自由弧”，也许在一个世纪左右就会消失。
光环数据
光环距离（千米） | 宽度（千米） | 另称 | |
Diffuse | 41900 | 15 | 1989N3R,Galle |
Inner | 53200 | 15 | 1989N2R,勒威耶 |
Plateau | 53200 | 5800 | 1989N4R,Lassell,Arago |
Main | 62930 | <50 | 1989N1R,Adams |
（距离是海王星中心到光环的内端）
卫星
海王星[太阳系八大行星之一]
海王星第二个已知卫星（依距离排列）是形状不规则的海卫二，它的轨道是太阳系中离心率最大的卫星轨道之一。从1989年7月到9月，“旅行者2号”发现了六个新的海王星卫星。其中形状不规则的海卫八以拥有在其密度下不会被它自身的引力变成球体的最大体积而出名。尽管它是质量第二大的海王星卫星，它只是海卫一质量的四百分之一。最靠近海王星的四个卫星，海卫三、海卫四、海卫五和海卫六，轨道在海王星的环之内。第二靠外的海卫七在1981年它掩星的时候被观察到。起初掩星的原因被归结为行星环上的弧，但据1989年“旅行者2号”的观察，才发现是由卫星造成的。2004年宣布了在2002年和2003之间发现的五个新的形状不规则卫星。由于海王星得名于罗马神话的海神，它的卫星都以低等的海神命名。
SETI协会研究员马克·肖华特（MarkShowalter）2013年发现了围绕海王星的一颗新卫星，编号为海王星卫星S/2004N1，直径约为19千米，距地球约48亿千米。
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星体运动
形成与迁移
冰质巨行星海王星和天王星的形成，已经证明很难精确模拟。模型表明，太阳系外部区域的物质密度太低，无法用传统的核心吸积方法来解释如此大的天体的形成，因而人们提出了各种假说来解释它们的形成。一种说法是，冰巨星不是由核心吸积形成的，而是由原行星盘内的不稳定性形成的，后来它们的大气层被附近一颗大质量OB型星的辐射炸飞了，其中一部分形成了天王星和海王星。
另一个假说是，它们在离太阳更近的地方形成，那里的物质密度更高，然后在移除气态原行星圆盘之后迁移到它们当前的轨道上。这种形成后迁移的假设是有利的，因为它能够更好地解释在跨海王星区域观察到的小型天体的构成比例。最为广泛接受的对这个假设细节的解释被称为尼斯模型，它探索了迁移的海王星和其他巨行星对柯伊伯带结构的影响。右图是一个显示外行星和柯伊伯带的模拟：（a）在木星和土星达到2:1共振之前；（b）在海王星轨道移动后柯伊伯带物体向内散射后；（c）在木星射出散射的柯伊伯带天体之后。
研究探测
地面观测
红外线下的海王星
通过双目望远镜可观察到海王星，但假如你要看到行星上的一切而非仅仅一个小圆盘，那么你就需要一架大的天文望远镜。MikeHarvey的行星寻找图表指出此时海王星在天空中的位置（及其他行星的位置），再由StarryNight这个天象程序作更多更细致的定制。
旅行者2号
1989年8月25日，美国航天局发射的旅行者2号探测器飞越海王星，这是人类首次用空间探测器探测海王星。它在距海王星4827千米的最近点与海王星相会，从而使人类第一次看清了远在距离地球45亿千米之外的海王星面貌。它发现了海王星的6颗新卫星，使其卫星总数增至8颗；首次发现海王星有5条光环，其中3条暗淡、2条明亮。
从旅行者2号拍摄的6000多幅海王星照片中发现，海王星南极周围有两条宽约4345千米的巨大黑色风云带和一块面积有如地球那么大的风暴区，它们形成了像木星大红斑那样的大黑斑。这块大黑斑沿中心轴向逆时针方向旋转，每转360°需10天。海王星也有磁场和辐射带，大部分地区有像地球南北极那样的极光。海王星的大气层动荡不定，大气中含有由冰冻甲烷构成的白云和大面积气旋，跟随在气旋后面的是时速为640千米的飓风。海王星上空有一层因阳光照射大气层中的甲烷而形成的烟雾。
海王星与太阳的平均距离为44.96亿公里，是地球到太阳距离的30倍。海王星接收到太阳的光和热只有地球的19%于是其表面覆盖着延绵几千公里厚的冰层，外表则围绕着浓密的大气，海王星的直径49500公里，是地球的3.88倍体积有57个地球那么大，质量只是地球的17倍多，所以其密度也相当小，海王星以每秒5.43公里的速度绕着太阳公转公转一周需要花上164.8年，自转一周15小时57分59秒。
海王星的磁场和天王星的一样，位置十分古怪，这很可能是由于行星地壳中层传导性的物质（大概是水）的运动而造成的。
未来探测
美国宇航局正在研究可能进行的海王星探测任务。
美国宇航局在2005年提出发射海王星轨道探测器的构想，计划于2016年发送一个或两个探测器登陆海卫一，并探测海王星的大气层，颣似伽利略号探测器的大气探测器.。
由于天文学家对于探测海王星系统的兴趣浓厚，一些学者认为美国宇航局负责的新疆界计划任务（如新视野号和朱诺号）可以提供10亿美元资金，而探测器可以在2010年发射。这个探测器不仅可以研究海王星及其系统而且也将经过木星及土星，并借由其重力节省燃料，然后接近柯伊伯带中两个或三个天体。新地平线号在通过冥王星后也将探测其他目标。
大黑斑
海王星[太阳系八大行星之一]
然而在1994年11月2日，哈勃望远镜对海王星的观察显示出大黑斑竟然消失了！它或许就这么消散了，或许暂时被大气层的其他部分所掩盖。几个月后哈勃望远镜在海王星的北半球发现了一个新的黑斑。这表明海王星的大气层变化频繁，这也许是因为云的顶部和底部温度差异的细微变化所引起的。
风暴
海王星[太阳系八大行星之一]
2007年又发现海王星的南极比其表面平均温度（大约为-200℃）高出约10℃。这样高出10℃的温度足以把甲烷释放到太空，而在其它区域海王星的上层大气层中甲烷是被冻结着的。这个相对热点的形成是因为海王星的轨道倾角使得其南极在过去的40年受到太阳光照射，而一海王星年相当于165地球年。随着海王星慢慢地移近太阳，它南极将逐渐变暗，并且换成北极被太阳光照亮，这将使得甲烷释放区域从南极转移到北极。
影像
世界纪录
海王星是太阳系中离太阳最远的行星，创造了太阳系中速度最快的风、一个航天器到访过的最多行星纪录。
钻石雨
2022年，德国和法国的研究人员开展了一项新颖的实验，证实了在太阳系外围海王星和天王星的冰巨星内确实会下“钻石雨”。
参考资料
[1]
公转轨道:距太阳 · 豆丁网[引用日期2015-06-29]
[2]
最新研究揭示海王星上一天为15小时57分59秒[引用日期2019-08-08]
[3]
天王星和海王星影像公布 · 今日头条[引用日期2022-06-02]
[4]
吉尼斯世界纪录有限公司[著],迟文成[译] . 吉尼斯世界纪录大全2021 : 沈阳：辽宁少年儿童出版社 ，2021
[5]
总编辑圈点|模拟系外冰巨星中“钻石雨”现象，实验发现塑料瓶生成纳米钻石新方式 · 中国科技网[引用日期2022-10-24]
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