سفر به نپتون: دورترین غول منظومه‌ شمسی

نپتون هشتمین سیاره‌ی منظومه‌ی شمسی و دورترین سیاره از خورشید است. از نظر بزرگی، نپتون چهارمین سیاره‌ی بزرگ منظومه‌ی شمسی و متراکم‌ترین غول یخی است. جرم نپتون ۱۷ برابر جرم زمین و کمی از دوقلوی خود یعنی اورانوس سنگین‌تر است (جرم اورانوس ۱۵ برابر جرم زمین است). نپتون هر ۱۶۴.۸ سال در فاصله‌ی ۳۰.۱ واحد نجومی (۴.۵ میلیارد کیلومتری) به دور خورشید می‌چرخد. نام نپتون براساس خدای رومی دریا انتخاب شده است.

نپتون را نمی‌توان با چشم غیرمسلح رصد کرد و تنها سیاره‌ی منظومه‌ی شمسی است که براساس پیشگویی‌های ریاضی کشف شد نه مشاهدات تجربی. نپتون درنهایت در سال ۱۸۴۶ با تلسکوپ رصد شد.

جو نپتون هم مانند مشتری و زحل ترکیبی از هیدروژن و هلیوم و همین‌طور ردپاهایی از کربن و احتمالا نیتروژن است، اما درصد بالایی از جو نپتون را یخ‌هایی مانند یخ آب، یخ آمونیاک و یخ متان تشکیل می‌دهد. فضای داخلی نپتون مانند اورانوس ترکیبی از یخ و سنگ است به همین دلیل اورانوس و نپتون در دسته‌ی غول‌های یخی قرار می‌گیرند. دلیل رنگ آبی نپتون، وجود متان در بخش فوقانی جو این سیاره است.

_{مقایسه‌ی زمین با نپتون}

در مقایسه با جو نسبتا یکنواخت اورانوس، جو نپتون فعال و دارای الگوهای آب‌وهوایی است. برای مثال هنگام پرواز وویجر ۲ در سال ۱۹۸۹  از فراز نپتون، یک لکه‌ی سیاه تیره در نیم‌کره‌جنوبی این سیاره مشاهده شد که با لکه‌ی سرخ بزرگ مشتری قابل مقایسه است. رکورد سرعت باد در نپتون به ۲۱۰۰ کیلومتر بر ساعت هم می‌رسد.

به‌دلیل فاصله‌ی زیاد این سیاره از خورشید، جو فوقانی آن یکی از سردترین نقاط در منظومه‌ی شمسی است. دمای ابرهای فوقانی در جو این سیاره به منفی ۲۱۸ درجه‌ی سانتی‌گراد می‌رسد. دما در مرکز این سیاره تقریبا برابر با ۵۱۰۰ درجه‌ی سانتی‌گراد است. نپتون دارای یک سیستم حلقوی کمرنگ و گسسته است که در سال ۱۹۸۴ کشف شد و سپس توسط وویجر ۲ تأیید شد.

شکل‌گیری

دانشمندان هنوز در مورد نحوه‌ی شکل‌گیری سیاره‌ها مطمئن نیستند. هم‌اکنون دو نظریه بیشتر به شواهد نزدیک هستند. اولین و قابل‌قبول‌ترین نظریه، نظریه‌ی تجمع هسته است که برای سیاره‌های سنگی به درستی پیش می‌رود اما برای غول‌های گازی و یخی مانند نپتون با مشکل روبه‌رو می‌شود. دومین نظریه‌، نظریه‌ی ناپایداری دیسک است که می‌توان برای غول‌های گازی و یخی روی آن حساب کرد.

نظریه‌ی تجمع هسته

تقریبا ۴.۶ میلیارد سال پیش، منظومه‌ی شمسی ابری از گاز و غبار موسوم به سحابی خورشیدی بود. جاذبه، منجر به فروپاشی مواد و چرخش آن‌ها شد، خورشید در مرکز این چرخش شکل گرفت.

با ظهور خورشید، باقی مواد به شکل توده‌های متراکم درآمدند. ذرات کوچک با نیروی جاذبه به یکدیگر پیوستند و ذرات بزرگ‌تر را تشکیل دادند. بادهای خورشیدی عناصر سبک‌تر مانند هیدروژن و هلیوم را از نواحی نزدیک به خورشید دور کردند و مواد سنگی و سنگین باقی‌مانده، دنیاهای سنگی را تشکیل دادند؛ اما ازآنجاکه بادهای خورشیدی تأثیر کمتری بر عناصر سبک‌تر داشتند، این عناصر متراکم شدند و غول‌هایی مثل نپتون را تشکیل دادند. سیارک‌ها، دنباله‌دارها، سیاره‌ها و قمرها هم به همین ترتیب شکل گرفتند.

بعضی مشاهدات مربوط‌به سیاره‌های خارجی می‌توانند نظریه‌ی تجمع هسته را به‌عنوان فرضیه‌ی غالب شکل‌گیری سیاره‌ها ثابت کنند. تعداد غول‌های گازی در اطراف ستاره‌ها با هسته‌ی فلزی‌تر (اصطلاحی که ستاره‌شناسان برای عناصری غیر از هیدروژن و هلیوم به کار می‌برند) بیشتر است. به نقل از ناسا نظریه‌ی تجمع هسته نشان می‌دهد دنیاهای سنگی و کوچک متداول‌تر از انواع غول‌های گازی هستند.

مدل ناپایداری دیسک

برای غول‌های گازی حجیمی مثل مشتری، نظریه‌ی تجمع هسته نیاز به زمان زیادی دارد. این در حالی است که ابر حول خورشید زمان کوتاهی دوام آورده و سپس به‌طور کامل تبخیر شده است. به‌گفته‌یکوین والشیکی از پژوهشگرهای مؤسسه‌ی جنوب غربی بولدر کلورادو:

سیاره‌های غول‌آسا به سرعت و تنها در طی چند میلیون سال تشکیل شدند. محدودیت زمانی دیسک گازی حول خورشید تنها ۴ تا ۵ میلیون سال بود.

براساس یک نظریه‌ی نسبتا جدید به نام ناپایداری دیسک، توده‌های گاز و غبار در اوایل حیات منظومه‌ی شمسی به یکدیگر پیوستند. به‌مرورزمان این توده‌ها فشرده شدند و سیاره‌های غول‌آسا را تشکیل دادند. این سیاره‌ها می‌توانند سریع‌تر از رقبای خود در نظریه‌ی تجمع هسته تشکیل شوند (حتی در چندهزار سال).

نظریه‌ی تجمع سنگریزه

بزرگ‌ترین چالش مدل تجمع هسته، زمان است. پژوهش‌های اخیر در مورد نحوه‌ی ترکیب اجرام کوچک و سنگریزه‌ها نشان می‌‌دهند سیاره‌های غول‌آسا ۱۰۰۰ برابر سریع‌تر از فرضیه‌های قبلی تشکیل شده‌اند.

در سال ۲۰۱۲، مایکل لمبرکتز و آندرس یوهانسون، پژوهشگرهای دانشگاه لاند سوئد، نشان دادند ذرات کوچک می‌توانند رمز شکل‌گیری سریع سیاره‌های غول‌آسا را در خود داشته باشند. لویسان در این مورد می‌گوید:

ذرات باقی‌مانده از فرایند شکل‌گیری (که قبلا تصور می‌شد اهمیتی ندارند) می‌توانند کلید اصلی حل مسئله‌ی شکل‌گیری سیاره‌ها را در خود داشته باشند

خصوصیات فیزیکی و ترکیب

نپتون از همان ابتدای کشف در اواسط قرن نوزدهم همواره یک سیاره‌ی رازآلود بوده است. نپتون به‌عنوان دورترین سیاره از خورشید، تنها یک بار هدف مأموریت فضایی قرار گرفته است. هنوز سؤالات بی‌پاسخی در مورد فضای داخلی آن وجود دارد. بااین‌حال در چند دهه‌ی اخیر اطلاعات زیادی در مورد این سیاره به دست آمده است.

برای مثال به‌لطف کاوشگر وویجر ۲ و بررسی‌های متعدد تجهیزات مستقر در زمین، دانشمندان به درک خوبی از ساختار و ترکیب این سیاره رسیدند. نپتون را هم مانند دیگر سیاره‌های غول‌آسای منظومه‌ی شمسی، می‌توان به چند لایه‌ی متعدد تقسیم کرد. ترکیب نپتون بسته به این لایه‌ها تغییر می‌کند. خارجی‌ترین لایه‌ی نپتون جو آن است که ۵ الی ۱۰ درصد از جرم سیاره را تشکیل می‌دهد.

_{ساختار داخلی نپتون: (۱) ابرهای بالای جو (۲) جو: ترکیبی از هیدروژن، هلیوم و متان (۳) گوشته: شامل یخ‌های آب، آمونیاک و متان (۴) هسته‌ی سنگی: سیلیکات و آهن، نیکل}

زیر جو این سیاره، گوشته‌ی بزرگ آن قرار گرفته است. گوشته یک بخش مایع بسیار داغ است که دمای آن به ۱۷۲۷ الی ۴۷۲۷ درجه‌ی سانتی‌گراد می‌رسد. جرم گوشته‌ی نپتون ۱۰ الی ۱۵ برابر جرم گوشته‌ی زمین است و منبعی غنی از آب، آمونیاک و متان است.

تراکم متان، آمونیاک و آب در نواحی پائین‌تر جو این سیاره افزایش می‌یابد. برخلاف اورانوس، بخش اقیانوسی نپتون بزرگ‌تر است، درحالی‌که اورانوس یک گوشته‌ی کوچک دارد. تصور می‌شود نپتون هم مانند دیگر غول‌های گازی،یخی یک هسته‌ی جامد داشته باشد که ترکیب آن کاملا مشخص نیست. بااین‌حال براساس فرضیه‌ها این هسته سنگی و سرشار از فلز با نظریه‌های فعلی شکل‌گیری سیاره‌ها سازگار است.

براساس این نظریه‌ها، هسته‌ی نپتون ترکیبی از آهن، نیکل و سیلیکات است و جرم آن ۱.۲ برابر جرم زمین است. فشار تخمین‌زده‌شده در مرکز این سیاره ۷۰۰ گیگاپاسکال است که تقریبا دو برابر فشار در مرکز زمین و دمای مرکز نپتون هم به ۵۴۲۶ درجه‌ی سانتی‌گراد می‌رسد. در عمق ۷۰۰۰ کیلومتری، شرایط به‌گونه‌ای است که متان به کریستال‌های الماس تبدیل می‌شود و بارش الماس به اندازه‌ی دانه‌های تگرگ دیده می‌شود.

شرایط جوی و ابرها

جو نپتون تقریبا ۵ الی ۱۰ درصد از جرم آن را تشکیل می‌دهد و تا عمق ۱۰ الی ۲۰ درصدی توسعه می‌یابد در این عمق فشار به ۱۰ گیگاپاسکال می‌رسد (۱۰۰ هزار برابر فشار جوی زمین). در ارتفاع‌های بالا، جو نپتون ترکیبی از ۸۰ درصد هیدروژن، ۱۹ درصد هلیم و مقداری متان است. یکی از دلایل رنگ آبی نپتون مانند اورانوس، جذب نور قرمز توسط متان موجود در جو است با این تفاوت که رنگ آبی نپتون تیره‌تر و شفاف‌تر است.

جو نپتون به دو بخش اصلی تقسیم می‌شود: جو پائینی (که دمای آن همراه‌با ارتفاع کاهش می‌یابد) و استراتوسفر (که دمای آن با ارتفاع افزایش می‌یابد). مرز بین این دو، تروپوپاوس نامیده می‌شود که در فشار ۱۰ کیلوپاسکال قرار گرفته است.

طیف‌های نپتون نشان می‌دهند استراتوسفر پائینی آن به‌دلیل تراکم فرآورده‌های حاصل از واکنش تشعشعات فرابنفش و متان رنگ ماتی دارد و ترکیب‌هایی مانند اتان و اتین در این بخش تولید می‌شود. استراتوسفر منبع کربن مونواکسید و هیدروژن سیانید است که عامل دمای بیشتر آن نسبت به اورانوس است.

_{تغییر رنگ و ویرایش تصویر برای تأکید بر ویژگی‌های جوی نپتون. لکه‌ی سیاه نپتون به‌عنوان شاخص‌ترین ویژگی در سمت چپ مشخص شده است.}

به دلایل نامعلوم، دمای ترموسفر نپتون بسیار بالا و تقریبا برابر با ۴۷۶.۸۵ درجه‌ی سانتی‌گراد است. این دما برای سیاره‌ای با این فاصله‌ی زیاد از خورشید، عجیب است و به‌معنی وجود یک مکانیزم گرمایشی دیگر در نپتون است. این مکانیزم گرمایشی می‌تواند بر اثر واکنش جو نپتون با یون‌های موجود، میدان مغناطیسی یا امواج گرانشی داخل سیاره به وجود آمده باشد.

این تفاوت در چرخش، یکی از ویژگی‌های شاخص نپتون در میان سیاره‌های منظومه‌ی شمسی است و منجر به طوفان‌ها و بادهای شدیدی در ارتفاع‌های مختلف می‌شود. سه طوفان مهم این سیاره در سال ۱۹۸۹ توسط کاوشگر وویجر ۲ ثبت شدند و سپس براساس ظاهر نام‌گذاری شدند.

اولین طوفان یک طوفان عظیم گردبادی در ابعاد ۱۳٬۰۰۰× ۶۶۰۰ کیلومتر بود که شباهت زیادی به لکه‌ی سرخ مشتری داشت. این طوفان به لکه‌ی سیاه عظیم معروف است اما پنج سال بعد (۱۹۹۴) در رصد تلسکوپ هابلناپدید شده بود. در عوض یک طوفان جدید با ظاهری مشابه به طوفان سیاه بزرگ در نیم‌کره‌ی شمالی این سیاره دیده شد که نشان می‌دهد این طوفان‌ها نسبت به گردبادهای مشتری عمر کمتری دارند.

_{برای اولین‌بار تلسکوپ فضایی هابل، تصاویر تایم لپس را از کوچک شدن طوفان سیاه نپتون ثبت کرده است}

طوفان دیگر، طوفان اسکوتر یک گروه ابری سفید است که در فاصله‌ی دورتری نسبت به لکه‌ی سیاه بزرگ قرار گرفته است. نام مستعار این طوفان برای اولین‌بار در بازدید وویجر ۲ (سال ۱۹۸۹) انتخاب شد.

لکه‌ی سیاه کوچک هم یک طوفان گردبادی در بخش جنوبی این سیاره و دومین طوفان متراکم در طی بازدید ۱۹۸۹ است. هابل دو طوفان تاریک را در اواسط ۱۹۹۰ کشف کرد که پس از آن ناپدید شدند. آخرین طوفان هم در سال ۲۰۱۵ کشف شد که حالا در حال کوچک شدن است.

این طوفان هم مانند لکه‌ی سرخ بزرگ مشتری به مرور در حال کوچک شدن است. البته برخلاف لکه‌ی سرخ بزرگ مشتری که به مدت ۲۰۰ سال قابل رصد است، لکه‌های سیاه نپتون تنها چند سال دوام می‌آورند. این اولین‌بار است که مرگ لکه‌ی سیاه ثبت می‌شود.

_{مجموعه تصاویر تلسکوپ فضایی هابل که در طی دو سال ثبت شده‌اند، ناپدید شدن لکه‌ی سیاه بزرگ نپتون را نمایش می‌دهند. عرض این لکه‌ی بیضی شکل از ۳۱۰۰ مایل به ۲۳۰۰ مایل کاهش پیدا کرده است.}

مگنتوسفر

مگنتوسفر نپتون مانند اورانوس است و میدان مغناطیسی آن نسبت به محورچرخش آن دارای انحراف ۴۷ درجه‌ای است. قبل از رسیدن وویجر ۲ به نپتون، تصور می‌شد دلیل انحراف مگنتوسفر اورانوس، انحراف محوری آن باشد. در مقایسه‌ی میدان‌های مغناطیسی دو سیاره، دانشمندان به این نتیجه رسیده‌اند که این انحراف شدید در اثر جریان‌های داخلی سیاره به وجود آمده است. این میدان مغناطیسی ممکن است بر اثر حرکت‌های سیال همرفتی به وجود آمده باشد.

مدار و چرخش

نپتون روی یک مدار بیضی‌شکل در فاصله‌ی میانگین ۴.۵ میلیون کیلومتری از خورشید قرار گرفته است. این فاصله دقیقا ۳۰ برابر فاصله‌ی زمین تا خورشید است. نپتون هر ۱۶۵ سال زمینی به دور خورشید می‌چرخد و اولین مدار آن از زمان کشف در سال  ۲۰۱۱ کامل شد.

هر ۲۴۸ سال یک بار پلوتو به مدت تقریبا ۲۰ سال در مدار نپتون قرار می‌گیرد در این زمان پلوتو به نزدیک‌ترین فاصله با نپتون می‌رسد. بااین‌حال، از آنجا که پلوتو از رده‌بندی سیاره‌های منظومه‌ی شمسی خارج شده است، نپتون به‌عنوان دورترین سیاره‌ی منظومه‌ی شمسی شناخته می‌شود.

انحراف محوری نپتون ۲۸.۳۲ درجه است که از این نظر تقریبا مشابه انحراف محوری زمین (۲۳ درجه) و مریخ (۲۵ درجه) است. در نتیجه نپتون هم مانند زمین تغییرات فصلی را تجربه می‌کند. دوره‌ی طولانی گردش نپتون به دور خورشید به این معنی است که هر فصل در نپتون ۴۰ سال به طول می‌انجامد. دوره‌ی چرخش جانبی (روز) نپتون ۱۶.۱۱ ساعت است.

به این دلیل که نپتون یک جرم یکپارچه و جامد نیست، جو آن هم چرخش‌های متفاوتی دارد. عریض‌ترین بخش یعنی استوای نپتون با دوره‌ی ۱۸ ساعت می‌چرخد که از چرخش‌ ۱۶.۱ ساعتی میدان مغناطیسی آن کمتر است. در مقابل بخش‌های قطبی این سیاره با سرعت ۱۲ ساعت می‌چرخند.

قمرها

تاکنون ۱۴  قمر برای نپتون ثبت شده است. تقریبا نیمی از قمرها، سال‌ها پس از عبور وویجر ۲ از کنار این سیاره کشف شدند و این اکتشافات نشان‌دهنده‌ی پیشرفت‌های فناوری تلسکوپ هستند.

قمرهای این سیاره براساس اساطیر یونان مرتبط با نپتون، پوسیدئون یا اقیانوس و براساس راهبردهای اتحادیه‌ی بین‌المللی ستاره‌شناسی نام‌گذاری شده‌اند. قمرهای نامنتظم با الهام دختران نیریوس و دوریسنام‌گذاری شدند.

آخرین قمر نپتون در سال ۲۰۱۳ کشف شد. دانشمندان پس از تحلیل تصاویر قدیمی تلسکوپ فضایی هابل این قمر را موقتا S/۲۰۰۴ N 1نام‌گذاری کردند. این قمر یک قمر کوچک و تقریبا ۱۰۰ میلیون برابر کوچک‌تر از آن است که با چشم غیرمسلح در آسمان شب رصد شود.

به‌دلیل فاصله‌ی زیاد نپتون از زمین قبل از عبور وویجر ۲ از کنار این سیاره، تنها دو قمر برای آن کشف شده بود. اولین قمر تریتون درست ۱۵ روز پس از کشف خود سیاره، کشف شد. تریتون تنها قمر بزرگ منظومه‌ی شمسی با مدار عقب رو است که در جهت معکوس نپتون به دور آن می‌چرخد. این قمر توسط ستاره‌شناس بریتانیایی به نام ویلیام لاسل در سال ۱۸۴۶ کشف شد.

_{تریتون، بزرگ‌ترین قمر نپتون}

قطر تریتون ۲۷۰۰ کیلومتر است و چند حفره‌ی معدود روی آن وجود دارد. سطح این قمر ترکیبی از صفحات آتش‌فشانی مسطح، برآمدگی‌ها و گودال‌هایی است که بر اثر جریان‌های یخ شکل گرفته‌اند. دانشمندان معتقدند تریتون دارای یک پوسته‌ی نیتروژنی منجمد است که هسته‌ی فلزی سنگی و گوشته‌ی یخی آن را پوشانده است. تریتون همچنین دارای یک جو نیتروژنی با ردپاهایی از متان است. وویجر ۲، آبفشان‌هایی را در سطح تریتون شناسایی کرده است و به‌این‌ترتیب تریتون از معدود قمرهایی است که زمین فعالی دارد.

نرئید، دومین اکتشاف تلسکوپ‌های مستقر در زمین است و قطر آن تنها ۱۷۰ کیلومتر است. این قمر در سال ۱۹۴۹ توسط یک ستاره‌شناس آلمانی، هلندی به نام جرارد کویپر کشف شد اما به اندازه‌ای کوچک بود که وویجر ۲ تنها موفق به ثبت تصویری محو از آن شد. دانشمندان معتقدند نرئید یک سیارک یا یکی از اجرام کمربند کویپر است که به دام مدار نپتون افتاده است. این قمر در فاصله‌ی دورتری نسبت به نپتون قرار داده است و دوره‌ی چرخش آن به دور نپتون ۳۶۰ روز زمینی است.

اکتشافات وویجر ۲

وویجر ۲ در اوت ۱۹۸۹ از نپتون عبور کرد و در طول سفر خود چند قمر برای این سیاره کشف کرد. ستاره‌شناس‌ها قبلا در سال ۱۹۸۱ قمر لاریسا(به قطر ۹۷ کیلومتر) را با یک تلسکوپ زمینی رصد کرده بودند؛ اما این قمر تا سال ۱۹۸۹ و عبور وویجر ۲ از کنار این سیاره تأیید نشد.

پروتئوس یکی از دیگر یافته‌های وویجر ۲ با اندازه‌ای نسبتا بزرگ (۲۱۰ کیلومتر) است. این قمر از نرئید بزرگ‌تر اما تاریک‌تر است و به همین دلیل تلسکوپ‌های مستقر در زمین موفق به کشف آن نشدند. این قمر شکل نامنظمی دارد و پر از حفره و گودال است.

قمر بعدی، نایاد، قمر سیب‌زمینی شکلی است که احتمالا ترکیبی از چند قمر نپتون است. این قمر تا سال ۲۰۱۳ کشف نشده بود و دانشمندان از یک روش متفاوت برای کشف آن استفاده کردند. ترکیب قمر تالاسا هم مشابه نایاد است اما با وجود اندازه‌ی کوچک، شکل دیسک‌ مانندی دارد. فضاپیمای وویجر موفق به کشف قمر گالاتیا و دسپینا هم شد که داخل حلقه‌ها قرار دارد.

اکتشافات پس از وویجر ۲

بااینکه هیچ فضاپیمای دیگری به نپتون نرفته است، اما فناوری تلسکوپ‌های مستقر در زمین پیشرفت قابل‌توجهی داشته است. تلسکوپ‌هایی هم در فضا وجود دارند که بدون نیاز به مبارزه با جو زمین می‌توانند آسمان شب را رصد کنند. چهار قمر جدید در سال ۲۰۰۲ اعلام شدند: لئومدیا، هالیمد، سائو و نسو. این قمرها کوچک و دور از دسترس هستند. مهم‌تر از هرچیز این قمرها بر اثر برخورد سنگ‌ها شکل گرفته‌اند.

یک سال بعد قمر سامات با استفاده از بازتا‌ب‌دهنده‌ی ۸.۳ متری سوبارو در رصدخانه‌ی مائونا کیا کشف شد. مدارهای نسو و سامات تا اندازه‌ای شبیه هستند. آخرین قمر در سال ۲۰۱۳ کشف شد و هنوز نام رسمی برای آن انتخاب نشده است به همین دلیل فعلا با نام S/۲۰۰۴ N 1 مشخص می‌شود. این قمر ازطریق تحلیل تصاویر تلسکوپ فضایی هابل کشف شد و قطر آن ۱۹ کیلومتر است

حلقه‌ها

نپتون یکی از چهار سیاره‌ی منظومه‌ی شمسی است که از سیستم حلقه برخوردار است. حلقه‌های نپتون در سال ۱۹۸۹ توسط کاوشگر وویجر ۲ کشف شدند. اگرچه حلقه‌ها تا اواخر قرن بیستم کشف نشدند اما ویلیام لاسل (کاشف تایتان) قبلا به یک حلقه اشاره کرده بود. بااین‌حال، این یافته هرگز تأیید نشد. اولین حلقه در سال ۱۹۶۸ کشف شد اما دانشمندان نتوانستند کامل بودن حلقه را ثابت کنند. شواهد وویجر، مدرک محکمی برای وجود حلقه‌های این سیاره بودند.

نپتون دارای پنج حلقه است: گاله، لی وریر، لاسل، آراگو و آدامز. حلقه‌های نپتون براساس نام ستاره‌شناسانی انتخاب شدند که در اکتشافات مرتبط با این سیاره نقش داشتند. حلقه‌های نپتون از غبار و سنگ تشکیل شده‌اند. این حلقه‌ها تاریک و از نظر تراکم و اندازه متغیر هستند به همین دلیل رصد آن‌ها دشوار است. به عقیده‌ی ستاره‌شناس‌ها، حلقه‌های نپتون در مقایسه با سن این سیاره جوان هستند و احتمالا پس از نابود شدن یکی از قمرهای نپتون شکل گرفته‌اند.

_{حلقه‌های نپتون}

حلقه‌ی گاله براساس نام ستاره‌شناسی به نام یوهان گاتفرید گالهنام‌گذاری شده است. او اولین کسی بود که موفق به دیدن این سیاره با تلسکوپ شد. گاله، نزدیک‌ترین حلقه به نپتون است که در فاصله‌ی ۴۱ هزار تا ۴۳ هزار کیلومتری از این سیاره قرار گرفته است. حلقه‌ی لی وریربه تأثیر از کاشف موقعیت نپتون نام‌گذاری شد. عرض این حلقه‌ی بسیار باریک تنها ۱۱۳ کیلومتر است.

حلقه‌ی لاسل عریض‌ترین حلقه‌ی نپتون است که به تأثیر از ویلیام لاسل نام‌گذاری شده است و در فاصله‌ی ۵۳٬۲۰۰ تا ۵۷٬۲۰۰ کیلومتری از این سیاره قرار گرفته است و عرض آن ۴۰۰۰ کیلومتر است. حلقه‌ی آراگو در فاصله‌ی ۵۷٬۲۰۰ کیلومتری از این سیاره قرار دارد و عرض آن کمتر از ۱۰۰ کیلومتر است.

آدامز، خارجی‌ترین حلقه‌ی نپتون با الهام از جان کاچ آدامز یکی از کاشفان نپتون نام‌گذاری شده است. اگرچه این حلقه با عرض ۳۵ کیلومتر یکی از باریک‌ترین حلقه‌های نپتون است اما به‌دلیل قوس‌های خود شهرت پیدا کرده است. قوس‌های آدامز بخش‌هایی از حلقه‌ها هستند که همراه‌با یکدیگر یک توده را تشکیل می‌دهند.

حلقه‌ی آدامز دارای پنج قوس است که سه قوس معروف آن به ترتیبLiberty (آزادی)، Equality (برابری) و Fraternity (اتحاد) نام‌گذاری شده‌اند. قوس‌ها، روشن‌ترین بخش‌ حلقه‌ها هستند. دانشمندان قادر به توصیف ماهیت این قوس‌ها نیستند زیرا براساس قوانین حرکت، مواد باید به‌صورت یکپارچه در حلقه‌ها توزیع شوند.

حلقه‌های نپتون بسیار تیره و از نظر ترکیب مشابه حلقه‌های اورانوسهستند اما با حلقه‌های یخی زحل تفاوت زیادی دارند. به نظر می‌رسد حلقه‌های نپتون بسیار جوان‌تر از منظومه‌ی شمسی و حتی حلقه‌های اورانوس باشند.

رصدها و کاوش‌ها

نپتون به‌دلیل فاصله‌ی زیاد از خورشید کوچک‌ترین سیاره‌ی قابل رصد در منظومه‌ی شمسی است. اغلب داده‌های تلسکوپی تا زمان تلسکوپ فضایی هابل و تلسکوپ‌های بزرگ مستقر در زمین بسیار محدود بودند. نپتون حالا وارد فصل بهار و تابستان شده و دمای آن رو به افزایش است و به‌این‌ترتیب فعالیت جوی و درخشش آن هم افزایش پیدا می‌کند.

اکتشافات قبل از عصر فضا

گالیله در طول رصدهای تلسکوپی خود در سال ۱۶۱۲ و ۱۶۱۳، نپتون را به‌عنوان یک ستاره‌ی ثابت شناسایی کرد. بیش از ۲۰۰ سال بعد، نپتون ازطریق پیشگویی‌های ریاضی به‌عنوان سیاره شناسایی شد. در سال ۱۸۴۳ جان کاچ آدامز با داده‌هایی که در دست داشت روی مدار اورانوس کار کرد. آدامز تا سال ۱۸۴۵ و ۴۶ به تخمین‌های مختلفی از یک سیاره‌ی جدید رسید.

در سال ۱۸۴۵ و ۴۶، اوربین لی وریر، مستقل از آدامز محاسبات خود را توسعه داد و در ژوئن ۱۸۴۶ اولین تخمین او از طول جغرافیایی سیاره و تشابه آن با تخمین آدامز منتشر شد. درنهایت پس از محاسبات بسیار دو ستاره‌شناس تقریبا به‌صورت هم‌زمان موفق به کشف سیاره‌ی جدید شدند. ازآنجاکه رقابت بین این دو دانشمند فرانسوی و بریتانیایی بر سر کسب اعتبار این کشف بالا گرفت، درنهایت توافق بین‌المللی بر آن شد که هر دو به‌صورت مشترک اعتبار این کشف را از آن خود کنند.

_{لی وریر، کاشف نپتون}

اگرچه از سال ۱۹۶۶، دنیس راولینز اعتبار ادعای آدامز برای کشف مشترک را زیر سؤال برد و این مسئله توسط تاریخ‌شناسان در سال ۱۹۹۸ مورد بازنگری قرار گرفت. پس از بازنگری اسناد این نتیجه به دست آمد که آدامز استحقاق دریافت این کشف را ندارد و اعتبار کشف متعلق به کسی است که در پیش‌بینی موقعیت سیاره و متقاعد ساختن ستاره‌شناسان دیگر برای جستجوی آن موفق بوده است؛ بنابراین لی وریر به‌عنوان تنها کاشف نپتون درنظر گرفته شد.

اکتشافات عصر فضا

وویجر۲ تنها فضاپیمایی است که به بازدید از نپتون پرداخته است. نزدیک‌ترین تماس این فضاپیما با نپتون در تاریخ ۲۵ اوت ۱۹۸۹ ثبت شد. به این دلیل که این آخرین سفر وویجر ۲ در منظومه‌ی شمسی بود، صرف‌نظر از پیامدهای این مسیر، تصمیم بر این شد که این فضاپیما از نزدیک به بازدید از نپتون بپردازد.

در طول این بازدید، سیگنال‌های فضاپیما پس از ۲۴۶ دقیقه به زمین می‌رسیدند. ازاین‌رو بیشترین بخش مأموریت وویجر به دستورهای از پیش بارگذاری شده وابسته بود. فضاپیما قبل از نزدیک شدن به جو نپتون به قمر نرئید نزدیک شد سپس به سمت بزرگ‌ترین قمر نپتون، تریتون حرکت کرد.

_{گالری تصاویر نپتون: تصاویر ثبت شده توسط وویجر و تلسکوپ‌های زمینی و فضایی}

وویجر به بررسی میدان مغناطیسی نپتون پرداخت. در نتیجه مشخص شد میدان مغناطیسی این سیاره از مرکز آن سرچشمه می‌گیرد و مشابه میدان مغناطیسی اورانوس، دارای انحراف شدید است. دوره‌ی چرخش نپتون هم با استفاده از اندازه‌گیری‌های امواج رادیویی، مشخص شد و وویجر ۲ ثابت کرد نپتون از یک سیستم آب‌وهوایی فعال برخوردار است. در طی سفر وویجر ۲، شش قمر جدید برای نپتون کشف شد و ثابت شد که این سیاره بیش از یک حلقه دارد.

مأموریت‌های بیشتری برای بررسی نپتون لازم است

پژوهشی تحت حمایت ناسا در مورد مأموریت‌های احتمالی آینده به غول‌های یخی اسرارآمیز یعنی نپتون و اورانوس منتشر شده است. نتیجه‌ی این پژوهش‌ها و بررسی‌های آینده به‌عنوان اولویت‌های سفر‌های میان‌سیاره‌ای ناسا در بازه‌ی ۲۰۲۲ تا ۲۰۳۲ درنظر گرفته می‌شوند. یک مجموعه از طرح‌های بالقوه از جمله مدارپیماها و کاوشگرها در این طرح توصیف شده‌اند که وارد جو اورانوس خواهند شد. یک دوربین هم داده‌های مربوط‌به این غول‌های یخی و قمرهای آن‌ها را به زمین بازمی‌گرداند.