منذ اكتشافه في منتصف القرن التاسع عشر ، كان نبتون دائمًا كوكبًا غامضًا. باعتباره الكوكب الأبعد عن شمسنا ، تمت زيارته من خلال مهمة روبوتية واحدة فقط. ولا يزال هناك العديد من الأسئلة التي لم تتم الإجابة عليها حول نوع الميكانيكا التي تشغل داخلها. ومع ذلك ، فإن ما تعلمناه عن الكوكب خلال العقود القليلة الماضية كبير.
على سبيل المثال ، بفضل السفر 2 استقصاء واستطلاعات متعددة باستخدام الأدوات القائمة على الأرض ، تمكن العلماء من اكتساب فهم جيد جدًا لهيكل نبتون وتكوينه. بالإضافة إلى معرفة مكونات الغلاف الجوي ، تنبأت نماذج الكواكب أيضًا بالشكل الذي يبدو عليه الجزء الداخلي من الكوكب. إذن ما الذي يتكون منه نبتون؟
الهيكل والتكوين:
يمكن تقسيم نبتون ، مثل باقي الكواكب الغازية العملاقة في النظام الشمسي ، إلى طبقات مختلفة. يتغير تكوين نبتون اعتمادًا على الطبقات التي تنظر إليها. الطبقة الخارجية من نبتون هي الغلاف الجوي ، وتشكل حوالي 5-10٪ من كتلة الكوكب ، وتمتد حتى 20٪ من الطريق وصولاً إلى قلبه.
التكوين والهيكل الداخلي لنبتون. الائتمان: ناسا
يوجد تحت الغلاف الجوي غطاء الكوكب الضخم. هذه منطقة سائلة شديدة الحرارة حيث يمكن أن تصل درجات الحرارة إلى 2000 إلى 5000 كلفن (1727 - 4727 درجة مئوية ؛ 3140 - 8540 درجة فهرنهايت). الوشاح يعادل 10-15 كتلة أرضية وغني بالمياه والأمونيا والميثان. يشار إلى هذا الخليط على أنه جليدي على الرغم من أنه سائل ساخن كثيف ، ويسمى أحيانًا 'محيط الماء والأمونيا'.
تم العثور على تركيزات متزايدة من الميثان والأمونيا والماء في المناطق السفلى من الغلاف الجوي. على عكس أورانوس ، يحتوي تكوين نبتون على حجم أكبر من المحيط ، بينما يحتوي أورانوس على غطاء أصغر. مثل عمالقة الغاز / الجليد الأخرى ، يُعتقد أن نبتون يمتلك لبًا صلبًا ، ولا يزال تكوينه خاضعًا للتخمين. ومع ذلك ، فإن النظرية القائلة بأنه صخري وغني بالمعادن تتفق مع النظريات الحالية لتشكيل الكواكب.
وفقًا لهذه النظريات ، يتكون جوهر نبتون من الحديد والنيكل والسيليكات ، مع نموذج داخلي يمنحه كتلة تبلغ حوالي 1.2 ضعف كتلة الأرض. يُقدَّر الضغط في المركز بـ 7 ميغا بار (700 جيغا باسكال) ، أي ضعف ارتفاعه في مركز الأرض ، ودرجات حرارة تصل إلى 5400 كلفن على عمق 7000 كم ، قد تكون الظروف هكذا يتحلل الميثان إلى بلورات الماس التي تمطر لأسفل مثل أحجار البَرَد.
نظرًا لصغر حجمه وتركيزاته العالية من المواد المتطايرة بالنسبة لكوكب المشتري وزحل ، غالبًا ما يُشار إلى نبتون (مثل أورانوس إلى حد كبير) على أنه 'عملاق جليدي' - فئة فرعية من كوكب عملاق. ومثل أورانوس أيضًا ، يتمايز هيكل نبتون الداخلي بين نواة صخرية تتكون من السيليكات والمعادن. عباءة تتكون من الماء والأمونيا وجليد الميثان ؛ وجو يتكون من الهيدروجين والهيليوم وغاز الميثان.
أورانوس ونبتون ، الكواكب الجليدية العملاقة في النظام الشمسي. الائتمان: ويكيبيديا كومنز
جو نبتون:
يشكل الغلاف الجوي لنبتون حوالي 5٪ إلى 10٪ من كتلته ويمتد ربما من 10٪ إلى 20٪ من الطريق نحو اللب ، حيث يصل إلى ضغوط تبلغ حوالي 10 جيجا باسكال - أو حوالي 100000 مرة من الغلاف الجوي للأرض. في الارتفاعات العالية ، يتكون الغلاف الجوي لنبتون من 80٪ هيدروجين و 19٪ هيليوم ، مع وجود كمية ضئيلة من الميثان.
كما هو الحال مع أورانوس ، فإن امتصاص الميثان الموجود في الغلاف الجوي للضوء الأحمر هو جزء مما يعطي نبتون لونه الأزرق ، على الرغم من أن لون نبتون أكثر قتامة وحيوية. نظرًا لأن محتوى الميثان في الغلاف الجوي لنبتون مشابه لمحتوى أورانوس ، يُعتقد أن بعض مكونات الغلاف الجوي غير المعروفة تساهم في زيادة كثافة ألوان نبتون.
ينقسم الغلاف الجوي لنبتون إلى منطقتين رئيسيتين: طبقة التروبوسفير السفلى (حيث تنخفض درجة الحرارة مع الارتفاع) ، والستراتوسفير (حيث تزداد درجة الحرارة مع الارتفاع). تقع الحدود بين الاثنين ، التروبوبوز ، عند ضغط 0.1 بار (10 كيلو باسكال). ثم يفسح الستراتوسفير الطريق إلى الغلاف الحراري عند ضغط أقل من 10-5إلى 104microbars (من 1 إلى 10 باسكال) ، والتي تنتقل تدريجياً إلى الغلاف الخارجي.
تشير أطياف نبتون إلى أن طبقة الستراتوسفير السفلى ضبابية بسبب تكثف المنتجات الناتجة عن تفاعل الأشعة فوق البنفسجية والميثان (أي التحلل الضوئي) ، الذي ينتج مركبات مثل الإيثان والإيثين. يعتبر الستراتوسفير أيضًا موطنًا لتتبع كميات من أول أكسيد الكربون وسيانيد الهيدروجين ، وهما المسؤولان عن كون طبقة الستراتوسفير لنبتون أكثر دفئًا من طبقة أورانوس.
لون وصورة معدلة التباين تؤكد على ميزات الغلاف الجوي لنبتون. تبرز بقعة نبتون المظلمة العظيمة كأبرز ميزة على اليسار. الائتمان: إريك كاركوشكا
لأسباب لا تزال غامضة ، يواجه الغلاف الحراري للكوكب درجات حرارة عالية بشكل غير عادي تبلغ حوالي 750 كلفن (476.85 درجة مئوية / 890 درجة فهرنهايت). الكوكب بعيد جدًا عن الشمس لتتولد هذه الحرارة عن طريق الأشعة فوق البنفسجية ، مما يعني وجود آلية تسخين أخرى - والتي يمكن أن تكون تفاعل الغلاف الجوي مع الأيونات في المجال المغناطيسي للكوكب ، أو موجات الجاذبية من باطن الكوكب التي تتبدد في الجو.
نظرًا لأن نبتون ليس جسمًا صلبًا ، فإن غلافه الجوي يخضع لدوران تفاضلي. تدور المنطقة الاستوائية العريضة لمدة 18 ساعة تقريبًا ، وهي أبطأ من دوران المجال المغناطيسي للكوكب بمقدار 16.1 ساعة. على النقيض من ذلك ، يكون العكس صحيحًا بالنسبة للمناطق القطبية حيث تكون فترة الدوران 12 ساعة.
هذا الدوران التفاضلي هو الأكثر وضوحًا من أي كوكب في النظام الشمسي ، وينتج عنه قص قوي للرياح في خطوط العرض وعواصف عنيفة. تم رصد الثلاثة الأكثر إثارة للإعجاب في عام 1989 بواسطة مسبار الفضاء فوييجر 2 ، ثم تم تسميتها بناءً على مظهرها.
أول ما تم رصده كان عاصفة ضخمة مضادة للأعاصير بقياس 13000 × 6600 كم وتشبه بقعة حمراء كبيرة كوكب المشتري. معروف ب بقعة مظلمة كبيرة ، لم يتم رصد هذه العاصفة بعد خمس سنوات (2 نوفمبر 1994) عندما بحث عنها تلسكوب هابل الفضائي. وبدلاً من ذلك ، تم العثور على عاصفة جديدة كانت متشابهة جدًا في المظهر في نصف الكرة الشمالي للكوكب ، مما يشير إلى أن عمر هذه العواصف أقصر من عمر كوكب المشتري.
إعادة بناء صور فوييجر 2 التي تُظهر البقعة السوداء العظيمة (أعلى اليسار) والسكوتر (الوسط) والبقعة السوداء الصغيرة (أسفل اليمين). الائتمان: ناسا / مختبر الدفع النفاث
ال سكوتر هي عاصفة أخرى ، مجموعة سحابة بيضاء تقع في أقصى الجنوب من بقعة الظلام العظيمة. نشأ هذا اللقب لأول مرة خلال الأشهر التي سبقتالسفر 2في عام 1989 ، عندما لوحظت المجموعة السحابية تتحرك بسرعات أعلى من Great Dark Spot.
ال بقعة مظلمة صغيرة ، عاصفة إعصارية جنوبية ، كانت ثاني أعنف عاصفة لوحظت خلال مواجهة عام 1989. كانت في البداية مظلمة تماما. ولكن كماالسفر 2اقترب من الكوكب ، نواة لامعة نشأت ويمكن رؤيتها في معظم الصور عالية الدقة.
استكشاف:
الالسفر 2المسبار هو المركبة الفضائية الوحيدة التي زارت نبتون على الإطلاق. أقرب اقتراب للمركبة الفضائية من الكوكب حدث في 25 أغسطس 1989 ، والذي حدث على مسافة 4800 كيلومتر (3000 ميل) فوق القطب الشمالي لنبتون. نظرًا لأن هذا كان آخر كوكب كبير يمكن للمركبة الفضائية زيارته ، فقد تقرر القيام برحلة قريبة من القمر Triton - على غرار ما تم القيام به من أجل السفر 1' لقاء مع زحل وقمره تيتان .
أجرت المركبة الفضائية لقاءً قريبًا مع القمر نيريد قبل أن تصل إلى مسافة 4400 كيلومتر من الغلاف الجوي لنبتون في 25 أغسطس ، ثم مرت بالقرب من أكبر قمر على الكوكب تريتون في وقت لاحق من نفس اليوم. تحققت المركبة الفضائية من وجود مجال مغناطيسي يحيط بالكوكب واكتشفت أن المجال قد تم إزاحته عن المركز وإمالته بطريقة مشابهة للحقل المحيط بأورانوس.
تم تحديد فترة دوران نبتون باستخدام قياسات الانبعاثات الراديوية والسفر 2أظهر أيضًا أن نبتون كان لديه نظام طقس نشط بشكل مدهش. تم اكتشاف ستة أقمار جديدة أثناء الطيران ، وتبين أن الكوكب يحتوي على أكثر من حلقة واحدة.
بينما لم يتم التخطيط حاليًا لأي بعثات إلى نبتون ، فقد تم اقتراح بعض المهام الافتراضية. على سبيل المثال ، تصورت وكالة ناسا أن مهمة رائدة محتملة ستحدث في وقت ما خلال أواخر عام 2020 أو أوائل عام 2030. تشمل المقترحات الأخرى ممكن كاسيني هيغنز من طراز 'Neptune Orbiter with Probes' ، والذي تم اقتراحه في عام 2003.
آخر ، أحدث اقتراح من قبل ناسا كان من أجل Argo - مركبة فضائية flyby التي سيتم إطلاقها في عام 2019 ، والتي ستزور كوكب المشتري وزحل ونبتون وجسم حزام كويبر. سيكون التركيز على نبتون وأكبر أقماره تريتون ، والذي سيتم التحقيق فيه حوالي عام 2029.
نظرًا لبعدها عن الأرض ، فليس سراً لماذا تظل منطقة عبر نبتون غامضة بالنسبة لنا. في العقود المقبلة ، من المتوقع أن تسافر عدة بعثات مقترحة إلى هناك لاستكشاف سكانها الغنيين بالأجسام الجليدية والكوكب العملاق الذي سميت باسمه. من هذه الدراسات ، من المحتمل أن نتعلم الكثير عن نبتون وتاريخ النظام الشمسي.
لقد كتبنا العديد من المقالات الشيقة عن نبتون على الكون اليوم. هنا من اكتشف نبتون؟ و ما هو شكل سطح نبتون؟ و ما هي درجة حرارة سطح نبتون؟ و كم عدد الأقمار التي يمتلكها نبتون؟ و ما هو الجو العام لنبتون؟ و ما هو لون نبتون؟ و مدار نبتون: ما هي مدة السنة على نبتون؟
إذا كنت ترغب في الحصول على مزيد من المعلومات حول نبتون ، ألق نظرة بيانات Hubblesite الإخبارية حول Neptune ، وهنا رابط إلى دليل ناسا لاستكشاف النظام الشمسي لنبتون .
لقد سجلنا حلقة كاملة من Astronomy Cast حول نبتون. تستطيع الإستماع لها هنا، الحلقة 63 .
مصادر:
