Astronomi

Neptün'deki Elmaslar?

Neptün'deki Elmaslar?



We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

1981 tarihli bu yayında, Neptün'ün elmas yağdırdığı gösterildi:

Uranüs ve Neptün'ün mevcut modellerinin çoğu, bir iç kayalık çekirdek, bir orta 'buz' sıvı katmanından oluşan üç katmanlı bir yapı varsaymaktadır. $ m H_2 m O$, $ m{CH}_4$, $ m{NH}_3$ ve güneş bileşiminin bir dış hidrojen-helyum tabakası. Buz tabakasının tahmini basınçları ve sıcaklıkları, iç çekirdek-buz sınırında yaklaşık 6Mbar ile 7.000K arasında değişmektedir. $yaklaşık$ 0.2 Mbar ve 2.200K, dış buz/hidrojen-helyum sınırında. Burada, bu sıvılar üzerindeki şok dalgası deneylerinin yanı sıra teorik çalışmaların da ima ettiğine dikkat çekiyorum. $ m H_2 m O$ ve $ m{NH}_3$ buz tabakasında neredeyse tamamen iyonize olur ve $ m{CH}_4$ muhtemelen metalik veya elmas biçiminde karbona pirolize edilmiştir.

Soru: Bu çalışmanın 1981'de yayınlanmasından bu yana geçen on yıllar içinde bu tahminler daha fazla ele alındı ​​mı, hatta kanıtlandı mı yoksa kanıtlanmadı mı?

Bunun doğru olduğu ortaya çıkarsa, farklı oluşum mekanizmaları nedeniyle bu elmaslar Dünya'dakilerden farklı fiziksel özelliklere sahip olur mu?


İnsanlar, orijinal fikre çok uygun olarak, lazerle çalışan şoklar kullanarak yüksek basınçlı elmas oluşumu sergilediler. Elmas yağmuru fikri iyi gidiyor gibi görünüyor (bu konuda referanslarla birlikte popüler bilim makalesi).

Bununla birlikte, oluşum mekanizmaları nedeniyle elmasların farklı özelliklere sahip olması oldukça olasıdır. Çok sayıda olağandışı karbon allotropu vardır ve yerel oluşum koşulları (safsızlıklardan bahsetmiyorum bile) karbonun standart elmas kafes yerine bu formlara dönüşmesine neden olabilir.

Simülasyonlar, 1000 GPa'nın üzerinde elmasın bir BC8 yapısına sahip olduğunu göstermektedir. Bununla birlikte, bu, Neptün'ün atmosferinde gerçekleşmesi muhtemel olmayan bir basınçtır: mantonun derinliklerinde oluşur, bu nedenle batan elmaslar kristal şeklini değiştirebilir.


Muhtemelen çeşitli faktörler vardır. Ne kadar hızlı oluşurlar, atmosferde ne kadar hızlı batarlar. Yağmur gibi, atmosferde muhtemelen oluştukları ve büyüdükleri bir kısım ve sıcaklığın çok yükseldiği ve elmasların tekrar plazmaya çözüldüğü atmosferde daha derin bir kısım var, belki de yukarıya geri dönmek ve olmak için bir miktar serbest/yüklü karbon salıyor. yeniden döngünün bir parçası.

Tahmin edecek olursam, gaz devi atmosferlerde oluşan elmasların çok daha saf olmadığını tahmin ederdim. Dünyanın iç kısmı nispeten yavaş hareket eder ve sıcaklıkta tutarlıdır, genellikle çok yavaş soğur. Madencilikte izlenen metal damarlarının oluşmasına yardımcı olan aynı işlemdir. Dünyanın çekirdeğindeki bu çok kademeli soğuma, muhtemelen elmasların saflığında rol oynuyor. Dünyanın çekirdeğinde de çok az nitrojen vardır, Dünya'da oluşan elmaslar, genellikle birincil safsızlık olan nitrojenle birlikte, ortalama olarak yaklaşık %99.95 karbon atomudur.

https://www.gia.edu/diamond-description

http://www.dianerdiamonds.com/diamond_info/nitrogen_in_diamonds

Gaz devi gezegenlerde bulunan göreceli nitrojen bolluğu, bana ortalama olarak gaz devi elmasların daha saf olmadığını gösteriyor. Oluşum sırasında sıcaklıkta daha az tutarlılık ve nitrojen mevcudiyeti, bana %99,95 saf karbon elmaslarının olası olmadığını gösteriyor. Bir de ne kadar büyük olacakları sorunu var. Elmaslar yavaş yavaş oluşursa, ki bu muhtemel görünüyor ve büyüdükçe, bir yoğunluk sorununa sahip olacaklar, muhtemelen yavaş yavaş gaz devinin atmosferine daha derine düşecekler, burada çok ısınacaklar ve muhtemelen plazma haline gelip dağılacaklar.

Tahmin edecek olursam, güneş sistemimizdeki 4 gaz devi gezegenin içinde oluşan elmasların daha çok kum tanesi boyunca belki yağmur damlası boyutunda olduğunu ve muhtemelen oldukça saf olduğunu tahmin ederdim. Ama çoğunlukla tahmin ediyorum. Dışarıda bir yerde bir gezegen olabilir, (belki de mini bir Neptün) düşük yerçekimi ile olası süspansiyon ve sıcaklığın doğru karışımına sahip, burada greyfurt veya basketbol boyutunda yüksek saflıkta elmaslar oluşturuyor. Bu kesinlikle mümkün, ama benim tahminim, güneş sistemimizdeki 4 gaz devinin içindeki elmaslar, onları oluşturan kimyasal ve gaz devi jeolojik süreçler hala ilginç olsa da oldukça ilginç olurdu, ama elmasların duracağını sanmıyorum. mücevher kalitesi veya hasat etmeye değer.


Neptün'deki Elmaslar? - Astronomi




Uranüs ve Neptün'de elmas okyanusları mümkün
DR EMILY BALDWIN
ŞİMDİ ASTRONOMİ
Yayınlandı: 21 Ocak 2010

Buzlu gaz devleri üzerindeki koşulları taklit eden yüksek basınç deneyleri, elmas parçalarının bir sıvı karbon denizi üzerinde yüzebileceğini gösteriyor.

Araştırma, bilinen en sert doğal malzeme olan elmasın erime noktasının ilk ayrıntılı ölçümlerini ve Uranüs ve Neptün'ün manyetik alanlarının garip yönelimini açıklamaya yardımcı olabilecek bulguyu sağlıyor.

Voyager 2 uzay aracı tarafından görüldüğü gibi Uranüs (solda) ve Neptün (sağda). Resim: NASA/JPL.

Bu dev gezegenlerin iç kısımlarında saf karbonun varlığı, son yıllarda hem deneysel hem de teorik destek kazanmıştır ve karbonun yüksek basınç ve sıcaklık davranışını anlamak, onların evrimini ve yapısını tahmin etmek için esastır. Mevcut teoriler, Neptün ve Uranüs'ün buzlu bir su, amonyak ve metan buzları ile çevrili katı çekirdeklere sahip olduğunu tahmin ediyor.

Lawrence Livermore Ulusal Laboratuvarı'ndan Jon Eggert liderliğindeki yeni deneyde, bilim adamları, New York'taki Rochester Üniversitesi'ndeki Omega lazeri olan güçlü bir lazerle yalnızca iki milimetre çapında ve 0,5 milimetre kalınlığında elmaslar patlattı. sırasıyla 110.000 Kelvin ve 4.000 giga Paskal sıcaklık ve basınçlara ulaşır. 40 mega bara eşdeğer olan basınç, bir insanın Dünya'da deniz seviyesinde dururken hissettiğinden 40 milyon kat daha fazladır.

Bilim adamları basınç düşüşünü izlerken sıcaklığın arttığını gördüler. Eggert, "Bu, elmasın erimesi olarak yorumladığımız büyük bir enerji havuzu anlamına geliyordu," diyor. Astronomi Şimdi.  "Gerçekten temiz olan şey, elmas-eriyik karışımının sıcaklığını ve basıncını yaklaşık 6 ila 11 milyon atmosfer arasında geniş bir basınç aralığında ölçebilmemizdir." Bu basınç aralığının üzerinde elmas, sudaki suya çok benzer bir davranış sergiledi. katı bileşenin sıvıdan daha az yoğun olduğunu hissedince bilim adamları, buzun su üzerinde yüzdüğü gibi, sıvı karbon denizinde yüzen küçük elmas parçaları gördüler.

Yüksek basınçlı elmas erimesini ölçmek için bir OMEGA lazer atışının zamana entegre edilmiş fotoğrafı. Elmas hedef sağ merkezdedir, parlak beyaz ışık kesilen plazmadır ve radyal sarı çizgiler çok geç zamanda sıcak hedef parçalarının izleridir. Resim: Eugene Kowaluk, LLE.

Elmasın yüksek basınçlardaki davranışına dair yeni bir anlayış sağlarken, sonuçlar buz devleri Neptün ve Uranüs'ün içinde hüküm süren koşullara da uygulanabilir. Güneş Sistemimizin dış sınırlarında büyük elmas denizleri bekleyebilir miyiz? "Bu çok spekülatif bir senaryo," diyor Eggert. "Bence daha çok yüzen elmas veya muhtemelen 'elmas-bergs' ile çevrili bir sıvı karbon çekirdeği olabilir." Elmas parçalara ayrılsın mı yoksa dağlar mı saftır? bu noktada spekülasyon. Bu karbon okyanusunun tepesinde koca bir hidrojen ve helyum gezegeni olacağı da unutulmamalıdır, ancak elmas olsaydı bu gezegenlerde bulunan ilk katı madde olurdu."

Dönen bir iç elmas okyanusu, buz devlerinin manyetik kutuplarının coğrafi kutuplardan neden 60 dereceye kadar dengelendiğine dair uzun süredir devam eden gizemi açıklayabilir. Gezegensel manyetik alanlar, gezegenin elektriksel olarak ileten bölgelerindeki karmaşık sıvı hareketleri tarafından üretilir ve elmas, bu gezegenlerin manyetik alanlarının gözlemlenen yönelimine uyması için alanı saptırabilir veya eğebilir.

Bununla birlikte, bu dış Güneş Sistemi gezegenlerinin iç yapısını ve manyetik alanlarını neyin harekete geçirdiğini tam olarak anlamadan önce doldurulması gereken çok şey var. "Neptün/Uranüs'ün merkezine yakın sıcaklıklarda ve basınçlarda moleküllerin kararsız olması ve parçalanması çok olasıdır, böylece üst gezegendeki su, amonyak, metan karışımları hidrojen, karbon, nitrojen, oksijen ve helyuma ayrışır. derinlik," diyor Eggert. "Bu öğeler daha sonra karışabilir veya ayrılabilir. Bunun çok az deneysel testi oldu veya hiç olmadı çünkü bu deneyleri yapmak için laboratuvarda bu basınçları ve sıcaklıkları ancak çok yakın zamanda elde edebildik, ancak bu tür karışımlar kesinlikle gelecekte yapılacak deneyler listemizde!"


Neptün'ün Elmaslarla Nasıl Yağmur Yağdığını Bilmek

Araştırmacılar, SLAC Ulusal Hızlandırıcı Laboratuvarı'nın Linac Tutarlı Işık Kaynağı (LCLS) X-ışını lazerini kullanarak yeni bir deney yaptılar. Bu, Neptün'ün nasıl elmas yağmuruna sahip olduğunun en kesin ölçümünü elde etmek ve doğrudan kristal elmasa karbon geçişlerini bulmak içindir.

Makalenin bir parçası olmayan LCLS'nin yöneticisi olan plazma fizikçisi Mike Dunne, bu yeni deneyin, hesaplamalı olarak modellemesi çok zor olan iki elementin karışabilirliği olan bir fenomen hakkında bilgi sağladığını açıkladı.

Neptün ve Uranüs, sadece tek bir uzay sondası olan Voyager 2 ile çok uzakta bulundukları için Güneş Sistemi'ndeki en az anlaşılan gezegenlerdir.

Ancak NASA'ya göre, Samanyolu'nda buz devleri oldukça yaygındır, Neptün benzeri ötegezegenler Jüpiter benzeri ötegezegenlerden on kat daha yaygındır.

Uranüs ve Neptün'ün atmosferlerinde neler olduğunu anlamak için onlarca yıl önce yapılan hesaplamalar ve deneyler, yeterli basınç ve sıcaklık olan metanın elmaslara ayrılabileceğini göstermiştir.

Almanya'daki Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf'taki fizikçi Dominik Kraus, daha önce bu işlemi göstermek için X-ışını kırınımı kullanan bir deneye öncülük etti. Halen, o ve ekibi, X-ışını saçılımına dayalı yeni yaklaşımlarının, daha fazla ötegezegen keşfedildikçe daha alakalı hale geleceğini umarak, bunu bir adım daha ileri götürüyor.

Yoğun ekipmana ihtiyaç duyacağından, buradaki dev gezegenlerin atmosferik koşullarını Dünya'da kopyalamak zordur. Araştırmacılar, LCLS ve metan (CH4) yerine hidrokarbon polistiren (C8H8) kullandıkları dev gezegenin içindeki şeyleri kopyalayan bir malzeme sayesinde, dev gezegenleri bir şekilde kopyalayan bir model oluşturabildiler.


İlişkili

Son Sekiz Dakika

G Kuvvetleri Hakkında Her Şey

Uzay Mekiği Kurtarma Senaryoları

Bu çarpma kaynaklı elmasların çoğu, sıradan, Dünya'da yetiştirilen elmasların kübik yapısını taşır. Ancak Canyon Diablo elmaslarını inceleyen analistler, elmasların üçte birinin daha önce elmasta hiç görülmemiş altıgen bir atomik yapıya sahip olduğunu buldu. Mineraloglar, elmas lonsdaleitin yeni altıgen varyantını, doğal elmas kristallerinin araştırılmasına yardımcı olan İngiliz mineralog Dame Kathleen Lonsdale'den sonra seçtiler.

Kökenleri belirsiz

Bugün, Canyon Diablo elmaslarının keşfinden 30 yıldan fazla bir süre sonra, bilim adamları hala bu tür mini elmasların nasıl oluştuğunu tartışıyorlar. Bazıları, uzmanların burada, Dünya'da sentetik elmas yapmak için kullanabilecekleri bir süreç olan buhar biriktirme yoluyla uzay boşluğunda dövüldüklerinden şüpheleniyor. Diğerleri, fırlayan göktaşının kendi içinde, olağanüstü ısı ve çarpma şoku sırasında karbon atomlarının (veya bir azınlık görüşüne göre, göktaşı siyah grafit taneciklerinin) anında elmasa dönüştüğünü iddia ediyor.

Göktaşı elmaslarının kökeni ne olursa olsun, bazı bilim adamları, bu tür çarpmaların ardından atmosfere atıldığı düşünülen devasa toz bulutunun yeni oluşan elmas tozunu tüm dünyaya yayabileceğine dair kanıtlar bulduklarına inanıyorlar. 1991'de Kanadalı jeologlar David B. Carlisle ve Dennis R. Braman, 65 milyon yıllık bir tortu tabakasına gömülü Lilliput elmasları bulduklarını bildirdiler - tam da birçok bilim adamının dev bir meteorun Dünya'ya çarptığına ve dinozorların neslinin tükenmesine neden olduğuna inandığı sırada. .

Araştırmacıların bir çarpışma sonucu olduğunu düşündükleri kadar ince taneli olan bu minyatür elmaslar, ünlü iridyum tabakasının yaptığı kadar, bu antik felaketin bir göstergesi olabilir mi? Bilim adamları daha fazla çalışmadan bir şey söyleyemeyecekler, ancak fikir umut vaat ediyor. (1998 kitabında Elmasların Doğası, jeolog George Harlow ve iki Rus meslektaşı basitçe "Bu konu çok yeni ve birçok heyecan verici keşif henüz açıklanmadı."

Bilim adamları için, siyah elmas olarak da bilinen karbonadoların cazibesi görünüşlerinde değil, yaşlarında ve kökenlerinde yatmaktadır.

Siyah elmas

Uzay, karbonados olarak bilinen gizemli siyah elmasların doğum yeri de olabilir. Yanmış veya kömürleşmiş için Portekizce kelimeden, karbonadolar ilk olarak 1800'lerde Brezilya'da bulundu ve o zamandan beri başka yerlerde, özellikle de Orta Afrika'da ortaya çıktı. Tek kristal olan nişan yüzüklerinin berrak pırlantalarından farklı olarak, siyah pırlanta, mücevhere koyu rengini veren ayrı kristallerin kümelerinden oluşur. Şimdiye kadar bulunan en büyük elmas Brezilya'dan bir karbonado idi. Sergio adlı taş 3,167 karat ağırlığındaydı. (Bir karat, bir gramın beşte birine eşittir.)

Karbonadoların kökenleri uzun süredir bilim adamlarını şaşırttı. Siyah elmaslar, elmas mineralojisinin kurallarına uymazlar ve berrak elmasların bulunduğu olağan yerlerde bulunmazlar. Öyle olsa bile, bilim adamları başlangıçta, berrak elmasların oluştuğu düşünülen koşullar altında şekillendirilmiş olmaları gerektiğine inanıyorlardı. Yani, yoğun ısı ve basınç karbonu elmaslara dönüştürdüğünde, 100 ila 300 mil aşağıda, Dünya'nın derinliklerinde hazırlanmışlardı, bu da volkanik patlamalar daha sonra yüzeye çıktı.

Ancak bilim adamları siyah elmasların karbon izotoplarını incelediklerinde bu teori bir darbe aldı. (İzotoplar, bir kimyasal elementin periyodik tabloda aynı yerde bulunan ancak farklı atom ağırlıklarına ve fiziksel özelliklere sahip türleridir.) Berrak elmasların aksine, siyah elmaslar, Dünya'nın kabuğunda en yaygın iki karbon izotopunun oranlarını içerir. karbon-12 ve karbon-13. Bu izotoplar, Dünya'nın derinliklerinde bulunanlardan ziyade yüzey karbonlarını karakterize eder.

Ölmekte olan yıldızların yaydığı düşünülemez derecede patlayıcı şok dalgalarında karbonadolar mı oluştu, örneğin ölüm sancıları Eskimo Bulutsusu'nu yaratan yıldız gibi (burada görülüyor)?

Nereden?

Bu bulgu, yeni bir karbonado oluşumu teorisine yol açtı. 1985 yılında, Chicago Üniversitesi'nden Joseph Smith ve İngiltere'deki Sheffield Üniversitesi'nden J. Barry Dawson, Geology dergisinde yayınlanan bir makalede, Prekambriyen Çağ'da (570 milyon yıl önce, Dünya'nın 27'sinin başlangıcına kadar) büyük meteor etkilerinin olduğunu öne sürdüler. 4.5 milyar yıl önce) bugün bulduğumuz siyah elmasları oluşturdu. Bilim adamları uzun zamandır karbonadoları oldukça eski kabul ettiler, çünkü tipik olarak ortaya çıktıkları akarsular, bir ila iki milyar yıldan daha eski olan jeolojik tabakaları kesiyor. Aslında, siyah elmasların son atomik ölçümleri, kökenlerini yaklaşık dört milyar yıl öncesine, sürekli bir dev meteor barajının Dünya'yı dövdüğü bir zamana yerleştirdi.

1990'larda, diğer bilim adamları, Brezilya ve Afrika karbonadolarının benzer karbon ve nitrojen izotoplarını taşıdığını gösterdiler, bu da ortak bir kökene işaret ederken, diğerleri, bir meteor etkisinin aşırı şoku ve ısısı sırasında siyah elmasların ortaya çıkabileceğine dair teorik ve fiziksel kanıtlar sağladı. Fakat bazı bilim adamları, neden karbonadolarla ilişkili kraterler için kesin bir kanıt gösterilemediğini merak ettiler?

Amherst'teki Massachusetts Üniversitesi'nden jeolog Stephen Haggerty'nin bunun nedeni hakkında bir fikri vardı ve bunu Baltimore'daki 1996 Amerikan Jeofizik Birliği toplantısında şaşkın bir izleyici kitlesiyle paylaştı. Carbonados, normal elmaslar gibi ya da meteor etkisi ile Dünya'da doğmadı, dedi. Daha ziyade, patlayan kırmızı devlerden gelen şok dalgaları karbonu yoğun siyah elmas kümelerine dönüştürdüğünde ve onları derin uzaya fırlattığında, ölmekte olan yıldızlardan kaynaklandılar. Çok zaman sonra, güneşin yerçekimi bu maddenin bir kısmını güneş sistemimize çekti, burada blokları atmosfere çarptı ve bugün, belki de milyarlarca yıl sonra, belirli alanlara saçılmış olarak bulduğumuz parçalara ayrıldı.

Burada Voyager 2 görevinin birleşik görüntüsünde görülen Neptün, gerçek bir elmas fabrikası olabilir.

Elmaslarla gökyüzünde berrak

Yakındaki gezegenler bile elmasları çalkalıyor olabilir. Aslında, gezegen bilimciler güneşten yedinci ve sekizinci gezegenler olan Uranüs ve Neptün'ün yağmur elmaslar, daha sonra gezegenlerin 27 çekirdeğinde mil kalınlığında yığılır.

Uranüs ve Neptün, Dünya'nın yaklaşık dört katı büyüklüğündedir. Bilim adamları, bir dış hidrojen ve helyum tabakasının altında, her iki gezegenin gaz halindeki atmosferlerinin yüzde 10 ila 15 oranında bir hidrokarbon olan metan içerdiğine inanıyor. Aşırı yoğun atmosferlerin derinliklerinde, kayalık bir çekirdeğin üzerinde bulunan bu gezegenlerin, aynı zamanda 3.000 ila 12.000 °F arasında değişen sıcaklıklara ve kendi atmosferimizin basıncının 200.000 ila 6.000.000 katı arasında değişen basınçlara sahip oldukları düşünülmektedir.

Başka bir deyişle, elmas üretimi için muhtemelen ideal koşullar.

Bunu akılda tutarak, Lawrence Livermore Ulusal Laboratuvarı'ndaki bir ekip, 1980'lerin başında yoğun baskı altında metana ne olacağını test etti. Takımın liderlerinden biri olan Marvin Ross, gazın 3.000 °F'nin üzerindeki sıcaklıklarda ve 200.000 Dünya atmosferini aşan basınçlarda hidrojen ve karbona ayrılacağını hesaplamıştı. Teoriye göre, karbon atomları birbirine o kadar sıkı bir şekilde sıkıştırılacaktı ki elmas haline geleceklerdi.

Haklı olup olmadığını anlamak için Ross ve ekibi, metan örneklerini ciddi şekilde sıkıştırmak ve şoklamak için bir gaz topu kullandı. Daha sonra rapor ettikleri elde edilen veriler, hedef malzeme buharlaşmadan hemen önce elmasların kısacık oluşumunu gösterdi ve birkaç laboratuvarda yapılan son deneyler tahminleri destekliyor.

Öngörülebilir gelecek için, gökyüzündeki elmaslardan göreceğimiz en büyük fayda, bilimsel bilginin artması olacaktır.

Faydaları toplamak

Uzaydan herhangi bir elmasın zenginliğine dokunmaya gelince, nefesinizi tutmayın. Elmas taşıyan veya elmas oluşturan yeryüzüne çarpan göktaşları çok azdır ve muhtemelen alışık olduğunuz elmasların aksine, bunlarla ilişkili elmaslar genellikle çıplak gözle görülemez, daha az hayran olunamaz. Siyah elmaslar ise nadirdir ve esas olarak endüstriyel amaçlar için kullanılır. Ve Dünya'dan sırasıyla yaklaşık 1.700 ve 2.720 milyon mil uzakta olan Uranüs ve Neptün'de herhangi bir elmas toplamanın zorlukları, Koh-i-Noor elması kadar açıktır. Ne yazık ki, bilimsel anlayış göklerden gelen elmasların birincil yararlanıcısıdır.


İçindekiler

Keşif

Galileo'nun 28 Aralık 1612 ve 27 Ocak 1613'teki çizimleri, şimdiye kadar teleskopla yapılmış en erken kaydedilen gözlemlerden bazıları, şimdi Neptün'ün konumu olarak bilinen şeyle eşleşen işaretli noktalar içeriyor. Her iki durumda da Galileo, gece gökyüzünde Jüpiter'e yakın - birlikte - göründüğünde, Neptün'ü sabit bir yıldızla karıştırmış gibi görünüyor. [27] Bu nedenle, Neptün'ün keşfinden sorumlu değildir. Aralık 1612'deki ilk gözleminde Neptün gökyüzünde neredeyse hareketsizdi çünkü o gün gerilemeye başlamıştı. Bu belirgin geriye doğru hareket, Dünya'nın yörüngesi onu bir dış gezegeni geçtiğinde yaratılır. Neptün yıllık gerileme döngüsüne daha yeni başladığı için, gezegenin hareketi Galileo'nun küçük teleskobuyla tespit edilemeyecek kadar hafifti. [28] 2009'da yapılan bir araştırma, Galileo'nun en azından gözlemlediği "yıldızın" sabit yıldızlara göre hareket ettiğinin farkında olduğunu ileri sürdü. [29]

1821'de Alexis Bouvard, Neptün'ün komşusu Uranüs'ün yörüngesinin astronomik tablolarını yayınladı. [30] Müteakip gözlemler, tablolardan önemli sapmalar ortaya çıkardı ve Bouvard'ın bilinmeyen bir cismin yerçekimi etkileşimi yoluyla yörüngeyi bozduğunu varsaymasına yol açtı. [31] 1843'te John Couch Adams, sahip olduğu verileri kullanarak Uranüs'ün yörüngesi üzerinde çalışmaya başladı. Şubat 1844'te onu sağlayan Kraliyet Astronomu Sir George Airy'den ekstra veri istedi. Adams 1845-46'da çalışmaya devam etti ve yeni bir gezegenin birkaç farklı tahminini üretti. [32] [33]

1845-46'da, Adams'tan bağımsız olarak Urbain Le Verrier, kendi hesaplarını geliştirdi, ancak yurttaşlarında hiçbir coşku uyandırmadı. Haziran 1846'da, Le Verrier'in gezegenin boylamı hakkında yayınladığı ilk tahminini ve Adams'ın tahminine benzerliğini gören Airy, James Challis'i gezegeni aramaya ikna etti. Challis, Ağustos ve Eylül boyunca gökyüzünü boş yere taradı. [31] [34]

Bu arada, Le Verrier bir mektup gönderdi ve Berlin Gözlemevi astronomu Johann Gottfried Galle'yi gözlemevinin refraktörünü aramaya çağırdı. Gözlemevinde bir öğrenci olan Heinrich d'Arrest, Galle'ye, Le Verrier'in tahmini konumu bölgesindeki gökyüzünün yakın zamanda çizilen bir grafiğini, bir gezegenin yer değiştirme karakteristiğini aramak için mevcut gökyüzü ile karşılaştırabileceklerini önerdi. sabit yıldız. 23 Eylül 1846 akşamı, Galle mektubu aldığı gün, Iota Aquarii'nin hemen kuzeydoğusundaki Neptün'ü keşfetti.Delta Oğlak burcunun beş derece doğusundaLe Verrier'in tahmin ettiği konum, [35] [36] Adams'ın tahmininden yaklaşık 12° ve modern IAU takımyıldızı sınırlarına göre Kova ve Oğlak sınırında. Challis daha sonra gezegeni iki kez gözlemlediğini fark etti, 4 ve 12 Ağustos'ta, ancak güncel bir yıldız haritasına sahip olmadığı ve kuyruklu yıldız gözlemleri üzerine eşzamanlı çalışması nedeniyle dikkati dağıldığı için onu bir gezegen olarak tanımadı.[31] [37]

Keşfin ardından, Fransızlar ve İngilizler arasında, keşif için kimin hak ettiği konusunda hararetli bir milliyetçi rekabet vardı. Sonunda, Le Verrier ve Adams'ın ortak övgüyü hak ettiği konusunda uluslararası bir fikir birliği ortaya çıktı. 1966'dan beri, Dennis Rawlins, Adams'ın ortak keşif iddiasının güvenilirliğini sorguladı ve konu, 1998'de Greenwich Kraliyet Gözlemevi'ne "Neptün kağıtları"nın (tarihsel belgeler) iadesiyle tarihçiler tarafından yeniden değerlendirildi. [38] [39]

Adlandırma

Keşfedilmesinden kısa bir süre sonra Neptün, basitçe "Uranüs'ün dışındaki gezegen" veya "Le Verrier'in gezegeni" olarak adlandırıldı. Bir isim için ilk öneri, ismi öneren Galle'den geldi. Janus. İngiltere'de Challis adını öne sürdü. okyanus. [40]

Le Verrier, keşfine isim verme hakkını iddia ederek, çabucak ismi önerdi. Neptün bu yeni gezegen için, bunun Fransız Bureau des Longitudes tarafından resmi olarak onaylandığını yanlış bir şekilde belirtmesine rağmen. [41] Ekim ayında gezegene isim vermeye çalıştı. Le Verrierve gözlemevi müdürü François Arago'dan bu konuda sadık bir destek aldı. Bu öneri Fransa dışında sert bir direnişle karşılaştı. [42] Fransız almanakları, adı hızla yeniden tanıttı Herschel Uranüs için, o gezegenin kaşifi Sir William Herschel'den sonra ve kaldıraç yeni gezegen için. [43]

Struve isim lehine çıktı Neptün 29 Aralık 1846'da Saint Petersburg Bilimler Akademisi'ne. [44] Yakında, Neptün uluslararası kabul görmüş bir isim oldu. Roma mitolojisinde Neptün, Yunan Poseidon ile özdeşleşen deniz tanrısıydı. Mitolojik bir isim talebi, Yunan ve Roma mitolojisindeki tanrılar için Dünya dışında hepsine verilen diğer gezegenlerin isimlendirmesine uygun görünüyordu. [45]

Bugün çoğu dil gezegen için "Neptün" adının bazı türevlerini kullanıyor, gerçekten de Çince, Vietnamca, Japonca ve Korece'de gezegenin adı "deniz kralı yıldızı" ( was ) olarak çevrildi. [46] [47] Moğolca'da Neptün denir Dalain minibüsü ( Далайн ван ), denizin hükümdarı olarak adaş tanrısının rolünü yansıtır. Modern Yunanca'da gezegen denir Poseidon ( Ποσειδώνας , Poseidonalar), Neptün'ün Yunan karşılığı. [48] ​​İbranice'de, Rahab ( רהב ), Mezmurlar Kitabında adı geçen bir İncil deniz canavarından, 2009 yılında İbrani Dili Akademisi tarafından yönetilen bir oylamada, mevcut Latince terim olmasına rağmen gezegenin resmi adı olarak seçildi. Neptün ( נפטון ) yaygın olarak kullanılır. [49] [50] Maori'de bu gezegene Tangaroaadını denizin Māori tanrısından almıştır. [51] Nahuatl'da gezegene Tlāloccītlalli, adını yağmur tanrısı Tlāloc'tan almıştır. [51] Tay dilinde Neptün, hem Batılılaşmış adıyla anılır Dao Nepjun ( ดาวเนปจูน ) ve aynı zamanda adlandırılır Dao Ketu ( ดาวเกตุ , lit. 'Ketu'nun yıldızı'), Ketu'dan ( केतु ), Hindu astrolojisinde rol oynayan alçalan ay düğümü. Malayca, adı Varuna, Hindu deniz tanrısından sonra, 1970'lere kadar [52] doğrulandı ve sonunda Latince eşdeğeri tarafından yerini aldı. Neptün (Malezce [53] ) veya Neptunus (Endonezyaca [54]).

Her zamanki sıfat formu Neptün. nonce formu Poseidyen ( / p ə ˈ s aɪ d i ən / ), Poseidon'dan da kullanılmıştır, [4] ancak Poseidon'un olağan sıfat biçimi Poseidoniyen ( / p oʊ s aɪ d oʊ n i ən / ). [55]

Durum

1846'daki keşfinden 1930'da Plüton'un keşfine kadar, Neptün bilinen en uzak gezegendi. Plüton keşfedildiğinde, bir gezegen olarak kabul edildi ve böylece Neptün, Plüton'un eliptik yörüngesinin Güneş'e Neptün'den daha yakın hale getirdiği 1979 ile 1999 arasındaki 20 yıllık bir dönem dışında, bilinen en uzak ikinci gezegen oldu. [56] 1992'de Kuiper kuşağının keşfi, birçok gökbilimciyi Plüton'un bir gezegen mi yoksa Kuiper kuşağının bir parçası mı olarak kabul edilmesi gerektiğini tartışmaya yöneltti. [57] [58] 2006 yılında, Uluslararası Astronomi Birliği ilk kez "gezegen" kelimesini tanımlayarak Plüton'u "cüce gezegen" olarak yeniden sınıflandırdı ve Neptün'ü bir kez daha Güneş Sistemi'nde en dıştaki bilinen gezegen haline getirdi. [59]

Neptün'ün 1.0243 × 10 26 kg [6] kütlesi, Dünya ile daha büyük gaz devleri arasında orta düzeydedir: Dünya'nınkinin 17 katı, ancak Jüpiter'inkinin sadece 1/19'u kadardır. [d] 1 bar'daki yerçekimi 11,15 m/s 2 , Dünya'nın yüzey yerçekiminin 1,14 katı, [60] ve yalnızca Jüpiter tarafından geçildi. [61] Neptün'ün 24.764 km'lik ekvator yarıçapı [10], Dünya'nınkinin yaklaşık dört katıdır. Neptün, Uranüs gibi, bir buz devidir, dev gezegenin bir alt sınıfıdır, çünkü Jüpiter ve Satürn'den daha küçüktürler ve daha yüksek uçucu madde konsantrasyonlarına sahiptirler. [62] Güneş dışı gezegenleri ararken, Neptün bir mecaz olarak kullanılmıştır: benzer kütleye sahip keşfedilen cisimlere genellikle "Neptün" denir, [63] tıpkı bilim adamlarının çeşitli güneş dışı cisimlere "Jüpiter" dediği gibi.

İç yapı

Neptün'ün iç yapısı Uranüs'ünkine benzer. Atmosferi, kütlesinin yaklaşık %5 ila %10'unu oluşturur ve yaklaşık 10 GPa veya Dünya atmosferinin yaklaşık 100.000 katı basınca ulaştığı çekirdeğe doğru yolun belki de %10 ila %20'sini kapsar. Atmosferin alt bölgelerinde artan metan, amonyak ve su konsantrasyonları bulunur. [24]

  1. Üst atmosfer, üst bulutlar
  2. Hidrojen, helyum ve metan gazından oluşan atmosfer
  3. Su, amonyak ve metan buzlarından oluşan manto
  4. Kayadan oluşan çekirdek (silikatlar ve nikel-demir)

Manto, 10 ila 15 Dünya kütlesine eşdeğerdir ve su, amonyak ve metan bakımından zengindir. [1] Gezegen biliminde alışılmış olduğu gibi, bu karışım sıcak, yoğun bir sıvı olmasına rağmen buzlu olarak adlandırılır. Elektrik iletkenliği yüksek olan bu sıvıya bazen su-amonyak okyanusu denir. [64] Manto, su moleküllerinin bir hidrojen ve oksijen iyonları çorbasına parçalandığı bir iyonik su tabakasından ve oksijenin kristalleştiği ancak hidrojen iyonlarının oksijen kafesi içinde serbestçe yüzdüğü daha derinlerdeki süper iyonik sudan oluşabilir. . [65] 7.000 km derinlikte, koşullar öyle olabilir ki, metan, dolu taneleri gibi aşağıya doğru yağan elmas kristallerine ayrışır. [66] [67] [68] Bilim adamları ayrıca bu tür elmas yağmurunun Jüpiter, Satürn ve Uranüs'te meydana geldiğine inanıyor. [69] [67] Lawrence Livermore Ulusal Laboratuvarı'ndaki çok yüksek basınç deneyleri, mantonun tepesinin yüzen katı 'elmaslar' içeren bir sıvı karbon okyanusu olabileceğini düşündürmektedir. [70] [71] [72]

Neptün'ün çekirdeği muhtemelen demir, nikel ve silikatlardan oluşuyor ve bir iç model Dünya'nın yaklaşık 1,2 katı bir kütleye sahip. [73] Merkezdeki basınç 7 Mbar'dır (700 GPa), Dünya'nın merkezindekinin yaklaşık iki katıdır ve sıcaklık 5,400 K olabilir. [24] [25]

Atmosfer

Yüksek irtifalarda Neptün'ün atmosferi %80 hidrojen ve %19 helyumdan oluşur. [24] Eser miktarda metan da mevcuttur. Spektrumun kırmızı ve kızılötesi kısmında, 600 nm'nin üzerindeki dalga boylarında metanın belirgin absorpsiyon bantları bulunur. Uranüs'te olduğu gibi, atmosferik metan tarafından bu kırmızı ışığın emilmesi, Neptün'ün mavi tonunu veren şeyin bir parçasıdır [74], ancak Neptün'ün canlı gök mavisi Uranüs'ün daha yumuşak camgöbeği renginden farklıdır. Neptün'ün atmosferik metan içeriği Uranüs'ünkine benzer olduğundan, bazı bilinmeyen atmosferik bileşenlerin Neptün'ün rengine katkıda bulunduğu düşünülmektedir. [21]

Neptün'ün atmosferi iki ana bölgeye ayrılır: sıcaklığın yükseklikle azaldığı alt troposfer ve sıcaklığın yükseklikle arttığı stratosfer. İkisi arasındaki sınır, tropopoz, 0.1 bar (10 kPa) basınçta uzanır. [20] Stratosfer daha sonra 10 -5 ila 10 -4 bar'dan (1 ila 10 Pa) daha düşük bir basınçta termosfere yol açar. [20] Termosfer kademeli olarak ekzosfere geçiş yapar.

Modeller, Neptün'ün troposferinin rakıma bağlı olarak değişen bileşimlerdeki bulutlarla bantlandığını öne sürüyor. Üst düzey bulutlar, sıcaklığın metanın yoğunlaşması için uygun olduğu bir barın altındaki basınçlarda bulunur. Bir ila beş bar (100 ve 500 kPa) arasındaki basınçlar için, amonyak ve hidrojen sülfür bulutlarının oluştuğu düşünülmektedir. Beş barlık bir basıncın üzerinde, bulutlar amonyak, amonyum sülfür, hidrojen sülfür ve sudan oluşabilir. Daha derin su buzu bulutları, sıcaklığın 273 K'ye (0 °C) ulaştığı yaklaşık 50 bar (5,0 MPa) basınçlarda bulunmalıdır. Altında amonyak ve hidrojen sülfür bulutları bulunabilir. [75]

Neptün'deki yüksek irtifa bulutlarının, aşağıdaki opak bulut güvertesine gölge düşürdüğü gözlemlendi. Gezegenin etrafını sabit enlemde saran yüksek irtifa bulut bantları da vardır. Bu çevresel bantlar 50-150 km genişliğe sahiptir ve bulut güvertesinin yaklaşık 50-110 km üzerindedir. [76] Bu yükseklikler havanın oluştuğu katman olan troposferdedir. Hava, yüksek stratosferde veya termosferde oluşmaz.

Neptune's spectra suggest that its lower stratosphere is hazy due to condensation of products of ultraviolet photolysis of methane, such as ethane and ethyne. [20] [24] The stratosphere is also home to trace amounts of carbon monoxide and hydrogen cyanide. [20] [77] The stratosphere of Neptune is warmer than that of Uranus due to the elevated concentration of hydrocarbons. [20]

For reasons that remain obscure, the planet's thermosphere is at an anomalously high temperature of about 750 K. [78] [79] The planet is too far from the Sun for this heat to be generated by ultraviolet radiation. One candidate for a heating mechanism is atmospheric interaction with ions in the planet's magnetic field. Other candidates are gravity waves from the interior that dissipate in the atmosphere. The thermosphere contains traces of carbon dioxide and water, which may have been deposited from external sources such as meteorites and dust. [75] [77]

Manyetosfer

Neptune resembles Uranus in its magnetosphere, with a magnetic field strongly tilted relative to its rotational axis at 47° and offset at least 0.55 radii, or about 13,500 km from the planet's physical centre. Before Voyager 2 's arrival at Neptune, it was hypothesised that Uranus's tilted magnetosphere was the result of its sideways rotation. In comparing the magnetic fields of the two planets, scientists now think the extreme orientation may be characteristic of flows in the planets' interiors. This field may be generated by convective fluid motions in a thin spherical shell of electrically conducting liquids (probably a combination of ammonia, methane and water) [75] resulting in a dynamo action. [80]

The dipole component of the magnetic field at the magnetic equator of Neptune is about 14 microteslas (0.14 G). [81] The dipole magnetic moment of Neptune is about 2.2 × 10 17 T·m 3 (14 μT·$N 3 , where $N is the radius of Neptune). Neptune's magnetic field has a complex geometry that includes relatively large contributions from non-dipolar components, including a strong quadrupole moment that may exceed the dipole moment in strength. By contrast, Earth, Jupiter and Saturn have only relatively small quadrupole moments, and their fields are less tilted from the polar axis. The large quadrupole moment of Neptune may be the result of offset from the planet's centre and geometrical constraints of the field's dynamo generator. [82] [83]

Neptune's bow shock, where the magnetosphere begins to slow the solar wind, occurs at a distance of 34.9 times the radius of the planet. The magnetopause, where the pressure of the magnetosphere counterbalances the solar wind, lies at a distance of 23–26.5 times the radius of Neptune. The tail of the magnetosphere extends out to at least 72 times the radius of Neptune, and likely much farther. [82]

Neptune's weather is characterised by extremely dynamic storm systems, with winds reaching speeds of almost 600 m/s (2,200 km/h 1,300 mph)—nearly reaching supersonic flow. [23] More typically, by tracking the motion of persistent clouds, wind speeds have been shown to vary from 20 m/s in the easterly direction to 325 m/s westward. [85] At the cloud tops, the prevailing winds range in speed from 400 m/s along the equator to 250 m/s at the poles. [75] Most of the winds on Neptune move in a direction opposite the planet's rotation. [86] The general pattern of winds showed prograde rotation at high latitudes vs. retrograde rotation at lower latitudes. The difference in flow direction is thought to be a "skin effect" and not due to any deeper atmospheric processes. [20] At 70° S latitude, a high-speed jet travels at a speed of 300 m/s. [20]

Neptune differs from Uranus in its typical level of meteorological activity. Voyager 2 observed weather phenomena on Neptune during its 1989 flyby, [87] but no comparable phenomena on Uranus during its 1986 fly-by.

The abundance of methane, ethane and acetylene at Neptune's equator is 10–100 times greater than at the poles. This is interpreted as evidence for upwelling at the equator and subsidence near the poles because photochemistry cannot account for the distribution without meridional circulation. [20]

In 2007, it was discovered that the upper troposphere of Neptune's south pole was about 10 K warmer than the rest of its atmosphere, which averages approximately 73 K (−200 °C). The temperature differential is enough to let methane, which elsewhere is frozen in the troposphere, escape into the stratosphere near the pole. [88] The relative "hot spot" is due to Neptune's axial tilt, which has exposed the south pole to the Sun for the last quarter of Neptune's year, or roughly 40 Earth years. As Neptune slowly moves towards the opposite side of the Sun, the south pole will be darkened and the north pole illuminated, causing the methane release to shift to the north pole. [89]

Because of seasonal changes, the cloud bands in the southern hemisphere of Neptune have been observed to increase in size and albedo. This trend was first seen in 1980 and is expected to last until about 2020. The long orbital period of Neptune results in seasons lasting forty years. [90]

Storms

In 1989, the Great Dark Spot, an anticyclonic storm system spanning 13,000 km × 6,600 km (8,100 mi × 4,100 mi) [87] was discovered by NASA's Voyager 2 spacecraft. The storm resembled the Great Red Spot of Jupiter. Some five years later, on 2 November 1994, the Hubble Space Telescope did not see the Great Dark Spot on the planet. Instead, a new storm similar to the Great Dark Spot was found in Neptune's northern hemisphere. [91]

The Scooter is another storm, a white cloud group farther south than the Great Dark Spot. This nickname first arose during the months leading up to the Voyager 2 encounter in 1989, when they were observed moving at speeds faster than the Great Dark Spot (and images acquired later would subsequently reveal the presence of clouds moving even faster than those that had initially been detected by Voyager 2). [86] The Small Dark Spot is a southern cyclonic storm, the second-most-intense storm observed during the 1989 encounter. It was initially completely dark, but as Voyager 2 approached the planet, a bright core developed and can be seen in most of the highest-resolution images. [92] More recently, in 2018, a newer main dark spot and smaller dark spot were identified and studied. [22]

Neptune's dark spots are thought to occur in the troposphere at lower altitudes than the brighter cloud features, [93] so they appear as holes in the upper cloud decks. As they are stable features that can persist for several months, they are thought to be vortex structures. [76] Often associated with dark spots are brighter, persistent methane clouds that form around the tropopause layer. [94] The persistence of companion clouds shows that some former dark spots may continue to exist as cyclones even though they are no longer visible as a dark feature. Dark spots may dissipate when they migrate too close to the equator or possibly through some other unknown mechanism. [95]

The appearance of a Northern Great Dark Spot in 2018 is evidence of a huge storm brewing [96]

The Northern Great Dark Spot and a smaller companion storm imaged by Hubble in 2020 [97]

The Great Dark Spot, as imaged by Voyager 2

Neptune's shrinking vortex [98]

Internal heating

Neptune's more varied weather when compared to Uranus is due in part to its higher internal heating. The upper regions of Neptune's troposphere reach a low temperature of 51.8 K (−221.3 °C). At a depth where the atmospheric pressure equals 1 bar (100 kPa), the temperature is 72.00 K (−201.15 °C). [100] Deeper inside the layers of gas, the temperature rises steadily. As with Uranus, the source of this heating is unknown, but the discrepancy is larger: Uranus only radiates 1.1 times as much energy as it receives from the Sun [101] whereas Neptune radiates about 2.61 times as much energy as it receives from the Sun. [102] Neptune is the farthest planet from the Sun, and lies over 50% farther from the Sun than Uranus, and receives only 40% its amount of sunlight, [20] yet its internal energy is sufficient to drive the fastest planetary winds seen in the Solar System. Depending on the thermal properties of its interior, the heat left over from Neptune's formation may be sufficient to explain its current heat flow, though it is more difficult to simultaneously explain Uranus's lack of internal heat while preserving the apparent similarity between the two planets. [103]

The average distance between Neptune and the Sun is 4.5 billion km (about 30.1 astronomical units (AU)), and it completes an orbit on average every 164.79 years, subject to a variability of around ±0.1 years. The perihelion distance is 29.81 AU the aphelion distance is 30.33 AU. [104]

On 11 July 2011, Neptune completed its first full barycentric orbit since its discovery in 1846, [105] [106] although it did not appear at its exact discovery position in the sky, because Earth was in a different location in its 365.26-day orbit. Because of the motion of the Sun in relation to the barycentre of the Solar System, on 11 July Neptune was also not at its exact discovery position in relation to the Sun if the more common heliocentric coordinate system is used, the discovery longitude was reached on 12 July 2011. [11] [107] [108]

The elliptical orbit of Neptune is inclined 1.77° compared to that of Earth.

The axial tilt of Neptune is 28.32°, [109] which is similar to the tilts of Earth (23°) and Mars (25°). As a result, Neptune experiences similar seasonal changes to Earth. The long orbital period of Neptune means that the seasons last for forty Earth years. [90] Its sidereal rotation period (day) is roughly 16.11 hours. [11] Because its axial tilt is comparable to Earth's, the variation in the length of its day over the course of its long year is not any more extreme.

Because Neptune is not a solid body, its atmosphere undergoes differential rotation. The wide equatorial zone rotates with a period of about 18 hours, which is slower than the 16.1-hour rotation of the planet's magnetic field. By contrast, the reverse is true for the polar regions where the rotation period is 12 hours. This differential rotation is the most pronounced of any planet in the Solar System, [110] and it results in strong latitudinal wind shear. [76]

Orbital resonances

Neptune's orbit has a profound impact on the region directly beyond it, known as the Kuiper belt. The Kuiper belt is a ring of small icy worlds, similar to the asteroid belt but far larger, extending from Neptune's orbit at 30 AU out to about 55 AU from the Sun. [111] Much in the same way that Jupiter's gravity dominates the asteroid belt, shaping its structure, so Neptune's gravity dominates the Kuiper belt. Over the age of the Solar System, certain regions of the Kuiper belt became destabilised by Neptune's gravity, creating gaps in the Kuiper belt's structure. The region between 40 and 42 AU is an example. [112]

There do exist orbits within these empty regions where objects can survive for the age of the Solar System. These resonances occur when Neptune's orbital period is a precise fraction of that of the object, such as 1:2, or 3:4. If, say, an object orbits the Sun once for every two Neptune orbits, it will only complete half an orbit by the time Neptune returns to its original position. The most heavily populated resonance in the Kuiper belt, with over 200 known objects, [113] is the 2:3 resonance. Objects in this resonance complete 2 orbits for every 3 of Neptune, and are known as plutinos because the largest of the known Kuiper belt objects, Pluto, is among them. [114] Although Pluto crosses Neptune's orbit regularly, the 2:3 resonance ensures they can never collide. [115] The 3:4, 3:5, 4:7 and 2:5 resonances are less populated. [116]

Neptune has a number of known trojan objects occupying both the Sun–Neptune L4 and L5 Lagrangian points—gravitationally stable regions leading and trailing Neptune in its orbit, respectively. [117] Neptune trojans can be viewed as being in a 1:1 resonance with Neptune. Some Neptune trojans are remarkably stable in their orbits, and are likely to have formed alongside Neptune rather than being captured. The first object identified as associated with Neptune's trailing L5 Lagrangian point was 2008 LC 18 . [118] Neptune also has a temporary quasi-satellite, (309239) 2007 RW 10 . [119] The object has been a quasi-satellite of Neptune for about 12,500 years and it will remain in that dynamical state for another 12,500 years. [119]

The formation of the ice giants, Neptune and Uranus, has proven difficult to model precisely. Current models suggest that the matter density in the outer regions of the Solar System was too low to account for the formation of such large bodies from the traditionally accepted method of core accretion, and various hypotheses have been advanced to explain their formation. One is that the ice giants were not formed by core accretion but from instabilities within the original protoplanetary disc and later had their atmospheres blasted away by radiation from a nearby massive OB star. [62]

An alternative concept is that they formed closer to the Sun, where the matter density was higher, and then subsequently migrated to their current orbits after the removal of the gaseous protoplanetary disc. [120] This hypothesis of migration after formation is favoured, due to its ability to better explain the occupancy of the populations of small objects observed in the trans-Neptunian region. [121] The current most widely accepted [122] [123] [124] explanation of the details of this hypothesis is known as the Nice model, which explores the effect of a migrating Neptune and the other giant planets on the structure of the Kuiper belt.

Neptune has 14 known moons. [6] [125] Triton is the largest Neptunian moon, comprising more than 99.5% of the mass in orbit around Neptune, [e] and it is the only one massive enough to be spheroidal. Triton was discovered by William Lassell just 17 days after the discovery of Neptune itself. Unlike all other large planetary moons in the Solar System, Triton has a retrograde orbit, indicating that it was captured rather than forming in place it was probably once a dwarf planet in the Kuiper belt. [126] It is close enough to Neptune to be locked into a synchronous rotation, and it is slowly spiralling inward because of tidal acceleration. It will eventually be torn apart, in about 3.6 billion years, when it reaches the Roche limit. [127] In 1989, Triton was the coldest object that had yet been measured in the Solar System, [128] with estimated temperatures of 38 K (−235 °C). [129]

Neptune's second-known satellite (by order of discovery), the irregular moon Nereid, has one of the most eccentric orbits of any satellite in the Solar System. The eccentricity of 0.7512 gives it an apoapsis that is seven times its periapsis distance from Neptune. [f]

From July to September 1989, Voyager 2 discovered six moons of Neptune. [130] Of these, the irregularly shaped Proteus is notable for being as large as a body of its density can be without being pulled into a spherical shape by its own gravity. [131] Although the second-most-massive Neptunian moon, it is only 0.25% the mass of Triton. Neptune's innermost four moons—Naiad, Thalassa, Despina and Galatea—orbit close enough to be within Neptune's rings. The next-farthest out, Larissa, was originally discovered in 1981 when it had occulted a star. This occultation had been attributed to ring arcs, but when Voyager 2 observed Neptune in 1989, Larissa was found to have caused it. Five new irregular moons discovered between 2002 and 2003 were announced in 2004. [132] [133] A new moon and the smallest yet, Hippocamp, was found in 2013 by combining multiple Hubble images. [134] Because Neptune was the Roman god of the sea, Neptune's moons have been named after lesser sea gods. [45]

Planetary rings

Neptune has a planetary ring system, though one much less substantial than that of Saturn. The rings may consist of ice particles coated with silicates or carbon-based material, which most likely gives them a reddish hue. [135] The three main rings are the narrow Adams Ring, 63,000 km from the centre of Neptune, the Le Verrier Ring, at 53,000 km, and the broader, fainter Galle Ring, at 42,000 km. A faint outward extension to the Le Verrier Ring has been named Lassell it is bounded at its outer edge by the Arago Ring at 57,000 km. [136]

The first of these planetary rings was detected in 1968 by a team led by Edward Guinan. [26] [137] In the early 1980s, analysis of this data along with newer observations led to the hypothesis that this ring might be incomplete. [138] Evidence that the rings might have gaps first arose during a stellar occultation in 1984 when the rings obscured a star on immersion but not on emersion. [139] Images from Voyager 2 in 1989 settled the issue by showing several faint rings.

The outermost ring, Adams, contains five prominent arcs now named Courage, Liberté, Egalité 1, Egalité 2 ve Fraternité (Courage, Liberty, Equality and Fraternity). [140] The existence of arcs was difficult to explain because the laws of motion would predict that arcs would spread out into a uniform ring over short timescales. Astronomers now estimate that the arcs are corralled into their current form by the gravitational effects of Galatea, a moon just inward from the ring. [141] [142]

Earth-based observations announced in 2005 appeared to show that Neptune's rings are much more unstable than previously thought. Images taken from the W. M. Keck Observatory in 2002 and 2003 show considerable decay in the rings when compared to images by Voyager 2. In particular, it seems that the Liberté arc might disappear in as little as one century. [143]

Neptune brightened significantly between 1980 and 2000. [144] The apparent magnitude currently ranges from 7.67 to 7.89 with a mean of 7.78 and a standard deviation of 0.06. [15] Prior to 1980 the planet was as faint as magnitude 8.0. [15] Neptune is too faint to be visible to the naked eye and can be outshone by Jupiter's Galilean moons, the dwarf planet Ceres and the asteroids 4 Vesta, 2 Pallas, 7 Iris, 3 Juno, and 6 Hebe. [145] A telescope or strong binoculars will resolve Neptune as a small blue disk, similar in appearance to Uranus. [146]

Because of the distance of Neptune from Earth, its angular diameter only ranges from 2.2 to 2.4 arcseconds, [6] [16] the smallest of the Solar System planets. Its small apparent size makes it challenging to study visually. Most telescopic data was fairly limited until the advent of the Hubble Space Telescope and large ground-based telescopes with adaptive optics (AO). [147] [148] [149] The first scientifically useful observation of Neptune from ground-based telescopes using adaptive optics was commenced in 1997 from Hawaii. [150] Neptune is currently entering its spring and summer season and has been shown to be heating up, with increased atmospheric activity and brightness as a consequence. Combined with technological advancements, ground-based telescopes with adaptive optics are recording increasingly more detailed images of it. Both Hubble and the adaptive-optics telescopes on Earth have made many new discoveries within the Solar System since the mid-1990s, with a large increase in the number of known satellites and moons around the outer planet, among others. In 2004 and 2005, five new small satellites of Neptune with diameters between 38 and 61 kilometres were discovered. [151]

From Earth, Neptune goes through apparent retrograde motion every 367 days, resulting in a looping motion against the background stars during each opposition. These loops carried it close to the 1846 discovery coordinates in April and July 2010 and again in October and November 2011. [108]

Neptune's 164 year orbital period means that the planet takes an average of 13 years to move through each constellation of the zodiac. In 2011, it completed its first full orbit of the Sun since being discovered and returned to where it was first spotted northeast of Iota Aquarii. [35]

Observation of Neptune in the radio-frequency band shows that it is a source of both continuous emission and irregular bursts. Both sources are thought to originate from its rotating magnetic field. [75] In the infrared part of the spectrum, Neptune's storms appear bright against the cooler background, allowing the size and shape of these features to be readily tracked. [152]

Voyager 2 is the only spacecraft that has visited Neptune. The spacecraft 's closest approach to the planet occurred on 25 August 1989. Because this was the last major planet the spacecraft could visit, it was decided to make a close flyby of the moon Triton, regardless of the consequences to the trajectory, similarly to what was done for Voyager 1 ' s encounter with Saturn and its moon Titan. The images relayed back to Earth from Voyager 2 became the basis of a 1989 PBS all-night program, Neptune All Night. [153]

During the encounter, signals from the spacecraft required 246 minutes to reach Earth. Hence, for the most part, Voyager 2 's mission relied on preloaded commands for the Neptune encounter. The spacecraft performed a near-encounter with the moon Nereid before it came within 4,400 km of Neptune's atmosphere on 25 August, then passed close to the planet's largest moon Triton later the same day. [154]

The spacecraft verified the existence of a magnetic field surrounding the planet and discovered that the field was offset from the centre and tilted in a manner similar to the field around Uranus. Neptune's rotation period was determined using measurements of radio emissions and Voyager 2 also showed that Neptune had a surprisingly active weather system. Six new moons were discovered, and the planet was shown to have more than one ring. [130] [154]

The flyby also provided the first accurate measurement of Neptune's mass which was found to be 0.5 percent less than previously calculated. The new figure disproved the hypothesis that an undiscovered Planet X acted upon the orbits of Neptune and Uranus. [155] [156]

After the Voyager 2 flyby mission, the next step in scientific exploration of the Neptunian system, is considered to be a Flagship orbital mission. [157] Such a hypothetical mission is envisioned to be possible in the late 2020s or early 2030s. [157] However, there have been discussions to launch Neptune missions sooner. In 2003, there was a proposal in NASA's "Vision Missions Studies" for a "Neptune Orbiter with Probes" mission that does Cassini-level science. [158] Another, more recent proposal was for Argo, a flyby spacecraft to be launched in 2019, that would visit Jupiter, Saturn, Neptune, and a Kuiper belt object. The focus would be on Neptune and its largest moon Triton to be investigated around 2029. [159] The proposed New Horizons 2 mission (which was later scrapped) might also have done a close flyby of the Neptunian system. Currently a pending proposal for the Discovery program, the Trident would conduct a flyby of Neptune and Triton. [160] Neptune Odyssey is the current mission concept for a Neptune orbiter and atmospheric probe being studied as a possible large strategic science mission by NASA that would launch in 2033 and arrive at Neptune in 2049. [161]


VerifiED: Is It Really Raining Diamonds In Neptune And Uranus?

Have you ever woken up from a very strange dream? A dream involving diamonds pouring from the sky? Falling on your roof on to the ground? But what if I tell you it’s not just a dream. This is real.

Yes, you read it right! It rains diamonds. But not on earth, unfortunately (or fortunately!). The diamond shower is an actual phenomenon in Neptune and Uranus!

Neptune and Uranus are huge “ice giants”. For many years, scientists have tried to research intensively about these planets. Being very distant, they are the most unexplored and inadequately studied major planets in our solar system. Voyager 2 is the only successful space mission that has managed to have approached these isolated celestial-bodies yet.

Published in the journal Nature , an experiment conducted by scientists has proven that the special atmospheres of Neptune and Uranus are ideal for the diamond shower.

Neptune and Uranus are called ice giants, but “ice” refers to hot slush-like materials, like water, ammonia and methane, over an Earth-sized rock core and lighter gases like hydrogen and helium below it.

Read More: Is It True That NASA Found Evidence Of A Parallel Universe Where Time Flows Backwards?

The experiment

The new experiment was conducted using the Stanford Linear Accelerator Center (SLAC) and the National Accelerator Laboratory’s Linac Coherent Light Source (LCLS) X-ray laser for precise measurements to demonstrate how the ‘diamond rain’ process should occur. They found that carbon transitions directly into the crystalline diamond.

The team exposed polystyrene, a type of plastic composed of carbon and hydrogen, to high-powered shock waves produced by an optical laser and X-rays. The shock waves highly compressed the plastic at pressures of 150 gigapascals and temperatures over 9,000 degrees Fahrenheit.

“We produce about 1.5 million bars, that is equivalent to the pressure exerted by the weight of some 250 African elephants on the surface of a thumbnail,”said Dr. Dominik Kraus, a scientist at Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf who led the study.

This enormous reaction broke the bonds between the hydrogen and carbon molecules and compressed carbon atoms into microscopic diamonds.

In the new study, scientists used a unique technique called “X-ray Thomson scattering” that allowed them to accurately replicate diffraction results whilst observing how the elements of non-crystal samples are mixed together.

This scattering technique helped the experimenters to reproduce the exact diffractions from hydrocarbons that split into carbon and hydrogen just like they would inside Neptune and Uranus. This resulted in crystalization of the carbon because of extreme pressure and heat. This leads to a downpour of diamonds 6,200 miles underground, gradually plummeting inside the planets’ cores.

“In the case of the ice giants we now know that the carbon almost exclusively forms diamonds when it separates and does not take on a fluid transitional form,”said Dr. Dominik Kraus.

He also added that “This technique will allow us to measure interesting processes that are otherwise difficult to recreate,” “For example, we’ll be able to see how hydrogen and helium, elements found in the interior of gas giants like Jupiter and Saturn, mix and separate under these extreme conditions.”

“It’s a new way to study the evolutionary history of planets and planetary systems, as well as supporting experiments towards potential future forms of energy from fusion.”

This newly discovered knowledge about the various processes on ice giants is anticipated to promote the search for planets that can endure life and help us to understand the solar system.

Image Source: Google Images

Find Blogger: @aditi_21gupta

This post is tagged under: science, astronomy, planets, Neptune, Uranus, Diamond, Diamond rain, Raining, ice giants, Solar System, space, Voyager 2, NASA, experiment, celestial bodies, physics, Earth


It rains solid diamonds on Uranus and Neptune

Consider this your daily reminder that the solar system is even more awesomely bonkers than you realized: On Uranus and Neptune, scientists forecast rain storms of solid diamonds.

The gems form in the hydrocarbon-rich oceans of slush that swath the gas giants' solid cores. Scientists have long speculated that the extreme pressures in this region might split those molecules into atoms of hydrogen and carbon, the latter of which then crystallize to form diamonds. These diamonds were thought to sink like rain through the ocean until they hit the solid core.

But no one could prove that this would really work — until now. In a study published this week in the journal Nature Astrophysics, researchers say they were able to produce this "diamond rain" using fancy plastic and high-powered lasers.


Icy Planets' Diamond Rain Created in Laser Laboratory

For the first time, the kind of diamond rain that scientists think falls within the icy giant planets of the solar system has been generated in the lab, a new study finds.

Thousands of miles below the surfaces of icy giant planets such as Neptune and Uranus, carbon and hydrogen are thought to compress under extreme heat and pressure to form diamonds, according to previous research going back 30 years. These diamonds are then thought to sink through the layers of the gas giant planets, creating a "diamond rain" that eventually settles around the planetary cores.

However, until now, scientists could not confirm whether, when and how such diamond rain could actually form in the chemistry, temperatures and pressures found deep within ice giants. [Our Solar System: A Photo Tour of the Planets]

Researchers simulated the interior of ice giants by creating shock waves in polystyrene (a kind of plastic) with an intense laser at SLAC National Accelerator Laboratory in Menlo Park, California. The polystyrene simulated molecules known as hydrocarbons that are derived from methane, the compound that gives Neptune its blue tint. These hydrocarbons are what diamonds are thought to form from in the high pressures and temperatures in the intermediate layers of ice giants.

The scientists used the laser to generate pairs of shock waves, with the first member of each pair overtaken by its stronger partner. When the shock waves overlapped, diamonds formed at temperatures of about 8,540 degrees Fahrenheit (4,725 degrees Celsius) and pressures about 1.48 million times greater than Earth's atmospheric pressure at sea level. Such conditions resemble the environments about 6,200 miles (10,000 kilometers) below the surfaces of Neptune and Uranus, the researchers said.

"It was very surprising that we got such a clear diamond signature and that the diamonds formed so quickly," said study lead author Dominik Kraus, an experimental laser-plasma physicist at the Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf research laboratory in Germany, told Space.com. "I was expecting to look for very tiny hints in the data, and our theorist co-workers actually predicted that it might be impossible to observe diamond formation in our experiment. I already prepared my team for a very difficult experiment and data analysis. But then, the data was just incredibly clear from the first moments in the experiment."

As the diamonds were born, the scientists analyzed them using intense, fast pulses of X-rays only 50 femtoseconds long &mdash essentially, the "shutter speed" of this laser camera is 50 millionths of a billionth of a second, and can thus capture very-fast-moving chemical reactions. These X-ray snapshots helped capture the exact chemical composition and molecular structures of the diamonds as they formed.

In the experiments, the researchers saw that nearly every carbon atom of the plastic targets got incorporated into diamonds up to a few nanometers (billionths of a meter) wide. They predicted that if similar reactions happened within Neptune and Uranus, diamonds could become much larger, perhaps millions of carats large. (One carat is 200 milligrams, or 0.007 ounces.)

But don't expect these findings to generate a rush of diamond miners to Neptune or Uranus.

"The diamonds created in ice giants and our experiment are certainly not gem-quality cut and polished brilliants," Kraus told Space.com. Instead, they are probably spherical diamonds loaded with impurities, he said.

The researchers suggested that over thousands of years, these diamonds would slowly sink through the icy layers within ice giants, assembling into a thick layer around the cores of these planets.

"Some models predict that the temperature around the core may be high enough that diamond would melt, forming underground seas of liquid metallic carbon, maybe with some diamond 'icebergs' swimming on top," Kraus said. "This could help to explain the unusual magnetic fields of Uranus and Neptune. However, most models suggest that diamond would remain solid around the cores of Neptune and Uranus."

As these diamonds rain downward, they are expected to generate heat, much as meteors burn as they plummet through Earth's atmosphere. This heat could help explain why Neptune is hotter than expected, Kraus said.

Moreover, these new findings could help shed light on the inner workings of distant planets outside the solar system and, in turn, help researchers better model and classify such exoplanets, Kraus said.

The researchers added that one day, the microscopic "nanodiamonds" they created could be harvested for commercial purposes, such as medicine and electronics. Currently, nanodiamonds are commercially produced using explosives, and "high-energy lasers may be able to provide a more elegant and controllable method," Kraus said. However, the lasers they use currently accelerate the diamonds they create to very high speeds of about 11,185 mph (18,000 km/h), "and we need to gently stop them," he said.

Furthermore, these findings could help researchers understand and improve experiments that seek to generate energy from nuclear fusion. In some of these experiments, hydrogen fuel is surrounded by a layer of plastic and is then blasted with lasers, and these new findings suggest "that considering chemical processes may be important for modeling some types of fusion implosions," Kraus said.

Future research can investigate the roles that other elements &mdash such as oxygen, nitrogen and helium &mdash might play in ice giants, Kraus said. He and his colleagues detailed their findings online Aug. 21 in the journal Nature Astronomy.


What causes Diamond Rain on Neptune?

O rains solid diamonds on Uranus and Neptune. Scientists have long speculated that the extreme pressures in this region might split those molecules into atoms of hydrogen and carbon, the latter of which then crystallize to form diamonds.

Likewise, which planet has Rain of Diamonds? 'Diamond rain' falls on Saturn and Jupiter. Diamonds big enough to be worn by Hollywood film stars could be raining down on Saturn and Jupiter, US scientists Sahip olmak calculated. New atmospheric data for the gas giants indicates that carbon dır-dir abundant in its dazzling crystal form, they say.

Correspondingly, what type of rain falls on Neptune?

Sparkling diamond rain which was theorised to fall on Neptune and Uranus has been created in the laboratory for the first time by scientists. A team from the US, the UK and Germany recreated the conditions found deep inside the icy giant planets of the Solar System and watched as tiny diamonds formed.

Does it rain diamonds on Jupiter yes or no?

Lightning storms make it rain diamonds on Saturn and Jüpiter It sounds like a wacky fantasy, but scientists believe that it rains diamonds in the clouds of Saturn and Jüpiter. Diamonds are made from highly compressed and heated carbon. On Earth, diamonds form about 100 miles underground.


Why Neptune and Uranus Rain Diamonds

Something weird is happening on the ice giants. Again.

  • Scientists have recreated conditions on Neptune and Uranus in a lab at Stanford's SLAC National Accelerator Laboratory.
  • The team explored how sheets of diamond rain form on the ice giants using lasers.
  • The phenomenon may explain why Neptune's core is strangely hot.

Scientists don't know much about the ice giants on the other end of our solar system. They're a constant source of mystery and intrigue.

Take the conundrum, for example, of how the chemical reactions inside of Neptune and Uranus may cause diamonds to rain down on the planets' cores. Under immense pressure deep below the planets' surfaces, carbon and hydrogen atoms are smushed together, forming the crystals.

Scientists first conducted an experiment to explore this phenomenon in 2017, but now they've finally narrowed down exactly how these diamonds likely formed, publishing their results today in the journal Nature Communication.

"Our experiments are delivering important model parameters where, before, we only had massive uncertainty," physicist Dominic Kraus, of the Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf research institute in Germany, said in a press statement. "This will become ever more relevant the more exoplanets we discover." Kraus and his team conducted the experiments at the SLAC National Accelerator Laboratory at Stanford University.

To better understand how this molecular magic happens, the researchers recreated the diamond rain within Neptune's core in the lab. Instead of using methane, which would be found inside the ice giants, as their sample, the scientists used the hydrocarbon polystyrene (C8H8), known colloquially as Styrofoam.

Kraus and his colleagues applied heat and pressure to the polystyrene and then used an optical laser to generate shockwaves that rippled through the material. When those shockwaves met, temperatures soared to 8,540 degrees Fahrenheit. (Earth's core, for reference, is about 10,800 degrees Fahrenheit.) Pressure within the material also skyrocketed.

"We produce about 1.5 million bars, that is equivalent to the pressure exerted by the weight of some 250 African elephants on the surface of a thumbnail," Kraus said.

The scientists then used SLAC's Linac Coherent Light Source (LCLS) instrument to direct X-rays at the sample and measure how light bounced off of electrons inside it. For the first time, they watched the chemical reaction inside the non-crystalline substance unfold. The hydrocarbons split apart the carbon rapidly converted to diamond and sank while the hydrogen escaped.

Kraus says the experiment may explain why Neptune's core produces a perplexing amount of energy&mdashmore than twice the amount it absorbs from the sun. These sheets of diamonds, the researchers suspect, could generate gravitational energy and subsequently heat energy as they rain down on the planets.

Ultimately, the experiment will help scientists solve mysteries here in our own solar system and in distant star systems.


Photo Simulate diamond rain on Neptune and Thien Vuong

Diamonds form inside the core of planets like Neptune and Uranus.(Photo: NASA).

"Previously, researchers could only assume the diamond was created," said Dominik Kraus, the study's lead author at the Helmholtz Zentrum Dresden-Rossendorf laboratory. "When I saw the results of this latest experiment, it was one of the best moments in my scientific career."

The team used the Linac Coherent Light Source device at the SLAC National Accelerator Laboratory to transmit shock waves to polystyrene specimens . Polystyrene is the perfect replica of elements that exist in the ice core of planets because it is made up of many carbon and hydrogen chains.

Under shock waves, almost all atoms in the specimen turn into nanoscale diamonds. This is just a small scale experiment compared to the process that happens on planets. Researchers believe that diamonds form inside Neptune and Uranus is much larger in size. Based on the mass and composition of the two planets, they can produce diamonds weighing over 200kg.

The study marks the first time scientists can observe diamonds in real time. Previous research also simulated diamond formation under similar conditions but could not observe the process. The laser-fired electron-free laser shot in the laboratory allows researchers to record what happens in the specimen over time to a millionth of a second.