Neptun (česky zastarale Vodopán) je osmá, od Slunce nejvzdálenější planeta sluneční soustavy; řadí se mezi plynné obry.[8] S rovníkovým průměrem okolo 50 000 km spadá mezi menší plynné obry sluneční soustavy. Podobně jako u ostatních plynných obrů je možno přímo pozorovat pouze svrchní vrstvy atmosféry, ve kterých je vidět několik velkých temných skvrn, připomínajících skvrny v atmosféře Jupiteru.[8] Neptun má charakteristicky modrou barvu, která je zapříčiněna mj. přítomností většího množství metanu v atmosféře.[9][10]
Planeta Neptun je značně podobná Uranu, obě planety mají rozdílné složení než další plynní obři sluneční soustavy Jupiter a Saturn. Uran a Neptun jsou proto někdy vyčleňováni do zvláštní kategorie jako tzv. „ledoví obři“. Atmosféra Neptunu je složena převážně z vodíku a hélia s větším podílem vody, čpavku a metanu. Vnitřní stavba planety je spíše kamenitá a navíc obohacená vodním ledem.
Planeta byla objevena 23. září 1846 Johannem Gallem jako vůbec jediná na základě matematických výpočtů. Ty provedl francouzský astronom Urbain Le Verrier. Ten vypočítal přibližnou lokaci planety, když si všiml gravitačních odchylek v pohybu planety Uran. 23. září 1846 informoval Galla o svých výpočtech a tu samou noc Galle a jeho asistent Heinrich Louis d’Arrest identifikovali Neptun v berlínské observatoři. Na základě pozorování pohybu tělesa v porovnání s relativním pozadím za 24 hodin potvrdili, že se jedná o planetu.[8][11] Následně planeta dostala své jméno podle římského boha moří Neptuna.[12]
Neptun je svým vzhledem, velikostí i hmotností velmi podobný Uranu. S hmotností 1,0243×1026 kg[5] je Neptun těleso nacházející se mezi hmotností Země a většími plynnými obry. V porovnání se Zemí je Neptun sedmnáctkrát hmotnější, ale zároveň jeho hmotnost dosahuje pouze 1/19 hmotnosti Jupitera.[pozn. 1] Poloměr rovníku Neptunu je 24 764 km[6] – čtyřikrát větší než Země. Jelikož je Uran a Neptun podobného složení tvořeného částečně ledem, občas se vyčleňují ze skupiny plynných obrů do skupiny tzv. ledových obrů. I přes to, že Neptun je mnohem dále od Slunce než Uran, je teplota povrchu o něco málo vyšší a dosahuje −213 °C.[10] Složení Neptunu je nejspíše velice podobné složení Uranu, a planeta je tedy složena převážně z ledu, kamení s obsahem okolo 15 % vodíku a menšího množství hélia.[12] Vnitřní stavba 1 – horní vrstva atmosféry, vrcholky mraků 2 – atmosféra složená z vodíku, hélia a metanu 3 – plášť tvořený vodou, čpavkem a ledem metanu 4 – kamenoledové jádro Předpokládá se, že oblast jádra zabírá přibližně dvě třetiny poloměru planety a že je složena z kamenného jádra[12] ve středu, ledu a tekutého čpavku s metanem. Kamenné jádro je asi složeninou železa, niklu a silikátů. Hmotnost jádra se odhaduje na 1,2 hmotnosti Země,[12] teploty a tlak se zde pohybují okolo 5130 K respektive 7 Mbar.[19][20] Nad tímto velkým jádrem se nachází třetina planety v podobě pláště tvořená nejspíše směsicí horkých plynů vodíku, hélia, vody a metanu, který způsobuje i charakteristickou modrou barvu planety.[8] Při odrazu světla od planety metan nejvíce rozptyluje modré paprsky[21] a naopak absorbuje červenou část spektra.[9] Předpokládá se, že plášť by mohl dosahovat desetinásobku až patnáctinásobku hmotnosti Země.[11] Měření za pomoci mikrovlnného záření naznačují, že teplota na Neptunu (jako u ostatních planet) roste s hloubkou. Před měřením sondy Voyager 2 se předpokládalo, že teplota Neptunu bude přibližně −228 °C, ale sonda naměřila −218 °C. Tento rozdíl v naměřených hodnotách naznačuje, že Neptun má podobně jako Jupiter a Saturn vnitřní zdroj energie.[22] V plášti, kde se nachází přehřátý plyn, je teplota v rozmezí 1730 až 4730 °C. Modely naznačují, že by se v hloubce okolo 7000 km mohly nacházet podmínky, které by umožňovaly vznik diamantů z metanu. Vzniklé diamanty by pak padaly k jádru planety.[23] Atmosféra Velká tmavá skvrna vyfotografovaná sondou Voyager 2 Atmosféra Neptunu má zelenomodrou barvu,[10] zabírá nejspíše 5 až 10 % celkové hmotnosti planety a rozkládá se do hloubky 10 až 20 % planetárního poloměru. Je o mnoho bouřlivější, proměnlivější než atmosféra Uranu. V horních vrstvách je složena převážně z vodíku (80 %) a hélia (19 %).[10][20] Mraky různé výšky jsou v ní unášeny rychlostí více než 1000 km/h (v okolí Velké tmavé skvrny až 2000 km/h[8] – jde o nejvyšší zjištěnou rychlost ve sluneční soustavě[9]). Většina větrů, které na planetě vanou, se pohybuje západním směrem souběžně s rovníkem,[9] a tedy proti rotaci planety.[8] Jsou soustředěny do pásů podobně jako v atmosféře Jupiteru a mají průměrnou dobu oběhu 19 hodin.[10] Jelikož doba rotace planety je 16 hodin, atmosféra planety rotuje rychleji než samotná planeta.
Změna teploty v oblasti jižního pólu jako důkaz změny ročních období (zdroj Hubbleův vesmírný dalekohled)
Šest let pozorování Hubbleova vesmírného dalekohledu naznačují, že v atmosféře planety dochází ke střídání ročních období podobně jako na Zemi. Dle snímků dochází na jižní polokouli k výraznému nárůstu odraženého světla, což je vysvětlováno právě změnou roční doby.[24] Od roku 1996 docházelo k roku 2002 postupně k nárůstu světlosti jižní části planety, které bylo způsobováno nárůstem množství světlejších mraků v této oblasti, což podpořilo předchozí pozorování prováděné od roku 1980 na půdě Lowellovy observatoře v Arizoně. Předpokládá se, že podobně jako na Zemi, i na Neptunu panují čtyři roční období, které se budou projevovat teplejším létem a studenou zimou s postupným přechodem přes jaro a podzim. Na základě doby oběhu planety okolo Slunce, která je přibližně 165 let, je patrné, že délka ročních období na Neptunu bude dosahovat okolo 40 let pro jednotlivou periodu.[25] Pro definitivní potvrzení teorie o ročních obdobích bude potřeba pokračovat s pozorováními přibližně dalších 20 let (údaj k roku 2005), po které by mělo docházet neustále ke zvyšování jasu jižních oblastí planety.[25]
Teorii o střídání ročních období podporuje skutečnost, že rotační osa planety je skloněná o 29°, v případě Země je to 23,5°.[25]
Magnetosféra
Sonda Voyager 2 během průletu detekovala i magnetické pole, které je, podobně jako Uranovo dipólové magnetické pole,[10] podivně orientované. Sklon osy je 47° vzhledem k rotační ose a osa je posunutá od středu o 0,55 poloměru planety[10] (přibližně o 13 000 km).[11] Předpokládá se, že vznik magnetického pole je spojen s pohybem vodivého materiálu (nejspíše vody[12]) ve středních vrstvách planety.[9] Jelikož je magnetické pole stejně podivně orientované i u Uranu, vědci se domnívají, že by se mohlo jednat o obecnou vlastnost ledových obrů.[11] Hodnota magnetického pole na rovníku planety dosahuje 14 μT a magnetický dipólový moment 0,2×1018 Tm3.[10] Je tedy 27krát větší než je magnetický dipólový moment Země.[10]
Magnetické pole způsobuje i polární zář v oblasti pólů, která byla pozorována.[10] Předpokládá se, že magnetosféra sahá do podobné vzdálenosti jako u Uranu.[10]
Přijímaná a vydávaná energie
Neptun je velmi daleko od Slunce, a proto na jednotku plochy dostává 900krát méně sluneční energie než Země. Zajímavostí však je, že vyzařuje 2,7krát více energie, než přijímá.[9] V současnosti zdroj této vnitřní vyzařované energie není známý. Vyzařovaná energie však vysvětluje existenci bouřlivých procesů v atmosféře Neptunu.