Нептун - восьмая по счету планета Солнечной системы. Средняя удаленность Нептуна от Солнца 30,1 а. е., период вращения по орбите - 164 года и 288 дней. Видимый угловой диаметр Нептуна составляет около 2°. При измерении столь малого диаметра угломерными приспособлениями с поверхности Земли относительная ошибка очень велика. Уточнить диаметр Нептуна удалось 7 апреля 1967 г., когда планета в своем движении на фоне звездного неба заслонила одну из далеких звезд. По результатам наблюдений с нескольких астрономических обсерваторий экваториальный диаметр Нептуна составляет 50200 км. Новые сведения о диаметре позволили уточнить величину средней плотности Нептуна: она оказалась равной 1,67 г/см3. Такие характеристики типичны для планет-гигантов, состоящих главным образом из водорода и гелия с примесью соединений других химических элементов.
Нептун был открыт необычным образом. Было замечено, что Уран движется не совсем так, как ему полагается двигаться под действием притяжения Солнца и известных в то время планет. Тогда заподозрили существование еще одной массивной планеты и попытались предвычислить ее положение на небе. Эту чрезвычайно сложную задачу независимо друг от друга успешно решили английский астроном Дж. Адамс и француз У. Леверье. Получив данные Леверье, ассистент Берлинской обсерватории И. Галле 23 сентября 1846 г. обнаружил планету. Открытие Нептуна имело величайшее значение прежде всего потому, что оно послужило блестящим подтверждение закона всемирного тяготения, положенного в основу расчетов. Таким образом, с момента открытия Нептун даже не совершил полного оборота по своей орбите.
В центре Нептуна, согласно расчетам, имеется тяжелое ядро из силикатов, металлов и других элементов, входящих в состав земной группы. Изучение характера ослабления блеска звезды при ее затмении атмосферой Нептуна дало много дополнительной информации. В частности, был найден средний молекулярный вес надоблачных слоев атмосферы Нептуна. Он соответствует молекулярному водороду с небольшой примесью метана. Детали на поверхности Нептуна различить очень трудно. Поэтому параметры суточного вращения - положение оси, направление и период вращения - определить из наземных наблюдений очень сложно.
У Нептуна восемь спутников. Первый - Тритон - открытый в 1846 г., через две недели после открытия самого Нептуна. По размерам и массе он больше Луны. Имеет обратное направление орбитального движения. Второй спутник - Нереида - очень небольшой, обладает сильно вытянутой орбитой. Расстояние от спутника до планеты меняется в пределах от 1, 5 до 9, 6 млн. км. Направление орбитального движения - прямое. Остальные шесть спутников - Наяда, Таласса, Галатея, Деспина, Ларисса, Протей - были открыты в 1989 г.
Что поражает нас у Тритона, так это размеры. Светимость его составляет величину незначительную - всего около 13,6 звездной величины. Но это большая яркость, чем у Титании и Оберона, а ведь Тритон раза в полтора дальше от Земли, чем они, и солнечного света он получает вдвое меньше. Отсюда сразу последовало предположение, что Тритон должен быть велик.
Так оно и оказалось. Диаметр этого спутника явно намного превышает 4000 км, что больше поперечника нашей Луны. По всей Солнечной системе из спутников по размерам его превосходят только Ганимед, Титан и Каллисто.
В астрономических кругах открытие было признано очень важным. Действительно, это был первый случай обнаружения крупного спутника чуть ли не за двести лет, истекших после открытия Титана. Да и вообще это был всего седьмой известный науке спутник в Солнечной системе - ведь до открытия куда более близких к Земле Фобоса и Деймоса еще оставалось добрых три десятилетия. Поэтому к Тритону было привлечено внимание многих специалистов, долго не ослабевавшее. Среди тех, кто внес большой вклад в изучение Тритона уже в самом начале нашего века, нельзя не назвать члена-корр. АН СССР С. К. Костинского, который получил отличные (учитывая расстояния, конечно) фотографии этого небесного тела и первым определил, что блеск его должен быть не слабее 13-й звездной величины. Так или почти так считается и по сей день: нынешние астрономы числят Тритон среди объектов примерно четырнадцатой звездной величины.
Трудами ученых разных, стран "досье" Тритона медленно, но верно, пополнялось. Стало ясно, что орбита его представляет собой почти идеальную окружность с радиусом около 355000 км. Хотя длина пути Тритона вокруг Нептуна почти такая же, как у Луны вокруг нашей планеты, он обегает свою планету впятеро быстрее. Почему - это ясно: масса Нептуна в 17 с лишним раз больше земной, она и ускоряет стремление спутника.
Все другие спутники Юпитера и Сатурна обращаются в плоскости экватора своей планеты. А вот Тритон (как и Луна) не подчиняется такому правилу: его орбита на 20° наклонена к экватору Нептуна. И направление движения Тритона - противоположное тому, в котором вращается "хозяин". Помимо Тритона, во всей Солнечной системе движутся "вспять" только четыре внешних спутника Юпитера и сатурнова Феба; но ведь все они крошки по сравнению с ним. Тритон - единственный во всей Солнечной системе спутник, который со своей планеты выглядит крупнее, чем Луна представляется человеку. Крупнее, но отнюдь не ярче: даже, если Тритон покрыт льдом, хорошо отражающим свет, все равно, Солнце отсюда так далеко, что нептунскую ночь он освещает раз в 150 тусклее, чем Луна земную. И еще в одном Тритон уступает Луне (но только ей): в массе относительно своего центрального тела - Луна, как известно, весит в 81 раз меньше, чем Земля, а Тритон - в 750 раз меньше, чем Нептун. Но ведь даже гигант Титан уступает своему владыке Сатурну в массе в 4 тысячи раз, а Ганимед Юпитеру больше чем в 12 тысяч.
Не так давно У. К. Хартман (США) пересчитал размеры Тритона. Диаметр его "вырос" до 6000 км, а Тритон по размерам сразу вышел на первое место среди всех спутников. Тогда, если верить этой оценке, средняя плотность его будет всего 1,2 г/см3.
По мнению Койпера, у Тритона может быть своя атмосфера, причем сравнительно плотная. Такое крупное тело, действительно, в состоянии удержать у себя газовую оболочку. Да и автору гипотезы верить можно: он же доказал существование атмосферы на Титане. В 1978 г. на конференции Американского астрономического союза выступил ученый с Гавайских островов Д. Крукшенк и сообщил о наблюдениях, выполненных при помощи 4-метрового телескопа обсерватории Китт-Пик. Полученный при этом спектр говорит, что на Тритоне есть метан. Только вот неясно в газовом ли он состоянии, то есть составляет атмосферу, или же в замороженном, и тогда лежит на поверхности спутника. Кажется; в последнее время весы склоняются в пользу газа; верхний же слой твердого тела Тритона, очевидно, каменный.
1 мая 1949 г. Койпер, за год перед тем "подаривший" людям Миранду, заметил на двух фотопластинках, снятых на обсерватории Мак Дональд, какое-то слабенькое пятнышко 19,5 звездной величины. Интервал времени между обоими снимками - всего минут двадцать, но такому опытному астроному и этого было достаточно, чтобы установить: тело перемещается относительно неподвижных звезд вместе с Нептуном.
В ближайшие недели, прежде чем Нептун исчез за горизонтом, было сделано еще несколько снимков, а вывод подтвердился - спутник есть! Нарекли его Нереидой.
Трудно найти более несходную пару, чем Тритон и Нереида... Начнем с орбит. У Тритона она, как мы уже знаем, почти правильный круг. Нереида же то подходит к Нептуну на 1390000, то убегает от него на 9734000 км. В семь раз отличается расстояние ближайшей точки от самой удаленной! Такой эксцентричности в поведении не показывает ни один другой спутник во всей Солнечной системе. Направление, в котором Нереида обращается вокруг Нептуна, прямое; в этом она тоже "не согласна" с Тритоном. Наклон ее орбиты к плоскости экватора планеты составляет 29°. Она обегает Нептун почти за полный земной год, а ведь Тритону для этого нужно меньше недели. Когда Нереида находится от Нептуна в наибольшем удалении, ее орбитальная скорость составляет всего 840 м/с. Это на одну пятую медленнее, чем скорость нашей Луны, и, тем самым, Нереида становится чемпионкой Солнечной системы по медлительности. Точные размеры Нереиды определить трудно. Обычно называют диаметр что-то между 240 и 300 км, то есть раз в 20 меньший, чем у Тритона. Если глядеть на нее с поверхности Нептуна, то она представится всего лишь звездочкой, притом не слишком яркой. Даже в наибольшем приближении к планете Нереида светится примерно как Полярная звезда. А при максимальном удалении только очень глазастый нептунянин мог бы разглядеть ее невооруженным оком. Зато Нептун с поверхности Нереиды при ее наибольшем приближении будет выглядеть весьма внушительно: он займет видимую площадь раз в пятнадцать большую, чем у нас Луна. Правда, Нереиде это даст лишь одну восьмую того света, что озаряет Землю в полнолуние - слишком уж далеко отсюда Солнце.
Судя по невероятно вытянутой орбите, ее наклонению, малым размерам тела, Нереида - пленница, а не родственница Нептуна, захваченный астероид, подобный Фебе или мелким спутникам Юпитера.
