Neptune est la huitième planète par ordre d'éloignement du Soleil et la plus éloignée de l'étoile dans le Système solaire qui soit connuePluton, dont l'orbite est globalement extérieure à celle de Neptune, a longtemps été considérée comme la planète la plus éloignée du Soleil, mais a été reclassée comme planète naine le à l'issue de la générale de l'Union astronomique internationale.. Elle orbite autour du Soleil à une distance d'environ ( de kilomètres), avec une excentricité orbitale de (moitié moindre que celle de la Terre) et une période de révolution de . C'est la troisième planète la plus massive, la quatrième plus grande par la taille et la planète géante la plus dense du Système solaire.
N'étant pas visible à l'œil nu, Neptune est le premier objet céleste et la seule des huit planètes du Système solaire à avoir été découverte par déduction plutôt que par observation empirique. En effet, l'astronome français Alexis Bouvard avait noté des perturbations gravitationnelles inexpliquées sur l'orbite d'Uranus et conjecturé au début du qu'une huitième planète, plus lointaine, pouvait en être la cause. Les astronomes britannique John Couch Adams en 1843 et français Urbain Le Verrier en 1846 calculèrent indépendamment la position prévue de cette hypothétique planète. Grâce aux calculs de ce dernier, elle fut finalement observée pour la première fois le par l'astronome prussien Johann Gottfried Galle, à un seul degré de la position prédite. Bien que Galle ait utilisé les calculs de Le Verrier pour découvrir la planète, la paternité de la découverte entre Adams et Le Verrier fut longtemps disputée. Sa plus grande lune, Triton, est découverte plus tard par William Lassell. Depuis 2024, on connaît . La planète possède également un système d'anneaux faible et fragmenté ainsi qu'une magnétosphère.
La distance de Neptune à la Terre lui donnant une très faible taille apparente, son étude est difficile avec des télescopes situés sur la Terre. Neptune est visitée une seule fois lors de la mission , qui en réalise un survol le . L'avènement du télescope spatial Hubble et des grands télescopes au sol à optique adaptative a ensuite permis des observations supplémentaires détaillées.
Comme celles de Jupiter et Saturne, l'atmosphère de Neptune est composée principalement d'hydrogène et d'hélium ainsi que de traces d'hydrocarbures et peut-être d'azote, bien qu'elle contienne une proportion plus élevée de « glaces » au sens astrophysique, c'est-à-dire de substances volatiles telles que l'eau, l'ammoniac et le méthane. Cependant, comme Uranus, son intérieur est principalement composé de glaces et de roches, d'où leur nom de « géantes de glaces ». Par ailleurs, le méthane est partiellement responsable de la teinte bleue de l'atmosphère de Neptune, bien que l'origine exacte de ce bleu azur reste encore inexpliquée. De plus, contrairement à l'atmosphère brumeuse et relativement sans relief d'Uranus, l'atmosphère de Neptune présente des phénomènes météorologiques actifs et visibles. Par exemple, au moment du survol de en 1989, l'hémisphère sud de la planète présentait une Grande Tache sombre comparable à la Grande Tache rouge de Jupiter. Ces conditions météorologiques sont provoquées par les vents les plus forts connus dans le Système solaire, atteignant des vitesses de . En raison de sa grande distance au Soleil, son atmosphère extérieure est l'un des endroits les plus froids du Système solaire, les températures au sommet des nuages approchant .
La planète porte le nom de Neptune, dieu des mers dans la mythologie romaine, et a pour symbole astronomique ♆, une version stylisée du trident du dieu.
Découverte
Premières apparitions Neptune n'est pas visible à l'œil nu. ; il a donc fallu l'invention du télescope pour pouvoir l'observer.. Pourtant, sa découverte se démarque de celle des autres planètes car elle est avant tout mathématique : elle est faite par le calcul à partir de la trajectoire et des caractéristiques d'Uranus. Ainsi, le télescope n'a ensuite servi qu'à sa confirmation.
vignette|redresse=0.5|gauche|alt=Peinture représentant Galilée portant une grande barbe blanche.|Galilée. Plusieurs astronomes, avant sa découverte au , l'observent cependant sans pour autant noter qu'il s'agit d'une planète. Ainsi, les dessins astronomiques de Galilée montrent qu'il observe Neptune le alors qu'elle apparaît en conjonction avec Jupiter. La planète est alors répertoriée comme une simple étoile fixe.. Il la remarque de nouveau dans le ciel un mois plus tard, le , et une étude de 2009 avance qu'il constate même qu'elle a bougé par rapport à une étoile voisine... Ainsi, ce ne peut pas être une étoile fixe, mais Galilée ne tire aucune conclusion et ne l'évoque plus par la suite. Comme il pensait alors n'avoir observé qu'une étoile, il n'est pas crédité de sa découverte. Neptune est également observée par Michel Lefrançois de Lalande à deux reprises en 1795. et par John Herschel, fils de William Herschel, qui a auparavant découvert Uranus, en 1830, sans qu'ils ne notent non plus rien de particulier, la prenant aussi pour une étoile Fred William Price, , , 2000, ..
Les mathématiciens commencent dès 1788 à observer que la planète Uranus, récemment découverte, ne présente pas une orbite semblant se conformer aux modèles existants. Aussi, plus le temps passe et plus l'erreur entre la position annoncée de l'astre et celle relevée augmente. Jean-Baptiste Joseph Delambre tente d'expliquer les anomalies en ajoutant l'influence gravitationnelle de Jupiter et Saturne dans ses calculs. Ses tables sont alors plus précises, mais ne permettent toujours pas de prévoir le mouvement de la planète à long terme.. En 1821, l'astronome français Alexis Bouvard publie de nouvelles tables en utilisant étalées sur les écoulées depuis sa découverte pour tenter, en vain, d'expliquer l'orbite d'Uranus... Des observations ultérieures révèlent des écarts substantiels par rapport aux tables, conduisant Bouvard à émettre l'hypothèse qu'un corps inconnu perturberait l'orbite par interaction gravitationnelle..
Recherche d'une planète transuranienne vignette|redresse=0.5|gauche|alt=Photo en noir et blanc de John Couch Adams, le crâne très dégarni et vêtu d'un costume.|John Couch Adams. vignette|redresse=0.5|gauche|alt=Dessin représentant Urbain Le Verrier en costume.|Urbain Le Verrier. Lors d'une réunion de la , George Biddell Airy rapporte que les tables de Bouvard sont erronées de l'ordre d'une minute de degré.. Principalement, deux hypothèses s'opposent alors : celle de Bouvard sur l'existence d'une autre planète encore inconnue, qui pourrait affecter les mouvements d'Uranus, et celle d'une remise en cause de la loi universelle de la gravitation, proposée par Airy . Cependant, l'existence d'une nouvelle planète trans-uranienne fait consensus parmi les astronomes pour expliquer les perturbations du mouvement d'Uranus.
Étudiant à Cambridge, John Couch Adams trouve le le rapport d'Airy concernant le problème de l'orbite d'Uranus et est intéressé par la question. En 1843, une fois ses études finies, il se met au travail et s'appuie sur la loi de Titius-Bode pour obtenir une première approximation de la distance de cette nouvelle planète au Soleil. Dans la mesure où la plupart des planètes possèdent une orbite faiblement excentrique, il suppose également que son orbite est circulaire afin de simplifier les calculs. Il termine ses travaux deux ans plus tard, en ayant déterminé la position de Neptune avec une erreur de moins de deux degrés à la position réelle, mais il lui faut encore le confirmer par observation... James Challis, directeur de l'observatoire de Cambridge, le renvoie à l'astronome royal Sir George Biddell Airy. Celui-ci émet dans un premier temps des doutes sur les travaux de son jeune collègue N. Kollerstrom, , , 2001..
Parallèlement, en France, François Arago encourage le mathématicien Urbain Le Verrier, spécialisé en mécanique céleste, à déterminer les caractéristiques de cette huitième planète. Il commence ses travaux sur Uranus en 1845 et, ignorant totalement ceux d'Adams, utilise une méthode différente et indépendante, puis publie ses premiers résultats le dans Premier mémoire sur la théorie d'Uranus, puis dans Recherche sur les mouvements d'Uranus le ..
Airy, remarquant les travaux de l'astronome français, fait le parallèle avec ceux d'Adams et entre en contact avec Le Verrier. Ce dernier lui demande à son tour d'effectuer les recherches de la planète à l'aide des calculs qu'il vient de publier, mais Airy refuse. Finalement, sous la pression de George Peacock, Airy demande à James Challis le d'entreprendre la recherche du nouvel astre au télescope. Adams, informé par le directeur de Cambridge, fournit de nouvelles coordonnées à Challis, en précisant que l'objet serait de , mais Airy propose à Challis d'observer une large portion du ciel et jusqu'à une .. Cette méthode demande à Challis beaucoup plus de temps d'observation, d'autant plus qu'il ne dispose pas de cartes fiables de la zone à observer. Challis commence ses recherches le puis parcourt le ciel en août et en septembre, sans réussir à l'identifier..
Découverte de la planète vignette|alt=Schéma représentant les vecteurs expliquant l'influence de Neptune sur l'orbite d'Uranus.|Perturbations d'Uranus dues à la présence de Neptune (non à l'échelle). alt=Peinture d'un homme âgé faisant un léger sourire.|gauche|vignette|redresse=0.5|Johann Gottfried Galle. redresse=0.5|alt=Photo en noir et blanc d'un homme de trois quarts face, un œil légèrement fermé.|gauche|vignette|Heinrich Louis d'Arrest. Le Verrier communique ses résultats définitifs à l'Académie des sciences le . Devant le peu d'enthousiasme des astronomes français., il décide de faire appel à l'une de ses connaissances, l'astronome prussien Johann Gottfried Galle, de l'observatoire de Berlin. Heinrich d'Arrest, étudiant à l'observatoire, suggère à Galle de comparer une carte du ciel récemment dessinée de la région où se trouve l'emplacement prédit par Le Verrier avec le ciel actuel, pour rechercher le déplacement caractéristique d'une planète, par opposition à une étoile..
Le , Galle reçoit par lettre la position de la planète. Il découvre Neptune le soir même, en pointant son télescope à l'endroit indiqué ; elle se trouve alors à seulement un degré de l'emplacement calculé par Le VerrierJacques Gapaillard, « Neptune : l'erreur de Le Verrier », Pour la Science, , mai 2015.. Il l'observe à nouveau le lendemain, pour vérifier si l'astre a bien bougé, avant de confirmer qu'il s'agit bien de la planète recherchée. Triton, son plus gros satellite naturel, est découverte par William Lassell après Neptune..
alt=Photographie en noir et blanc d'un homme âgé en costume et de trois quarts face.|vignette|redresse=0.5|William Lassell. Outre-Manche, la déception est grande. Challis, en revoyant ses notes, découvre qu'il a observé Neptune deux fois, les 4 et , mais ne l'a pas reconnue comme une planète car il lui manquait une carte stellaire à jour et il était distrait par son travail simultané sur les observations de comètes.. Par ailleurs, une vive rivalité nationaliste s’élève entre les Français et les Britanniques afin d'attribuer la paternité de la découverte. Les Britanniques avancent les papiers d'Adams tandis que les Français réfutent en rappelant que seule une publication officielle peut valider la découverte, et refusent par principe que le nom d'Adams figure à côté de celui de Le Verrier dans les livres d'histoire. En , Adams et Le Verrier se rencontrent pour la première fois à la et entretiennent par la suite une relation amicale..