Непту́н — планета Сонячної системи, восьма за віддаленістю від Сонця. Вона четверта за розміром у Сонячній системі, третя за масою і належить до планет-гігантів. Її орбіта перетинається з орбітою Плутона в деяких місцях. Також орбіту Нептуна перетинає комета Галлея. Маса Нептуна у 17,2 раза, а діаметр екватора у 3,9 раза більший за земний. Планета названа на честь римського бога морів. Його астрономічний символ  — стилізована версія тризубця Нептуна.

Нептун було відкрито 23 вересня 1846 року, і він став першою планетою, виявленою завдяки математичним розрахункам. Припущення про наявність планети були пов'язані з непередбаченими змінами в орбіті Урана, гравітаційні сили якої могли призвести до появи цих відхилень. Згодом Нептун було знайдено неподалік розрахованого розташування. Незабаром було відкрито і його супутник Тритон, проте інші 14 супутників, які відомі зараз, були відкриті лише у XX столітті.

Повз Нептун пролітав тільки один космічний апарат — «Вояджер-2», 25 серпня 1989 року.

Нептун за своїм складом близький до Урана, а обидві ці планети відрізняються за складом від інших планет-гігантів — Юпітера та Сатурна. Інколи Уран та Нептун відносять до окремої категорії «крижаних гігантів». Атмосфера Нептуна, подібно до атмосфери Юпітера та Сатурна, складається переважно з водню та гелію. Сліди метану в зовнішніх шарах атмосфери є причиною синього забарвлення планети.

В атмосфері Нептуна бушують найсильніші вітри серед усіх планет Сонячної системи. Судячи зі спостережень «Вояджера-2», швидкість хмар може досягати 600 м/с. Температура у верхніх шарах атмосфери Нептуна — близько −225 °C. У центрі планети температура за різними оцінками становить приблизно 5100 °C, що відповідає температурі на поверхні Сонця та в ядрі більшості відомих планет. У Нептуна є слабка та фрагментована кільцева система, можливо, виявлена ще в 1960-ті роки, але достеменно підтверджена «Вояджером-2» лише в 1989 році.

У 1948 році на честь відкриття планети названо новий хімічний елемент під номером 93 — нептуній. 12 липня 2011 року минув рівно один нептуніанський рік (164,79 земного року) від часу відкриття Нептуна 23 вересня 1846 року.

Історія відкриття

Після того як у 1781 році Вільям Гершель відкрив Уран і розрахував параметри його орбіти, незабаром виявилися аномалії в русі цієї планети: він то «відставав» від розрахованого, то «випереджав» його. Орбіта Урана не відповідала закону Ньютона. Це навело на думку про існування за Ураном ще однієї планети, що могла б своїм гравітаційним тяжінням викривлювати траєкторію 7-ї планети. У 1832 році у звіті Британської Асоціації розвитку науки Джордж Ері, який згодом став королівським астрономом, відзначав, що за 11 років помилка в положенні Урана досягла майже пів хвилини дуги. Незабаром після опублікування звіту Ері одержав від британського астронома-аматора, преподобного доктора Хасея, лист, у якому висувалося припущення, що ці аномалії обумовлені впливом поки ще невідкритої «зауранової» планети. Очевидно, це було першою пропозицією шукати планету. Ері не схвалив ідею Хасея і пошуки не було розпочато.

Ще за рік до цього талановитий молодий студент Джон Адамс відзначив у своїх записах:На початку цього тижня з'явилася думка відразу ж після одержання ступеня взятися за дослідження аномалій руху Урана, що дотепер не пояснені. Треба знайти, чи можуть вони бути обумовлені впливом невідкритої планети і, якщо можливо, визначити хоча б приблизно елементи її орбіти, що може призвести до її відкриття.Адамс отримав можливість взятися до розв'язання цієї задачі лише за два роки й до жовтня 1843 року попередні обчислення було закінчено. Адамс вирішив показати їх Ері, проте зустрітися з королівським астрономом йому не вдалося. Адамс повернувся до Кембриджа, залишивши для Ері результати проведених розрахунків. З незрозумілих причин Ері відреагував на роботу Адамса негативно, ціною чого виявилася втрата Англією пріоритету у відкритті нової планети.

Незалежно від Адамса над проблемою зауранової планети працював у Франції інший вчений, Урбан Левер'є. 10 листопада 1845 року він надав Французькій академії наук результати свого теоретичного аналізу руху Урана, звернувши увагу на розбіжності між даними спостережень та розрахунків:Це можна пояснити впливом зовнішнього чинника, що я оціню в другому тракті.Такі оцінки були здійснені в першій половині 1846 року Левер'є надав указівки, де варто шукати нову планету.

Отримавши другий трактат Левер'є, Ері звернув увагу на збіг результатів досліджень Адамса і Левер'є, що стосуються руху гіпотетичної планети, яка «збурює» траєкторію Урана, і навіть підкреслив це на спеціальному засіданні Ради інспекторів Гринвіча. Але як і раніше він, не поспішав починати пошуки і став клопотатися про них лише в липні 1846 року, зрозумівши, яке обурення може викликати згодом його пасивність.

Тим часом 31 серпня 1846 року Левер'є закінчив ще одне дослідження, у якому було отримано остаточну систему елементів орбіти невідомої планети та зазначене її місце на небі. Обчислення його базувалися на результатах спостережень Юпітера, Сатурна і власне Урана. Але у Франції, як і в Англії, астрономи все ще не ставали до пошуків, і 18 вересня Левер'є звернувся до Йоганна Галле, асистента Берлінської обсерваторії, який 23 вересня разом зі студентом Генріхом д'Арре розпочав пошуки. У перший же вечір планету було виявлено, вона перебувала зовсім близько від вказаного місця. Звістка про відкриття планети «на кінчику пера» стала яскравим тріумфом небесної механіки й незабаром облетіла весь науковий світ. За сталою традицією планета одержала назву Нептун на честь античного бога.

Близько року між Францією та Англією йшла боротьба за пріоритет відкриття, до якої, як це часто буває, самі герої безпосереднього відношення не мали. Зокрема, між Адамсом і Левер'є встановилося повне порозуміння, і вони залишалися друзями до кінця життя.

Орбіта та обертання

Нептун рухається навколо Сонця еліптичною, близькою до кругової, орбітою (ексцентриситет 0,009). Його середня відстань від Сонця у 30 разів більша, ніж у Землі, і становить приблизно 4,5 млрд км (у середньому 30,1 астрономічної одиниці (а. о.), перигелій — 29,81 а. о., апогелій — 30,33 а. о.)Jean Meeus, Astronomical Algorithms (Richmond, VA: Willmann-Bell, 1998) 273. Supplemented by further use of VSOP87. The last three aphelia were 30.33 AU, the next is 30.34 AU. The perihelia are even more stable at 29.81 AU. Це значить, що світло від Сонця до Нептуна іде трохи більше ніж 4 години. Тривалість «нептуніанського року», тобто час одного повного оберту навколо Сонця — 164,8 земного року. У 2011 році Нептун вперше зробив повний оберт навколо Сонця з моменту його відкриття в 1846 році.

Осьовий нахил Нептуна — 28,32°, що близько до нахилу осі Землі (23,44°) та Марса (25,19°). Унаслідок цього планета відчуває схожі сезонні зміни. Через довгий орбітальний період Нептуна сезони тривають близько сорока років кожний. Нахил еліптичної площини обертання Нептуна відносно площини екліптики дорівнює 1,77°.

Власне обертання настільки швидке, що доба на Нептуні триває лише 16 годин. Оскільки Нептун не має твердої поверхні, його атмосфері властиве диференціальне обертання. Широка екваторіальна зона обертається з періодом приблизно 18 годин, що повільніше, ніж 16,1-годинне обертання магнітного поля планети. На противагу екватору, полярні області роблять оберт за 12 годин. Серед усіх планет Сонячної системи такий вид обертання найбільш яскраво виражений саме у Нептуна. Це призводить до сильного широтного зрушення вітрів.

Орбітальні резонанси

Нептун сильно впливає на вельми віддалений від нього пояс Койпера. Пояс Койпера — кільце з крижаних малих планет, подібне поясу астероїдів між Марсом і Юпітером, але набагато більш протяжне. Він розташовується в межах від орбіти Нептуна (30 а. о.) до 55 а. о. від Сонця. Гравітаційна сила Нептуна здійснює найбільш істотний вплив на пояс Койпера (зокрема в плані формування його структури), порівнянний із впливом сили тяжіння Юпітера на пояс астероїдів. За час існування Сонячної системи деякі області пояса Койпера були дестабілізовані гравітацією Нептуна, і в структурі пояса утворилися проміжки. Як приклад можна навести область між 40 і 42 а. о. і так званий провал Койпера на відстані 48 а. о.

Орбіти тіл, які можуть утримуватися в цьому поясі протягом досить довгого часу, визначаються віковими резонансами з Нептуном, а самі тіла — резонансними транснептуновими об'єктами. Для деяких орбіт цей час можна порівняти з часом існування Сонячної системи. Ці резонанси з'являються, коли період обертання об'єкта навколо Сонця співвідноситься з періодом обертання Нептуна як невеликі натуральні числа, наприклад, 1:2 або 3:4. Таким чином, об'єкти взаємно стабілізують свої орбіти. Якщо, наприклад, об'єкт здійснюватиме оберт навколо Сонця вдвічі повільніше Нептуна, то він пройде рівно половину шляху, тоді як Нептун повернеться у своє початкове положення.

Найщільніше населена частина пояса Койпера, що нараховує понад 200 відомих об'єктів, перебуває в резонансі 2:3 з Нептуном. Ці об'єкти здійснюють один оберт кожні 1½ оберту Нептуна і відомі як «плутино», тому що серед них присутній один із найбільших об'єктів пояса Койпера — Плутон. В інших, менш «населених», областях існують резонанси 3:4, 3:5, 4:7 і 2:5.

Фізичні характеристики Нептун має масу 1,0243 кг і за цією характеристикою займає серединне становище між Землею та газовими гігантами: Нептун в 17 разів важчий за Землю і в 19 разів легший за Юпітер. Його екваторіальний радіус дорівнює 24 764 км, приблизно вчетверо більший за земний. Прискорення вільного падіння на поверхні цієї планети (на рівні тиску 1 бар) у середньому в 1,14 раза більше за земне, серед планет Сонячної системи більше має лише Юпітер. Середня густина Нептуна (~1660 кг/м³), що майже втричі менше за земну.

Нептун має магнітне поле, напруженість якого на полюсах приблизно вдвічі більша ніж на Землі. Температура планети на висоті із тиском, що дорівнює земному, становить близько 72 К. Ядро Нептуна, ймовірно, складається із заліза, нікелю та силікатів, а модель структури планети передбачає масу ядра приблизно в 1,2 земної маси. Тиск у центрі становить 7 Мбар (700 ГПа), приблизно вдвічі вище, ніж у центрі Землі, а температура може становити 5400 К.

Нептун, як і Уран вважається крижаним гігантом. Це субклас газових гігантів, які вирізняються меншими розмірами та більшою концентрацією летучих газів, ніж, наприклад, на Юпітері та Сатурні. В екзопланетології Нептун став метонімом: нептунами називають клас екзопланет зі схожими на Нептун масами, аналогічно до того як юпітерами називають планети із масами близькими або більшими за масу Юпітера.

Формування та міграція

Для формування крижаних гігантів — Нептуна й Урана — виявилося важко створити точну модель. Сучасні моделі вважають, що густина речовини в зовнішніх ділянках Сонячної системи була надто низькою для формування таких великих тіл традиційним методом акреції речовини на ядро. Щоб пояснити еволюцію Урана й Нептуна, було висунуто багато гіпотез.

Одна з них вважає, що обидва крижаних гіганти сформувалися не методом акреції, а утворилися всередині початкового протопланетного диска через його нестабільність, і пізніше їхні атмосфери «здуло» вибухом масивної зорі класу O або B.

Інша концепція полягає в тому, що Уран і Нептун сформувалися близько до Сонця, де густина речовини була вищою, і лише згодом вони пересунулися на поточні орбіти. Гіпотеза пересування Нептуна дає змогу пояснити поточні резонанси в поясі Койпера, особливо резонанс 2:5. Коли Нептун рухався назовні, він взаємодіяв з об'єктами протопоясу Койпера, створюючи нові резонанси й хаотично змінюючи наявні орбіти. Вважається, що об'єкти розсіяного диска опинилися в поточному становищі через резонансну взаємодію, створену міграцією Нептуна.