Nettuno è l’ottavo e più lontano pianeta del Sistema solare, partendo dal Sole. Si tratta del quarto pianeta più grande, considerando il suo diametro, e addirittura il terzo se si considera la sua massa. Esso ha una massa diciassette volte superiore a quella della Terra ed è leggermente più massiccio e denso del suo quasi gemello Urano.
Scoperto il 23 settembre 1846, Nettuno fu il primo pianeta ad essere stato trovato tramite dei calcoli matematici più che attraverso delle regolari osservazioni: alcuni cambiamenti insoliti nell’orbita di Urano lasciarono credere agli astronomi che ci fosse un pianeta sconosciuto che ne perturbasse l’orbita.
Il pianeta fu scoperto entro appena un grado dal punto predetto. La luna Tritone fu individuata poco dopo, ma nessun altro dei 12 satelliti naturali di Nettuno fu scoperto prima del XX secolo. Il pianeta è stato visitato da una sola sonda spaziale, la Voyager 2, che transitò vicino ad esso il 25 agosto 1989.
Nettuno ha una composizione simile a quella di Urano ed entrambi hanno composizioni differenti da quelle dei più grandi pianeti gassosi, Giove e Saturno. A causa di ciò, talvolta gli astronomi collocano questi due pianeti “minori” in una categoria separata, i cosiddetti “giganti ghiacciati”.
L’atmosfera di Nettuno, sebbene sia simile a quella di Giove e Saturno, essendo composta principalmente da idrogeno ed elio, possiede, in proporzione, una quota maggiore di “ghiacci”, come acqua, ammoniaca e metano, assieme a tracce di idrocarburi e forse azoto. L’interno del pianeta è composto essenzialmente da ghiacci e rocce come il suo simile Urano. Le tracce di metano presenti negli strati più esterni dell’atmosfera contribuiscono a conferire al pianeta Nettuno il suo caratteristico colore azzurro intenso.
Su Nettuno si generano fenomeni ventosi superiori a quelli che si verificano negli altri pianeta nel Sistema solare: sono state misurate raffiche superiori ai 2100 km/h. All’epoca del sorvolo da parte della Voyager 2, nel 1989, l’emisfero sud del pianeta presentava una Grande Macchia Scura, comparabile alla Grande Macchia Rossa di Giove; la temperatura delle nubi più alte di Nettuno è di circa -218°C, una delle più fredde del Sistema solare, a causa della grande distanza dal Sole.
La temperatura al centro del pianeta è intorno ai 7×103 °C (circa 7×103 K), comparabile con la temperatura superficiale del Sole e simile a quella del nucleo di molti altri pianeti conosciuti. Il pianeta possiede inoltre un debole e frammentario sistema di anelli, ipotizzato negli anni sessanta ma confermato solo dalla Voyager 2.
Nettuno, osservato dalla terra con un potente telescopio, appare come un piccolo disco bluastro dal diametro apparente di 2,2–2,4 secondi d’arco, simile nell’aspetto ad Urano. Il colore è dovuto alla presenza di metano nell’atmosfera nettuniana, in ragione del 2%. Si è avuto un netto miglioramento nello studio visuale del pianeta da Terra con l’avvento del Telescopio spaziale Hubble e dei grandi telescopi a terra con ottiche adattive.
Fra il 2010 ed il 2011 Nettuno ha compiuto la sua prima orbita attorno al Sole dal 1846, quando venne scoperto da Johann Galle. Con una massa di 1,0243×1026 kg, Nettuno è un corpo intermedio fra la Terra ed i grandi giganti gassosi: il raggio equatoriale del pianeta è di 24,764 km, ossia circa quattro volte maggiore di quello della Terra. Nella ricerca di pianeti extrasolari Nettuno è stato usato come termine di paragone e i pianeti scoperti con una massa simile sono, per l’appunto, detti “pianeti nettuniani”.
La struttura interna di Nettuno ricorda quella di Urano; la sua atmosfera forma circa il 5-10% della massa del pianeta, estendendosi dal 10 al 20% del suo raggio, dove raggiunge pressioni di circa 10 gigapascal. Nelle regioni più profonde sono state trovate delle concentrazioni crescenti di metano, ammoniaca e acqua. Gradualmente, questa regione più calda e oscura si condensa in un mantello liquido surriscaldato, dove le temperature raggiungono valori compresi fra i 2000 K ed i 5000 K.
Il mantello possiede una massa di 10-15 masse terrestri ed è ricco di acqua, ammoniaca, metano ed altre sostanze. Come è solito nelle scienze planetarie, questa mistura è chiamata “ghiacciata”, sebbene sia in realtà un fluido caldo e molto denso; questo fluido, che possiede un’elevata conducibilità elettrica, è talvolta chiamato “oceano di acqua e ammoniaca”. Alla profondità di 7000 km, lo scenario potrebbero essere quello in cui il metano si decompone in cristalli di diamante e precipita verso il centro.
Il nucleo planetario è composto da ferro, nichel e silicati e i modelli indicano una massa di circa 1,2 masse terrestri. La pressione del nucleo è di 7 megabar, milioni di volte superiore a quella della superficie terrestre, e la temperatura potrebbe essere sui 5400 K. Ad alta quota, l’atmosfera di Nettuno è formata per l’80% da idrogeno e per il 19% da elio.
Nettuno ha un sistema di anelli planetari, uno dei più sottili del Sistema solare; gli anelli potrebbero consistere in particelle legate con silicati o materiali composti da carbonio, che conferisce loro un colore tendente al rossastro. In aggiunta al sottile Anello Adams, collocato a 63000 km dal centro del pianeta, si trova l’Anello Leverrier a 53000 km, ed il suo più vasto e più debole Anello Galle a 42000 km. Un’estensione più lontana di quest’ultimo anello, chiamata Lassell, è legata al suo bordo più esterno dall’Anello Arago, a 57000 km.
Il primo di questi anelli planetari fu scoperto nel 1968 da un gruppo di ricerca guidato da Edward Guinan, ma solo in seguito si è iniziato a pensare che quest’anello potesse essere incompleto. Evidenze che nell’anello ci fossero delle interruzioni giunsero durante un’occultazione stellare nel 1984, quando gli anelli oscurarono una stella in immersione ma non in emersione. Immagini della sonda Voyager 2 prese nel 1989 mostrarono, invece, che gli anelli di Nettuno erano molteplici; questi anelli hanno una struttura a gruppi, la cui originr non è ben compresa, anche se si ipotizza che potrebbe essere dovuta all’interazione gravitazionale con le piccole lune in orbita nei pressi.
L’anello più interno, Adams, contiene cinque archi maggiori chiamati Courage, Liberté, Egalité 1, Egalité 2, and Fraternité. Gli astronomi ritengono che gli archi siano rinchiusi entro le loro forme attuali a causa degli effetti gravitazionali di Galatea, una luna posta all’interno dell’anello.
L’assorbimento della luce rossa da parte del metano atmosferico contribuisce a conferire a Nettuno il suo caratteristico colore azzurro intenso, sebbene esso differisca dal più tenue acquamarina tipico di Urano. Dato che la quantità di metano contenuta nell’atmosfera di Nettuno è simile proprio a quella di Urano, ci dev’essere qualche altra sostanza non conosciuta che contribuisce in modo determinante a conferire questa tonalità così intensa al pianeta.
L’atmosfera è suddivisa in due regioni principali: la bassa troposfera, dove la temperatura decresce con l’altitudine, e la stratosfera, dove, al contrario, la temperatura aumenta con l’altitudine. I modelli suggeriscono che la troposfera di Nettuno sia attraversata da nubi di varia composizione a seconda dell’altitudine; il livello superiore di nubi si trova a pressioni inferiori a 1 bar, dove la temperatura è adatta alla condensazione del metano. Con pressioni fra 1 e 5 bar si crede si formino nubi di ammoniaca e acido solfidrico mentre oltre i 5 bar di pressione le nubi potrebbero essere costituite da ammoniaca, solfato d’ammonio ed acqua. Le nubi più profonde di ghiaccio d’acqua potrebbero formarsi a pressioni attorno ai 50 bar, dove la temperatura raggiunge i 0°C.
Ancora più in profondità, si potrebbero trovare delle nubi di ammoniaca e acido solfidrico. Sono state osservate nubi d’alta quota su Nettuno che formano delle ombre sopra l’opaco manto nuvoloso sottostante. Ci sono anche delle bande di nubi d’alta quota che circondano il pianeta a latitudini costanti, disposte a circonferenza con spessori di 50-150 km, che si trovano a circa 50-110 km sopra il manto nuvoloso sottostante.
Lo spettro di Nettuno suggerisce che i suoi strati atmosferici inferiori siano nebbiosi a causa della concentrazione di prodotti della fotolisi ultravioletta del metano, quali l’etano e l’acetilene. L’atmosfera contiene anche tracce di monossido di carbonio e acido cianidrico e la stratosfera del pianeta è più tiepida di quella di Urano a causa dell’elevata concentrazione di idrocarburi.
Per ragioni ancora non conosciute, la termosfera planetaria possiede una temperatura insolitamente alta, pari a circa 750 K. Insolitamente perché il pianeta è troppo lontano dal Sole per ipotizzare che il calore sia generato dalla radiazione ultravioletta; una possibilità per spiegare il meccanismo di riscaldamento è l’interazione atmosferica fra ioni nel campo magnetico del pianeta. Un’altra possibile causa potrebbero essere le onde di gravità che dall’interno si disperdono nell’atmosfera.
La termosfera contiene tracce di diossido di carbonio ed acqua, che potrebbero provenire da sorgenti esterne, come meteoriti e polveri. Una differenza fra Nettuno e Urano è il livello tipico di attività meteorologica. Quando la sonda spaziale Voyager 2 sorvolò Urano, nel 1986, esso era visivamente privo di attività atmosferica al contrario di Nettuno che mostrava notevoli fenomeni climatici durante il sorvolo della sonda, avvenuto tre anni dopo.
Il tempo meteorologico di Nettuno è caratterizzato da sistemi tempestosi estremamente dinamici, con venti che raggiungono la velocità quasi supersonica di 600 m/s e, on molti casi, si muovono in direzione opposta rispetto a quella di rotazione. Il livello generale dei venti mostra una rotazione prograda alle alte latitudini e retrograda alle basse latitudini; la differenza della direzione dei flussi ventosi si crede sia un effetto superficiale quindi non dovuto ad alcun processo atmosferico più profondo.
Con questo articolo concludiamo il nostro tour dei pianeti maggiori. Prossimamente ci allontaneremo sempre più dal nostro sole, avventurandoci nella zona post nettuniana dalla fascia di Kuiper fino alla Nube di Oort.
