ネプチューン

ネプチューン

ボイジャー2号が捉えた海王星の本来の色[1]。天王星と同様に、海王星は落ち着いた外観をしており、中心部にある大暗斑GDS-89 [a]など、いくつかの嵐がまだ見受けられる。
発見[2]
発見者	ヨハン・ガレ ユルバン・ル・ヴェリエ ジョン・カウチ・アダムス
発見日	1846年9月23日
指定
発音	アメリカ: / ˈ n ɛ p t uː n / ⓘ、 イギリス：/- tj uː n /[3]
名前の由来	ラテン語のNeptunus 、フランス語のNeptune経由
形容詞	海王星人 ( / n ɛ p ˈ tj uː n i ən / )、[4]ポセイディアン[5]
シンボル	歴史的にも
軌道特性[6] [b]
エポック J2000
遠日点	30.33  AU (45.4億km)
近日点	29.81 AU (44.6億km)
半長軸	30.07 AU (45億km)
偏心	0.008 678
軌道周期（恒星）	164.8年 60,195日 89,666海王星太陽日[7]
軌道周期（朔望周期）	367.49日[8]
平均軌道速度	5.43 km/s [8]
平均異常	259.883°
傾斜	黄道まで1.770°、太陽の赤道 まで6.43° 、不変面まで0.74° [9]
昇交点の経度	131.783°
近日点通過時刻	2042年9月4日[10]
近日点の議論	273.187°
既知の衛星	16
身体的特徴
平均半径	24,622 ± 19 km [11] [c]
赤道半径	24,764 ± 15 km [11] [c] 3.883 地球
極半径	24,341 ± 30 km [11] [c] 3.829 地球
平坦化	0.0171 ± 0.0013
表面積	7.6187 × 10 9  km 2 [12] [c] 14.98 地球
音量	6.253 × 10 13  km 3 [8] [c] 57.74 地球
質量	1.024 09 × 10 26  kg [8] 17.147 地球 5.15 × 10−5 サンズ
平均密度	1.638 g/cm3 [ 8] [d]
表面重力	11.15 m/s 2 (1.137  g 0 ) [8] [c]
慣性モーメント係数	0.23 [13] (推定)
脱出速度	23.5 km/s [8] [c]
朔望周期	0.671 25 日 16時間6分36秒[7]
恒星回転周期	0.6713日[8] 16時間6分36秒
赤道回転速度	2.68 km/s [14]
軸傾斜	28.32°（軌道まで）[8]
北極赤経	19時間57分20秒[11] 299.36° [15]
北極の偏角	43.46° [15]
アルベド	0.290 (結合) [16] 0.442 (幾何学) [17]
表面温度 分 平均 最大 1バールレベル 72  K (-201 °C) [8] 0.1バール（10kPa） 55K  （−218℃） [ 8 ]
見かけの等級	7.67 [18]から 8.00 [18]
絶対等級 （H）	−6.9 [19]
角直径	2.2～2.4インチ[8] [20]
雰囲気[8]
スケールの高さ	19.7 ± 0.6 キロ
体積構成	80% ± 3.2% 水素 ヘリウム19% ± 3.2% 1.5% ± 0.5% メタン 重水素約0.019% エタン約0.00015% 氷のような揮発性物質: アンモニア 水氷 硫化アンモニウム メタン氷（？）

海王星は太陽から8番目に遠い既知の惑星である。直径では太陽系で4番目に大きく、3番目に質量が大きく、最も密度の高い巨大惑星である。質量は地球の17倍で、同じく氷の巨星である天王星よりもわずかに質量が大きいが、密度が高く小さい。主にガスと液体で構成されているため^[21] 、明確な固体表面はなく、164.8 年に1回、軌道距離30.1天文単位（45億キロメートル、28億マイル）で太陽の周りを回っている。ローマ神話の海の神にちなんで名付けられ、天文記号は ネプチューンのトライデントを表す。^[e ]

海王星は肉眼では見えず、太陽系で唯一、直接的な経験的観測ではなく間接的な観測から導かれた数学的予測によって発見された惑星である。このとき、天王星の軌道の予期せぬ変化から、アレクシス・ブヴァールは、その軌道が未知の惑星による重力摂動を受けているという仮説を立てた。ブヴァールの死後、海王星の位置は、ジョン・カウチ・アダムスとユルバン・ルヴェリエによって独立にブヴァールの観測から予測された。その後、1846年9月23日^[2]にヨハン・ゴットフリート・ガレが望遠鏡で海王星を直接観測し、ルヴェリエの予測した位置から1度以内であった。最大の衛星トリトンはその直後に発見されたが、残りの衛星は20世紀まで望遠鏡で発見されなかった。

地球からの距離により、この惑星の見かけの大きさは小さく、また太陽からの距離により非常に暗いため、地上の望遠鏡で研究するのは困難である。ハッブル宇宙望遠鏡と補償光学を備えた大型地上望遠鏡の登場によってのみ、詳細な観測が可能になった。海王星は、1989年8月25日にこの惑星を通過したボイジャー2号によって訪問された。ボイジャー2号は、この惑星を訪れた唯一の宇宙船である。^{[22] [23]}ガス惑星（木星と土星）と同様に、海王星の大気は主に水素とヘリウムで構成されており、微量の炭化水素とおそらく窒素も含まれるが、水、アンモニア、メタンなどの氷の割合が高い。天王星と同様に、その内部は主に氷と岩石でできている。^[24]両方の惑星は通常、区別するために「氷惑星」と見なされる。^[25]レイリー散乱に加え、最外層に微量のメタンの痕跡があるため、海王星は淡く青く見える。^{[26] [27]}

天王星の強い季節性大気は長期間にわたって特徴のない状態になることがあるが、これとは対照的に、海王星の大気は活発で一貫して気象パターンが見られる。 1989年のボイジャー2号の接近時には、この惑星の南半球には木星の大赤斑に匹敵する大暗斑があった。2018年には、より新しい主な暗斑とより小さな暗斑が特定され、研究された。^[28]これらの気象パターンは、太陽系のどの惑星よりも強い持続的な風によって駆動されており、その風速は2,100 km/h（580 m/s、1,300 mph）にも達する。^[29]太陽から遠いため、海王星の外層大気は太陽系で最も寒い場所の1つであり、雲頂の温度は55  K（-218  °C、-361  °F）に近づく。惑星の中心の温度は約5,400 K（5,100 °C、9,300 °F）です。^{[30] [31]}海王星には、1984年に発見され、ボイジャー2号によって確認された、かすかで断片化されたリングシステム（「アーク」と呼ばれる）があります。^[32]

最も古い望遠鏡による観測として知られる、1612年12月28日と1613年1月27日（新暦）のガリレオの描画には、その日付の海王星の位置であったことが現在わかっているものと一致する点がプロットされている。どちらの場合も、夜空で海王星が木星の近くに（合の状態で）現れたため、ガリレオは海王星を恒星と間違えたようである。^[33]そのため、彼は海王星の発見者として認められていない。1612年12月の最初の観測では、海王星はその日に逆行に転じたばかりだったため、空でほぼ静止していた。この見かけ上の逆行は、地球の軌道が海王星を外惑星のそばを通過するときに生じる。海王星は1年に1度の逆行周期を始めたばかりだったため、惑星の動きはガリレオの小さな望遠鏡で検出するには小さすぎた。^[34] 2009年の研究では、ガリレオは少なくとも彼が観測した「星」が恒星に対して動いていることを認識していたことが示唆された。^[35]

1821年、アレクシス・ブーヴァールは天王星の軌道の天文表を出版した。^[36]その後の観測で表から大幅に逸脱していることが明らかになり、ブーヴァールは未知の物体が重力相互作用によって軌道を乱しているという仮説を立てた。 ^[37] 1843年、ジョン・カウチ・アダムズは彼が持っていたデータを使って天王星の軌道の研究を始めた。彼は王立天文学者のジョージ・エアリー卿に追加データを要求し、エアリー卿は1844年2月にそれを提供した。アダムズは1845年から1846年にかけて研究を続け、新しい惑星に関するいくつかの異なる推定値を生み出した。^{[38] [39]}

1845年から1846年にかけて、ユルバン・ルヴェリエはアダムズとは独立して独自の計算を行ったが、同胞の間では熱狂を呼ばなかった。1846年6月、ルヴェリエが初めて公表した惑星の経度の推定値とそれがアダムズの推定値に似ているのを見て、エアリーはジェームズ・チャリスに惑星を探すよう説得した。チャリスは8月から9月にかけて空を無駄に捜索した。^{[37] [40]チャリスは実は、その後の惑星発見者である}ヨハン・ゴットフリート・ガレより1年前に海王星を観測しており、1845年8月4日と12日の2回観測していた。しかし、彼の星図は古く、観測技術も貧弱だったため、後の分析を行うまで観測結果をそのように認識できなかった。チャリスは自責の念に駆られたが、地図の作成を怠ったことと、同時に行っていた彗星観測の仕事に気を取られていたことを責めた。^{[41] [37] [42]}

一方、ルヴェリエは手紙を送り、ベルリン天文台の天文学者ガレに天文台の屈折望遠鏡で探すよう促した。天文台の学生ハインリヒ・ダレストはガレに、ルヴェリエが予測した位置の地域の最近描かれた空図と現在の空を比較して、恒星ではなく惑星の変位特性を探すことができると提案した。ガレが手紙を受け取った1846年9月23日の夕方、彼は海王星をみずがめ座イオタのちょうど北東に発見した。これは、ルヴェリエが予測した「やぎ座デルタの東5度」の位置から1度、 ^{[43] [44]アダムスの予測から約12度離れており、現代の}IAU星座境界によれば、みずがめ座とやぎ座の境界にあった。

この発見を受けて、フランスとイギリスの間では誰がこの発見の功績をたたえられるかをめぐって国家主義的な対立が起こった。最終的に、ルヴェリエとアダムズが共同で功績をたたえられるという国際的な合意が生まれた。^[45] 1966年以来、デニス・ローリンズはアダムズの共同発見の主張の信憑性に疑問を呈しており、この問題は1998年に「ネプチューン文書」（歴史文書）がグリニッジ王立天文台に返還されたことで歴史家によって再評価された。^{[46] [47]}

発見されて間もなく、海王星は単に「天王星の外側の惑星」または「ル・ヴェリエの惑星」と呼ばれていました。名前の最初の提案はガレによるもので、彼はヤヌスという名前を提案しました。イギリスでは、チャリスがオケアヌスという名前を提案しました。^[48]

ルヴェリエは、自分の発見に名前を付ける権利があると主張し、この新しい惑星に海王星という名前をすぐに提案したが、これはフランスの経度局によって正式に承認されたと虚偽の主張をした。^[49] 10月、彼は自分の名をとってこの惑星にルヴェリエという名前をつけようとし、天文台長のフランソワ・アラゴからこれに忠実な支持を得た。この提案はフランス国外で強固な抵抗に遭った。^{[50]フランスの年鑑は、天王星の発見者であるウィリアム}・ハーシェル卿にちなんで ハーシェルという名前をすぐに再導入し、新しい惑星にはルヴェリエという名前をつけた。 ^[51]

1846年12月29日、シュトルーベはサンクトペテルブルク科学アカデミーにおいて、望遠鏡で見た惑星の色にちなんでネプチューンという名前を支持する立場を表明した。 ^{[52] [53]すぐ}にネプチューンは国際的に認められた名前となった。ローマ神話では、ネプチューンは海の神であり、ギリシャ神話のポセイドンと同一視されていた。神話にちなんだ名前を求める声は、他の惑星の命名法と一致しているようで、他の惑星はすべてギリシャ神話やローマ神話の神々にちなんで名付けられていた。^{[f] [54]}

今日、ほとんどの言語では、この惑星の名前として「海王星」の何らかの変形が使われている。中国語、ベトナム語、日本語、韓国語では、この惑星の名前は「海王星」と翻訳された。 [ ^{55] [56]}モンゴル語では、海王星は海の支配者としての同名の神の役割を反映して、ダライン・ヴァン（Далайн ван）と呼ばれている。現代ギリシャ語では、この惑星は、ギリシャの海王星に相当するポセイドン（Ποσειδώνας、ポセイドナス）と呼ばれている。^[57] ヘブライ語では、ラテン語のネプチューン（נפטון）が一般的に使用されているにもかかわらず、2009年にヘブライ語アカデミーが管理する投票で、聖書の詩篇に登場する海の怪物にちなんでラハブ（רהב）がこの惑星の正式名称として選ばれました。^{[58] [59]}マオリ語では、この惑星はマオリの海の神にちなんでタンガロアと呼ばれています。^[60]ナワトル語では、この惑星は雨の神トラロックにちなんでトラロクチトラリと呼ばれています。^[60]タイ語では、海王星は西洋風の名前であるダオ・ネプチュン/ネプジュン（ดาวเนปจูน）で呼ばれるが、ヒンドゥー占星術で役割を果たす月の下降ノードであるケートゥ（केतु ）にちなんでダオ・ケット（ดาวเกตุ、文字通り「ケートゥの星」 ）とも呼ばれる。マレー語では、ヒンドゥー教の海の神にちなんでワルナという名前が1970年代にまで遡ることが確認されているが、^[61]最終的にはラテン語の同義語であるネプチューン（マレーシア語^[62]）またはネプトゥヌス（インドネシア語^[63]）に取って代わられた。  

通常の形容詞形はNeptunianである。Poseidonからの臨時形Poseidean（/ p ə ˈ s aɪ d i ən /）も使用されたことがあるが^[5]、Poseidonの通常の形容詞形はPoseidonian（/ ˌ p ɒ s aɪ ˈ d oʊ n i ən / ）である。^[64]

1846年の発見から1930年の冥王星の発見まで、海王星は最も遠い既知の惑星でした。冥王星が発見されたとき、それは惑星とみなされ、海王星は2番目に遠い既知の惑星になりました。ただし、1979年から1999年の20年間は、冥王星の軌道が海王星よりも太陽に近づき、この期間中、海王星は太陽から9番目の惑星になりました。^{[65] [66]冥王星の質量が}地球の10倍から月よりもはるかに少ないとますます正確に推定され、 ^{[67] 1992年に}カイパーベルトが発見されたことで、多くの天文学者が冥王星を惑星と見なすべきか、カイパーベルトの一部と見なすべきかを議論するようになりました。^{[68] [69]} 2006年に国際天文学連合は 「惑星」という言葉を初めて定義し、冥王星を「準惑星」に再分類し、海王星を再び太陽系で最も外側の既知の惑星とした。^[70]

海王星の質量は1.0243 × 10²⁶  kg ^{[8] は、地球とより大きな}ガス惑星の中間で、地球の17倍ですが、木星のわずか1/19です。 ^[g] 1 barでの重力は11.15 ^{m/s 2 で}、地球の表面重力の1.14倍です。 ^[71]これを上回るのは木星だけです。 ^[72]海王星の赤道半径は24,764 km ^[11]で、地球のほぼ4倍です。 海王星は天王星と同様に氷巨星であり、巨大惑星のサブクラスです木星や土星よりも小さく、揮発性物質の濃度が高いためです。 ^[73]太陽系外惑星の探索では、海王星は換喩として使用されてきました。同様の質量の発見された天体はしばしば「海王星」と呼ばれます。 ^[74]科学者がさまざまな太陽系外天体を「木星」と呼ぶのと同じです。

海王星の内部構造は天王星に似ている。大気は質量の約5～10%を占め、核に向かって10～20%ほど広がっている。大気の圧力は約10GPa  、つまり約105^気圧に達する。大気の下層部ではメタン、アンモニア、水の濃度が上昇している。 ^[30]

マントルは地球の10～15倍の質量に相当し、水、アンモニア、メタンが豊富に含まれています。^[2]惑星科学では慣例的に、この混合物は高温で高密度の超臨界流体であるにもかかわらず、氷と呼ばれます。この流体は電気伝導率が高く、水アンモニアの海と呼ばれることもあります。^{[75]マントルは、水分子が水素イオンと}酸素イオンのスープに分解されるイオン水の層と、より深いところにある超イオン水の層で構成されている可能性があり、その中で酸素は結晶化しますが、水素イオンは酸素格子内を自由に浮遊しています。^[76]深さ7,000 kmでは、メタンがダイヤモンドの結晶に分解し、雹のように雨が降るような条件が整っている可能性があります。^{[77] [78] [79]}科学者は、この種のダイヤモンドの雨が木星、土星、天王星で発生すると考えています。^{[80] [78]}ローレンス・リバモア国立研究所での超高圧実験では、マントルの上部は固体の「ダイヤモンド」が浮かぶ液体炭素の海である可能性があることが示唆されている。^{[81] [82] [83]}

海王星の核は鉄、ニッケル、ケイ酸塩で構成されていると考えられており、内部モデルでは質量が地球の約1.2倍とされている。^[84]中心部の圧力は7  Mbar（700 GPa）で、地球中心部の約2倍であり、温度は5,400 K（5,100 °C、9,300 °F）である可能性がある。^{[30] [31]}

高高度では、海王星の大気は水素80%、ヘリウム19%である。^[30]微量のメタンが存在する。メタンの顕著な吸収帯は、スペクトルの赤色および赤外線部分である600nm以上の波長に存在する。天王星と同様に、大気中のメタンによる赤色光の吸収は、海王星に淡い青色を与える一因であり、^[86]天王星の大気中の濃縮されたもやのために海王星ではより顕著である。^{[87] [88]}

海王星の大気は、高度とともに温度が低下する下層対流圏と、高度とともに温度が上昇する成層圏の2つの主要な領域に分かれています。両者の境界である対流圏界面は、圧力が0.1バール（10 kPa）にあります。^[25]成層圏は、圧力が10 ⁻⁵～ 10 ⁻⁴ バール（1 ～ 10 Pa）未満の熱圏に移行します。 ^[25]熱圏は徐々に外気圏に移行します。^[89]

モデルによれば、海王星の対流圏は高度に応じてさまざまな組成の雲で覆われている。^[85]上層の雲は1バール未満の圧力にあり、その温度はメタンの凝縮に適している。1～5バール（100～500 kPa）の圧力では、アンモニアと硫化水素の雲が形成されると考えられる。5バール以上の圧力では、雲はアンモニア、硫化アンモニウム、硫化水素、水で構成される可能性がある。水氷のより深い雲は、圧力が約50バール（5.0 MPa）のときに見つかり、温度は273 K（0 °C、32 °F）に達する。その下には、アンモニアと硫化水素の雲が見つかる可能性がある。^[90]

海王星の高高度雲が、その下の不透明な雲層に影を落としているのが観測されている。一定の緯度で惑星を囲む高高度雲帯がある。これらの円周帯の幅は50～150 kmで、雲層から約50～110 km上にある。^[91]これらの高度は、天候が発生する層、つまり対流圏にある。高層成層圏や熱圏では天候は発生しない。2023年8月、海王星の高高度雲が消失したことから、ハッブル宇宙望遠鏡と地上望遠鏡による30年にわたる観測に基づく研究が行われた。この研究では、海王星の高高度雲の活動は太陽の周期に縛られており、惑星の季節には関係ないことが判明した。^{[85] [92] [93]}

海王星のスペクトルは、メタンの紫外線分解生成物であるエタンやエチンの凝縮により、下層成層圏が霞んでいることを示唆している。^{[25] [30]成層圏には微量の}一酸化炭素とシアン化水素が存在する。^{[25] [94]}海王星の成層圏は炭化水素の濃度が高いため、天王星の成層圏よりも暖かい。^[25]

理由は不明であるが、この惑星の熱圏は異常に高温で、約 750 K (477 °C; 890 °F) である。^{[95] [96]この熱が}紫外線によって発生するには、惑星は太陽から遠すぎる。加熱メカニズムの候補の 1 つは、惑星の磁場内のイオンと大気の相互作用である。他の候補としては、内部からの重力波が大気中に消散する。熱圏には二酸化炭素と水の痕跡が含まれており、隕石や塵などの外部源から堆積した可能性がある。^{[90] [94]}

海王星の大気は光学スペクトルでは淡い青色で、天王星の大気の青色よりわずかに彩度が高いだけである。2つの惑星の初期のレンダリングでは、海王星の色のコントラストが「雲、帯、風をよりよく見せるため」に大幅に誇張され、天王星のオフホワイトに比べて深い青色に見えるようにされていた。2つの惑星は異なるシステムで撮影されたため、結果として得られた合成画像を直接比較することは困難であった。これは時間の経過とともに色が標準化され、最も包括的に行われたのは2023年後半であった。^{[88] [97]}

• 
  ボイジャー2号からのオリジナルの2色（オレンジと緑）NASA/JPL画像、色彩を誇張して表現^[98]
• 
  2016年に色彩の再調整（ジャスティン・カワート）され、コントラストの強化が維持された^[99]
• 
  2023年に再調整された色（パトリック・アーウィン）は、実際の色に近似している^[100]

海王星の磁気圏は、自転軸に対して 47° 大きく傾いた磁場と、惑星の物理的中心から少なくとも半径 0.55 (約 13,500 km) 離れた磁場で構成されており、天王星の磁気圏に似ています。ボイジャー 2 号が海王星に到着する前は、天王星の横向きの自転が磁気圏の傾きの原因であると仮定されていました。2 つの惑星の磁場を比較して、科学者は現在、この極端な向きは惑星内部の流れの特徴である可能性があると考えています。この磁場は、導電性液体 (おそらくアンモニア、メタン、水の組み合わせ)の薄い球殻内の対流流体運動によって生成され、 ^[90]ダイナモ作用を引き起こしている可能性があります。^[101]

海王星の磁気赤道における磁場の双極子成分は約 14 マイクロテスラ(0.14  G ) である。^[102]海王星の双極子磁気モーメントは約 2.2 × 10 ¹⁷  T·m ³ (14 μT· R _N ³、ここでR _Nは海王星の半径) である。海王星の磁場は複雑な形状をしており、双極子モーメントを超える強さの四極子モーメントなど、非双極子成分からの寄与が比較的大きい。対照的に、地球、木星、土星の四極子モーメントは比較的小さく、それらの磁場は極軸からそれほど傾いていない。海王星の大きな四極子モーメントは、惑星の中心からのオフセットと磁場のダイナモジェネレータの幾何学的制約の結果である可能性がある。^{[103] [104]}

ボイジャー2号による極端紫外線と電波の測定により、海王星には微弱ではあるが複雑で独特なオーロラがあることが明らかになった。しかし、これらの観測は時間的に制限されており、赤外線は含まれていなかった。その後ハッブル宇宙望遠鏡を使用した天文学者たちは、天王星のより明確なオーロラとは対照的に、海王星のオーロラを垣間見ることはできなかった。^{[105] [106]}

海王星のバウショックは、磁気圏が太陽風を減速し始める場所で、海王星の半径の34.9倍の距離で発生します。磁気圏の圧力が太陽風と釣り合う磁気圏界面は、海王星の半径の23〜26.5倍の距離にあります。磁気圏の尾は少なくとも海王星の半径の72倍まで伸びており、おそらくそれよりはるかに遠くまで伸びています。^[103]

海王星の天候は極めてダイナミックな嵐のシステムによって特徴付けられ、風速はほぼ 600 m/s (2,200 km/h、1,300 mph) に達し、超音速を超えます。^[29]より一般的には、持続的な雲の動きを追跡することで、風速は東方向で 20 m/s、西方向で 325 m/s まで変化することが示されています。^[108]雲頂では、卓越風速は赤道に沿って 400 m/s から両極で 250 m/s までの範囲です。^[90]海王星の風のほとんどは、惑星の自転と反対方向に動きます。^{[109]風の一般的なパターンは、高緯度では順行回転、低緯度では逆行回転を示しています。流れの方向の違いは「}表皮効果」によるものであり、深層大気のプロセスによるものではないと考えられています。^[25]南緯70度では、高速ジェットは毎秒300メートルの速度で移動します。^{[25]季節の変化により、海王星の南半球の雲の帯は大きさと}アルベドが増加することが観測されています。この傾向は1980年に初めて見られました。海王星の長い公転周期により、季節は40地球年続きます。^[110]

海王星は、その典型的な気象活動のレベルにおいて天王星とは異なります。ボイジャー2号は1989年のフライバイで海王星の気象現象を観測しましたが、^[111] 1986年のフライバイでは天王星で同様の現象は観測されませんでした。

海王星の赤道におけるメタン、エタン、アセチレンの量は、極よりも10～100倍多い。これは、赤道での湧昇と極付近での沈降の証拠であると解釈されている。なぜなら、南北循環なしでは光化学ではその分布を説明できないからである。^[25]

2007年、海王星の南極の上部対流圏は、平均約73 K（-200 °C）の残りの大気よりも約10 K暖かいことが発見されました。この温度差は、他の場所では対流圏で凍結しているメタンが極近くの成層圏に逃げるのに十分なものです。^{[112]相対的な「ホットスポット」は、海王星の}軸の傾きによるもので、海王星の年の最後の四半期、つまり地球の約40年間、南極が太陽にさらされています。海王星がゆっくりと太陽の反対側に移動すると、南極は暗くなり、北極は明るくなり、メタンの放出が北極に移動します。^[113]

1989年、NASAのボイジャー2号宇宙船によって、13,000 km × 6,600 km（8,100 mi × 4,100 mi）に及ぶ高気圧性の嵐システムである大暗斑^{[111]が発見されました。この嵐は木星の}大赤斑に似ていました。約5年後の1994年11月2日、ハッブル宇宙望遠鏡は木星の大暗斑を捉えませんでした。代わりに、海王星の北半球で大暗斑に似た新しい嵐が発見されました。^[114]

のスクーターは別の嵐で、大暗斑よりも南にある白い雲の集まりです。このニックネームは、 1989年のボイジャー2号の遭遇までの数か月間に初めて付けられました。このとき、大暗斑よりも速い速度で移動していることが観測されました（その後取得された画像では、ボイジャー2号が最初に検出したものよりもさらに速く移動する雲の存在が明らかになりました）。 ^[109]小暗斑は南のサイクロン嵐で、1989年の遭遇中に観測された2番目に激しい嵐です。最初は完全に暗かったが、ボイジャー2号が惑星に近づくにつれて明るい核が形成され、最高解像度の画像のほとんどで確認できる。 ^[115] 2018年には、新しいメインの暗斑と小さな暗斑が特定され、研究されました。 ^[28] 2023年には、海王星の暗斑の地上観測が初めて発表されました。 ^[116]

海王星の暗斑は、明るい雲の特徴よりも低い高度の対流圏で発生すると考えられているため、 ^{[118]上層雲層に穴が開いているように見えます。これらは数か月間持続する安定した特徴であるため、}渦構造であると考えられています。^{[91]暗斑とよく関連付けられるのは、}対流圏界面層の周囲に形成される、より明るく持続的なメタン雲です。^[119]伴雲の持続性は、暗斑の一部が、暗い特徴として見えなくなっても、サイクロンとして存在し続ける可能性があることを示しています。暗斑は、赤道に近づきすぎたり、他の未知のメカニズムによって消滅したりする可能性があります。^[120]

1989年、ボイジャー2号の惑星電波天文学（PRA）実験では、約60回の雷閃光、つまり海王星の静電放電が観測され、7 × 10 ⁸  J。^[122]プラズマ波システム（PWS）は、周波数範囲が磁気緯度7～33˚では50～12kHzであった。 ^{[123] [124]}これらのプラズマ波の検出は、磁気圏内のアンモニア雲内で20分以上にわたって発生した雷によって引き起こされた可能性がある。^[125]

ボイジャー2号が海王星に最も接近した際、PWS装置は毎秒28,800サンプルのサンプルレートで海王星のプラズマ波を初めて検出した。^[126]測定されたプラズマ密度は10 ⁻³ – 10 ⁻¹ cm ³の範囲であった。^{[127] [128]}海王星の雷は3つの雲層で発生する可能性があり、^[129]微物理モデルでは、これらの発生のほとんどが対流圏の水雲または磁気圏の浅いアンモニア雲で発生することが示唆されている。^{[130] [131]}海王星の雷の発生率は木星の1/19で、雷活動のほとんどは高緯度で発生すると予測されている。しかし、海王星の雷は木星の雷というよりは地球の雷に似ているようだ。^[132]

天王星と比較して海王星の天候がより多様であるのは、部分的には海王星の内部加熱が高いためである。海王星の対流圏の上部領域は、最低気温が 51.8 K (-221.3 °C) に達する。大気圧が1  bar (100  kPa ) に等しい深さでは、気温は 72.00 K (-201.15 °C) である。^[133]ガス層の深部では、気温は着実に上昇する。天王星と同様に、この加熱源は不明であるが、その差は大きい。天王星は太陽から受け取るエネルギーの 1.1 倍しか放射していないのに対し、^[134]海王星は太陽から受け取るエネルギーの約 2.61 倍を放射している。^[135]

海王星は天王星よりも太陽から50%以上離れており、受け取る太陽光量は天王星の約40%に過ぎない。^[25]しかし、その内部エネルギーは太陽系で最も速い惑星風を吹かせるのに十分なものである。内部の熱特性にもよるが、海王星の形成時に残った熱は現在の熱の流れを説明するのに十分かもしれないが、2つの惑星の明らかな類似性を保ちながら天王星の内部熱の欠如を説明するのは難しい。^[136]

海王星と太陽の平均距離は45億km（地球から太陽までの平均距離である約30.1 天文単位（AU））で、平均164.79年で公転周期が一周しますが、±0.1年程度の変動があります。近日点距離は29.81 AU、遠日点距離は30.33 AUです。^[h]海王星の軌道離心率はわずか0.008678で、太陽系の中では金星に次いで2番目に円形の軌道を持つ惑星です。^[138]海王星の軌道は地球の軌道に比べて1.77° 傾いています。

2011年7月11日、海王星は1846年の発見以来初めて、重心軌道を完全に周回した。 ^[139]地球が365.26日の軌道上で別の位置にあったため、海王星は発見時の正確な位置には現れなかった。太陽系の重心に対する太陽の運動のため、7月11日には海王星は太陽に対する正確な発見位置にはいなかった。より一般的な太陽中心座標系を使用する場合、発見時の経度に到達したのは2011年7月12日である。^{[12] [140] [141] [142]}

海王星の軸の傾きは28.32°で^[143] 、地球（23°）や火星（25°）の傾きとほぼ同じです。その結果、海王星は地球と同様の季節の変化を経験します。海王星の長い公転周期は、季節が地球の40年続くことを意味します。^[110]恒星時の自転周期（1日）はおよそ16.11時間です。^[12]軸の傾きが地球と同等であるため、長い1年の間に1日の長さの変化はそれほど極端ではありません。

海王星は固体ではないため、その大気は差動回転を起こす。広い赤道域は約18時間周期で回転しており、これは惑星の磁場の16.1時間の回転よりも遅い。対照的に、極域ではその逆で、回転周期は12時間である。この差動回転は太陽系のどの惑星よりも顕著であり、^[144]強い緯度風のせん断をもたらす。^[91]

氷の巨星である海王星と天王星の形成を正確にモデル化することは困難でした。現在のモデルは、太陽系の外縁部の物質密度が低すぎて、従来受け入れられているコア集積法でこのような巨大な天体の形成を説明できないことを示唆しており、その形成を説明するためにさまざまな仮説が提唱されています。1つは、氷の巨星はコア集積によって形成されたのではなく、元の原始惑星系円盤内の不安定性から形成され、後に近くの巨大なOB星からの放射線によって大気が吹き飛ばされたというものです。^[73]

別の概念では、これらの天体は物質密度が高かった太陽の近くで形成され、その後、ガス状の原始惑星系円盤が除去された後に現在の軌道に移動したとされている。 ^{[145]この形成}後の移動の仮説は、太陽系外縁領域で観測される小天体の占有状況をよりうまく説明できるため、支持されている。^[146]現在最も広く受け入れられているこの仮説の詳細の説明は、ニースモデルとして知られており、移動する海王星と他の巨大惑星がカイパーベルトの構造に及ぼす潜在的な影響を探る 動的進化シナリオである。

海王星の軌道は、そのすぐ外側のカイパーベルトと呼ばれる領域に大きな影響を与えている。カイパーベルトは小惑星帯に似ているがはるかに大きく、海王星の軌道から太陽から約30 AUの約55 AUまで広がる小さな氷の世界のリングである。 ^[150]木星の重力が小惑星帯を支配しているのと同じように、海王星の重力はカイパーベルトを支配している。太陽系の年齢とともに、カイパーベルトの特定の領域は海王星の重力によって不安定になり、その構造に隙間ができた。40 AUから42 AUの領域はその一例である。^[151]

これらの空の領域内には、太陽系の年齢の間物体が生き残ることができる軌道が存在します。これらの共鳴は、海王星の軌道周期が物体の軌道の正確な分数、たとえば 1:2 または 3:4 のときに発生します。たとえば、物体が海王星の軌道 2 回につき太陽の周りを 1 回公転すると、海王星が元の位置に戻るまでにその物体は軌道を半分しか完了しません。カイパーベルトで最も密集している共鳴は、200 を超える物体が知られている^[152] 2:3 共鳴です。この共鳴にある物体は、海王星の軌道 3 回につき 2 周し、カイパーベルトの既知の物体の中で最大の冥王星が含まれているため、プルティノと呼ばれています。^[153]冥王星は海王星の軌道を定期的に横切りますが、2:3 共鳴のため、両者が衝突することはありません。^[154] 3:4、3:5、4:7、2:5の共鳴はあまり多くありません。^[155]

海王星には、太陽と海王星のL ₄ラグランジュ点とL ₅ラグランジュ点（それぞれ海王星の軌道の先頭と後尾にある重力的に安定した領域）の両方を占めるトロヤ群天体がいくつか知られている。 ^[156]海王星のトロヤ群は、海王星と1:1の共鳴状態にあると見ることができる。一部の海王星トロヤ群は軌道が著しく安定しており、海王星に捕獲されたのではなく、海王星のそばで形成された可能性が高い。海王星の後尾のL ₅ラグランジュ点に関連することが確認された最初の天体は、2008 LC 18であった。^[157]海王星には一時的な準衛星である(309239) 2007 RW 10 がある。^[158]この天体はおよそ12,500年間海王星の準衛星であり、今後12,500年間はその動的状態を維持するだろう。^[158]

海王星には16の衛星が知られている。^[159] トリトンは海王星最大の衛星であり、海王星の周りを公転する質量の99.5%以上を占め、^[i]球形になるほど重い唯一の衛星である。トリトンは、海王星自体の発見からわずか17日後にウィリアム・ラッセルによって発見された。太陽系の他のすべての大きな惑星の衛星とは異なり、トリトンは逆行軌道を描いており、その場で形成されたのではなく捕獲されたことを示している。おそらくかつてはカイパーベルトの準惑星だったのだろう。 ^{[160]トリトンは海王星に十分近いため}同期回転をしており、潮汐加速のためにゆっくりと内側に螺旋状に回転している。最終的には約36億年後にロッシュ限界に達し、引き裂かれるだろう。^[161] 1989年、トリトンは太陽系で測定された中で最も冷たい天体であり、^[162]推定温度は38 K（-235 °C）でした。^{[163] [164]}この非常に低い温度は、トリトンの非常に高いアルベドによるもので、太陽光を吸収するのではなく、多くの太陽光を反射します。^{[165] [166]}

海王星の2番目に知られている衛星（発見順）である不規則衛星ネレイドは、太陽系の衛星の中で最も軌道離心率が高い衛星の1つである。離心率は0.7512で、遠点距離は海王星からの近点距離の7倍である。^[j]

1989年7月から9月にかけて、ボイジャー2号は海王星の6つの衛星を発見した。^[167]これらのうち、不規則な形をしたプロテウスは、その密度の天体が自身の重力によって球形に引き寄せられることなく可能な限り大きいことで有名である。^[168]海王星の衛星の中では2番目に重いが、質量はトリトンの0.25%に過ぎない。海王星の最も内側の4つの衛星、ナイアッド、タラッサ、デスピナ、ガラテアは、海王星の環の中に入るのに十分近い軌道を回っている。次に遠いラリサは、1981年に恒星を掩蔽しているときに最初に発見された。この掩蔽は環の弧によるものと考えられていたが、 1989年にボイジャー2号が海王星を観測した際に、ラリサが原因であることがわかった。 2002年から2003年にかけて発見された5つの新しい不規則衛星は2004年に発表された。^{[169] [170]} 2013年には、ハッブル宇宙望遠鏡の複数の画像を組み合わせることで、新しい衛星でありこれまでで最小の衛星であるヒッポカンプスが発見された。 ^[171]海王星はローマ神話の海の神であったため、海王星の衛星には小さな海の神にちなんで名付けられている。^[54]

海王星には環系があるが、土星や天王星ほど大きくはない。^[172]環はケイ酸塩または炭素系物質で覆われた氷の粒子でできている可能性があり、赤みがかった色をしている可能性が高い。^[173] 3つの主な環は、海王星の中心から63,000 kmの狭いアダムス環、53,000 kmのルヴェリエ環、42,000 kmのより広くて薄いガレ環である。ルヴェリエ環から外側にわずかに伸びた部分はラッセルと名付けられており、その外縁は57,000 kmのアラゴ環と接している。^[174]

これらの惑星のリングの最初のものは、1968年にエドワード・ギナン率いるチームによって検出されました。^{[32] [175]} 1980年代初頭、このデータの分析と新しい観測結果から、このリングは不完全であるという仮説が立てられました。^[176]リングに隙間があるかもしれないという証拠は、1984年の恒星掩蔽の際に初めて現れました。このとき、リングは恒星に沈むときには恒星を隠しましたが、浮上するときは隠しませんでした。 ^{[177] 1989年の}ボイジャー2号の画像は、いくつかのかすかなリングを映し出すことでこの問題を解決しました。

最も外側のリングであるアダムスには、現在ではCourage、Liberté、Egalité 1、Egalité 2、Fraternité（勇気、自由、平等、友愛）と名付けられた 5 つの目立つ弧が含まれています。^[178]弧の存在は、運動の法則から、弧は短期間で均一なリングに広がると予測されるため、説明が困難でした。天文学者は現在、弧がリングのすぐ内側にある衛星ガラテアの重力の影響によって現在の形に集められていると推定しています。^{[179] [180]}

2005年に発表された地球観測によると、海王星の環はこれまで考えられていたよりもはるかに不安定であることが判明した。 2002年と2003年にWMケック天文台から撮影された画像では、ボイジャー2号の画像と比較すると環がかなり衰退していることがわかる。特に、リベルテ弧は1世紀ほどで消滅する可能性があるようだ。^[181]

海王星は、季節の変化により、1980年から2000年の間に約10％明るくなりました。^[182]海王星は、2042年に近日点に近づくにつれて明るくなり続ける可能性があります。現在の見かけの等級は7.67から7.89で、平均は7.78、標準偏差は0.06です。^[18] 1980年以前は、この惑星は8.0等級と暗かったです。^{[18]海王星は}肉眼で見るには暗すぎます。木星のガリレオ衛星、準惑星 ケレス、小惑星 ベスタ4、パラス2、イリス7、ジュノー3、ヘーベ6に隠れることがあります。^[183]​​ 望遠鏡や強力な双眼鏡を使用すると、海王星は天王星に似た小さな青い円盤として見えます。^[184]

地球から海王星までの距離のため、その角直径はわずか2.2～2.4 秒角で^{[8] [20]}、太陽系の惑星の中で最小である。見かけの大きさが小さいため、肉眼で研究するのは困難である。ハッブル宇宙望遠鏡と補償光学（AO）を備えた大型地上望遠鏡の登場までは、ほとんどの望遠鏡データはかなり限られていた。^{[185] [186] [187]}補償光学を使用した地上望遠鏡による海王星の最初の科学的に有用な観測は、1997年にハワイから開始された。^[188]現在、海王星は近日点（太陽に最も近づく地点）に近づいており、温度が上昇していることが示されており、その結果、大気の活動と明るさが増加している。技術の進歩と相まって、補償光学を備えた地上望遠鏡は、ますます詳細な海王星の画像を記録している。ハッブル望遠鏡と地球上の補償光学望遠鏡は、1990年代半ば以降、太陽系内で多くの新しい発見をしており、外惑星の周りの既知の衛星や衛星の数が大幅に増加しています。2004年と2005年には、直径38〜61キロメートルの海王星の5つの新しい小さな衛星が発見されました。^[189]

地球から見ると、海王星は367日ごとに見かけの逆行運動をしており、衝のたびに背景の星に対してループ運動をします。このループにより、海王星は2010年の4月と7月、そして2011年の10月と11月に1846年の発見座標に近づきました。^[142]

海王星の公転周期は164年で、黄道十二星座を一周するのに平均13年かかる。2011年、海王星は発見されて以来初めて太陽の周りを一周し、最初に発見された水瓶座イオタ星の北東の位置に戻った。^[43]

海王星を無線周波数帯域で観測すると、連続放射と不規則バーストの両方の源であることが分かる。どちらの源も回転磁場から発生していると考えられている。^{[90]スペクトルの}赤外線部分では、海王星の嵐は冷たい背景に対して明るく見えるため、これらの特徴の大きさと形を簡単に追跡できる。^[190]

ボイジャー2号は海王星を訪れた唯一の宇宙船である。この宇宙船が海王星に最も接近したのは1989年8月25日である。この惑星は宇宙船が訪れることのできる最後の主要惑星であったため、軌道への影響に関わらず、ボイジャー1号が土星とその衛星タイタンに遭遇した際に行われたのと同様に、衛星トリトンに接近してフライバイを行うことが決定された。ボイジャー2号から地球に中継された画像は、 1989年のPBSのオールナイト番組「ネプチューン・オールナイト」の元となった。 ^[191]

遭遇中、探査機からの信号が地球に届くまでに246分を要した。そのため、ボイジャー2号のミッションは、海王星遭遇のほとんどの部分で事前にロードされたコマンドに依存していた。探査機は、8月25日に海王星の大気圏から4,400km以内に接近する前に、衛星ネレイドと接近遭遇し、同日遅くに惑星最大の衛星トリトンの近くを通過した。^[192]

探査機は惑星を取り囲む磁場の存在を確認し、その磁場が中心からずれ、天王星の磁場と同様に傾いていることを発見した。海王星の自転周期は電波放射の測定によって決定され、ボイジャー2号は海王星が驚くほど活発な気象システムを持っていることを明らかにした。6つの新しい衛星が発見され、惑星には1つ以上の環があることが示された。^{[167] [192]このフライバイにより、海王星の質量が初めて正確に測定され、以前の計算よりも0.5％少ないことが判明した。この新しい数値は、未発見の}惑星Xが海王星と天王星の軌道に作用しているという仮説を反証した。 ^{[193] [194]}

2018年以来、中国国家航天局は、暫定的に神朔と呼ばれるボイジャー型の星間探査機2機の構想を研究している。^{[195]両探査機は2020年代に打ち上げられ、異なる経路で}太陽圏の両端を探査する。2機目の探査機IHP-2は、2038年1月に海王星を通過し、雲頂からわずか1,000km上空を通過し、接近中に放出される大気衝突物を搭載する可能性がある。^{[196]その後、この探査機は}カイパーベルト全体にわたって、これまで未探査であった太陽圏尾部に向かって ミッションを継続する。

ボイジャー2号とIHP-2号のフライバイの後、海王星系の科学的探査の次のステップは軌道ミッションであると考えられている。ほとんどの提案はNASAによって行われ、最も多くはフラッグシップ・オービターである。^{[197] 2003年には、NASAの「ビジョン・ミッション研究」の中で、}カッシーニレベルの科学を行う「海王星オービター・ウィズ・プローブ」ミッションの提案があった。 ^[198]その後の提案は、選ばれなかったが、 2019年に打ち上げられるフライバイ宇宙船アルゴで、木星、土星、海王星、カイパーベルト天体を訪問する予定である。焦点は、2029年頃に調査される海王星とその最大の衛星トリトンに置かれるはずだった。 ^[199]提案されたニュー・ホライズンズ2号ミッションは、海王星系に接近フライバイを行う可能性があったが、後に廃案となった。現在ディスカバリー計画の保留中の提案であるトライデント宇宙船は海王星とトリトンのフライバイを行う予定であったが、^[200]ディスカバリー15号と16号にはこのミッションは選ばれなかった。ネプチューン・オデッセイは、 NASAによって大規模な戦略的科学ミッションの可能性として研究された海王星周回衛星と大気探査機の別の概念であり、2031年から2033年の間に打ち上げられ、2049年までに海王星に到着する予定であった。 ^[201]しかし、ロジスティックス上の理由から、エンケラドゥス・オービランダーよりも優先して、天王星オービターとプローブのミッションが氷の巨星周回衛星ミッションの推奨として選ばれた。^[202]トライトンに焦点を当てた海王星周回衛星ミッションの2つの注目すべき提案は、トライデントとオデッセイミッション（ニューフロンティアプログラムの下で）のちょうど中間の費用がかかるトリトンオーシャンワールドサーベイヤーとノーチラスであり、巡航段階はそれぞれ2031年から2047年と2041年から2056年の期間に行われる。^{[203] [204]}海王星は、2058年に到着する可能性がある中国の天問5号の潜在的なターゲットです。 ^[205]