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海王星是太阳系八大行星中距离太阳最远的，体积是太阳系第四大，但质量排名是第三。海王星的质量大约是地球的17倍，而性质极为类似的天王星密度较低，质量大约是地球的14倍。海王星以罗马神话中的尼普顿（Neptunus）命名，因为尼普顿是海神王，所以中文译为海王星。天文学的符号Astronomical symbol for Neptune.（♆，Unicode编码U+2646），是希腊神话的海神波塞顿使用的三叉戟。

组成成分

作为一个冰巨行星，海王星的大气层以氢和氦为主，还有微量的甲烷。在大气层中的甲烷，只是使行星呈现蓝色的一部分原因。因为海王星的蓝色比有同样分量的天王星更为鲜艳，因此应该还有其他成分对海王星明显的颜色有所贡献。海王星有太阳系最强烈的风，测量到的风速高达每小时2,100千米。1989年旅行者2号飞掠过海王星，对南半球的大黑斑和木星的大红斑做了比较。海王星云顶的温度是-218 °C（55K），因为距离太阳最远，是太阳系最冷的地区之一。海王星核心的温度约为7,000 °C，可以和太阳的表面比较，也和大多数已知的行星相似。

海王星在1846年9月23日被发现，是唯一利用数学预测而非有计划的观测发现的行星。天文学家利用天王星轨道的摄动推测出海王星的存在与可能的位置。迄今只有旅行者2号曾经在1989年8月25日拜访过海王星。2003年，美国宇航局提出有如卡西尼-惠更斯号科学水准的海王星轨道探测计划，但不使用热滋生反应提供电力的推进装置；这项计划由喷射推进实验室和加州理工学院一起完成。

发现

伽利略在1612年12月28日首度观测并描绘出海王星，1613年1月27日又再次观测，但因为观测的位置在夜空中都靠近木星（在合的位置），这两次机会伽利略都误认海王星是一颗恒星。相信是恒星，而不相信自己的发现，是因为1612年12月第一次观测的，海王星在留转向逆行的位置，因为刚开始退行时的运动还十分微小，以至于伽利略的小望远镜查觉不出位置的改变。

但在2009年7月，墨尔本大学的物理学家大卫·杰美生宣称，有新的证据表明伽利略至少知道他看见的星星相对于背景的恒星有微量的相对运动。

1821年，亚历斯·布瓦出版了天王星的轨道， 随后的观测显示出与表中的位置有越来越大的偏差，使得布瓦假设有一个摄动体存在。在1843年约翰·柯西·亚当斯计算出会影响天王星运动的第八颗行星轨道，并将计算结果皇家天文学家乔治·比德尔·艾里，他问了亚当斯一些计算上的问题，亚当斯虽然草拟了答案但未曾回复。

1846年，法国工艺学院的天文学教师勒维耶，在得不到同袍的支持下，以自己的热忱独立完成了海王星位置的推算。但是，在同一年，约翰·赫歇耳也开始拥护以数学的方法去搜寻行星，并说服詹姆斯·查理士着手进行。

在多次耽搁之后，查理士在1846年7月勉强开始了搜寻的工作；而在同时，勒维耶也说服了柏林天文台的约翰·格弗里恩·伽勒搜寻行星。当时仍是柏林天文台的学生达赫斯特表示正好完成了勒维耶预测天区的最新星图，可以做为寻找新行星时与恒星比对的参考图。1846年9月23日晚间，海王星被发现了，与勒维耶预测的位置相距不到1°，但与亚当斯预测的位置相差10°。事后，查理士发现他在8月时已经两度观测到海王星，但因为对这件工作漫不经心而未曾进一步的核对。

由于有民族优越感和民族主义的作祟，使得这项发现在英法两国余波荡漾，国际间的舆论最终迫使勒维耶接受亚当斯也是共同的发现者。然而，在1998年，史学家才得以重新检视天文学家艾根遗产中的海王星文件（来自格林威治天文台的历史文件，明显是被艾根窃取近卅年，在他逝世之后才得重见天日。），在检视过这些文件之后，有些史学家认为亚当斯不应该得到如同勒维耶的殊荣。

命名

发现之后的一段时间，海王星不是被称为天王星外的行星就是勒维耶的行星。伽雷是第一位建议取名的人，他建议的名称是Janus（罗马神话中看守门户的双面神）。

在英国，查理士将之命名为Oceanus；在法国，阿拉戈建议称为勒维耶，以回应法国之外强烈的抗议声浪。

法国天文年历当时以赫歇耳称呼天王星，相对于以勒维耶称呼这颗新发现的行星。

同时，在分开和独立的场合，亚当斯建议修改天王星的名称为乔治，而勒维耶经由经度委员会建议以Neptune（海王星）作为新行星的名字。

瓦西里·雅可夫列维奇·斯特鲁维在1846年12月29日于圣彼得堡科学院挺身而出支持勒维耶建议的名称。很快的，海王星成为国际上被接受的新名称。在罗马神话中的Neptune等同于希腊神话的Poseidon，都是海神，因此中文翻译成海王星。

新发现的行星遵循了行星以罗马神话中的众神为名的原则，而除了天王星之外，都是在远古时代就被命名的。 在中文、韩文、日文和越南文，该行星名称的汉字写法都是海王星。在印度，这颗行星的名称是Varuna（即伐楼拿），也是印度神话中的海神，与希腊-罗马神话中的Poseidon/Neptune意义是相同的。

大气层

在高海拔处，海王星的大气层80%是氢和19%是氦 ，也存在着微量的甲烷。主要的吸收带出现在600纳米以上波长的红色和红外线的光谱位置。与天王星比较，它的吸收是大气层的甲烷部分，使海王星呈现蓝色的色调， 虽然海王星活泼的淡青色不同于天王星柔和的青色，由于海王星大气中的甲烷含量类似于天王星，一些未知的大气成分被认为有助于海王星的颜色。

海王星的大气层可以细分为两个主要的区域：低层的对流层，该处的温度随高度降低；和平流层，该处的温度随着高度增加，两层边界的气压为0.1巴 (100kPa)。平流层在气压低于10−5至 10−4微巴 (1-10帕) 处成为热，热成层逐渐过渡为散逸层。

模型表明海王星对流层的云带取决于不同海拔高度的成分。高海拔的云出现在气压低于1帕之处，该处的温度使甲烷可以凝结。压力在1巴至5巴 (100kPa至500kPa)，被认为氨和硫化氢的云可以形成。压力在5巴以上，云可能包含氨、硫化氨、硫化氢和水。更深处的水冰云可以在压力大约为50巴 (5MPa)处被发现，该处的温度达到0 °C。在下面，可能会发现氨和硫化氢的云。

海王星高层的云会曾经被观察到在低层云的顶部形成阴影，高层的云也会在相同的纬度上环绕着行星运转。这些环带的宽度大约在50千米至150千米，并且在低层云顶之上50千米至110千米。

海王星的光谱表明平流层的低层是朦胧的，这是因为紫外线造成甲烷光解的产物，例如乙烷和乙炔，凝结。平流层也是微量的一氧化硫和氰化氢的来源。海王星的平流层因为碳氢化合物的浓度较高，也比天王星的温暖。

这颗行星的热成层有着大约750K的异常高温，其原因至今还不清楚。要从太阳来的紫外线辐射获得热量，对这颗行星来说与太阳的距离是太遥远了。一个候选的加热机制是行星的磁场与离子的交互作用；另一个候选者是来自内部的重力波在大气层中的消耗。热成层包含可以察觉到的二氧化碳和水，其来源可能来自外部，例如流星体和尘埃。

磁层

海王星有着与天王星类似的磁层，它的磁场相对自转轴有着高达47°的倾斜，并且偏离核心至少0.55 半径(偏离质心13,500 千米)。在旅行者2号抵达海王星之前，天王星的磁层倾斜假设是因为它躺着自转的结果，但是，比较这两颗行星的磁场，科学家现在认为这种极端的指向是行星内部流体的特征。这个区域也许是一层导电体液体（可能是氨、甲烷和水的混合体）形成的对流层流体运动，造成发电机的活动，由于内部巨大的压力，这些导电体有可能是金属氢，甚至可能有金属铵等简并态物质。

磁场的偶极成分在海王星的磁赤道大约是14 microteslas（0.14 G）。海王星的偶磁矩大约是2.2 × 1017 T·m3（14 μT·RN3，此处RN是海王星的半径）。海王星的磁场因为非偶极成分，包括强度可能超过磁偶极矩的强大四极矩，组合有很大的贡献，因此在几何结构上非常的复杂。相较之下，地球、木星和土星的四极矩都非常小，并且相对于自转轴的倾角也都不大。海王星巨大的四极矩也许是发电机偏离行星的中心和几何强制性的结果 。

海王星的弓形激波，在那儿磁层开始减缓太阳风的速度，发生在距离行星34.9行星半径之处。磁层顶，磁层的压力抵销太阳风的地方，位于23-26.5倍海王星半径之处，磁尾至少延伸至72倍的海王星半径，并且还会伸展至更远。

行星环

这颗蓝色行星有着暗淡的天蓝色圆环，但与土星比起来相去甚远。当这些环由以爱德华·奎南为首的团队发现时，曾被认为也许是不完整的。然而，“旅行者2号”的发现表明并非如此。

这些行星环有一个特别的“堆状”结构其起因目前不明，但也许可以归结于附近轨道上的小卫星的引力相互作用。

认为海王星环不完整的证据首次出现在80年代中期，当时观测到海王星在掩星前后出现了偶尔的额外“闪光”。旅行者2号在1989年拍摄的图像发现了这个包含几个微弱圆环的行星环系统，从而解决了这个问题。最外层的圆环，亚当斯，包含三段显著的弧，现在名为“Liberté”，“Egalité”和“Fraternité”（自由、平等、博爱）。弧的存在非常难于理解，因为运动定律预示弧应在不长的时间内变成分布一致的圆环。目前认为环内侧的卫星海卫六的引力作用束缚了弧的运动。

“旅行者”的照相机发现了其他几个环。除了狭窄的、距海王星中心63,000千米的亚当斯环之外，勒维耶环距中心53,000千米，更宽、更暗的伽勒环距中心42,000千米。勒维耶环外侧的暗淡圆环被命名为拉塞尔；再往外是距中心57,000千米的阿拉戈环。

2005年新发表的在地球上观察的结果表明，海王星的环比原先以为的更不稳定。凯克天文台在2002年和2003年拍摄的图像显示，与“旅行者2号”拍摄时相比，海王星环发生了显著的退化，特别是“自由弧”，也许在一个世纪左右就会消失。

旅行者2号

1989年8月25日，美国航天局发射的旅行者2号探测器飞越海王星，这是人类首次用空间探测器探测海王星。它在距海王星4827千米的最近点与海王星相会，从而使人类第一次看清了远在距离地球45亿千米之外的海王星面貌。它发现了海王星的6颗新卫星，使其卫星总数增至8颗；首次发现海王星有5条光环，其中3条暗淡、2条明亮。从旅行者2号拍摄的6000多幅海王星照片中发现，海王星南极周围有两条宽约4345千米的巨大黑色风云带和一块面积有如地球那么大的风暴区，它们形成了像木星大红斑那样的大黑斑。这块大黑斑沿中心轴向逆时针方向旋转，每转360°需10天。海王星也有磁场和辐射带，大部分地区有像地球南北极那样的极光。海王星的大气层动荡不定，大气中含有由冰冻甲烷构成的白云和大面积气旋，跟随在气旋后面的是时速为640千米的飓风。海王星上空有一层因阳光照射大气层中的甲烷而形成的烟雾。

海王星与太阳的平均距离为44.96亿公里，是地球到太阳距离的30倍。海王星接收到太阳的光和热只有地球的19%于是其表面覆盖着延绵几千公里厚的冰层，外表则围绕着浓密的大气，海王星的直径49500公里，是地球的3.88倍体积有57个地球那么大，质量只是地球的17倍多，所以其密度也相当小，海王星以每秒5.43公里的速度绕着太阳公转，公转一周需要花上164.8年，自转一周15小时57分59秒。

卫星

海王星有14颗已知的天然卫星。其中最大的、也是唯一拥有足够质量成为球体的海卫一在海王星被发现17天以后就被威廉·拉塞尔发现了。与其他大型卫星不同，海卫一运行于逆行轨道，说明它是被海王星俘获的，大概曾经是一个柯伊伯带天体。它与海王星的距离足够近使它被锁定在同步轨道上，它将缓慢地经螺旋轨道接近海王星，当它到达洛希极限时最终将被海王星的引力撕开。海卫一是太阳系中被测量的最冷的天体，温度为−235 °C（38K）。

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