Скорости движений в атмосфере Нептуна огромны. По отношению к самой вращающейся планете некоторые объекты смещаются на 2200 км. за 1 ч. По скорости ветров Нептун превосходит даже Сатурн. Уникальная особенность атмосферы Нептуна — движение атмосферы направлено к западу относительно вращающейся к востоку планеты. Но скорость вращения планеты настолько высока (2,7 км/с на экваторе), что результирующая скорость атмосферы всегда остается направленной к востоку. Иными словами, поскольку сверхураганные ветры дуют в сторону, обратную направлению вращения планеты, период вращения, найденный по движению облаков, получается длительнее истинного периода планеты. По сравнению с суперротацией Венеры — это противоположный случай.

Темные пояса, тоже расположенные несимметрично относительно экватора, выражены нечетко и охватывают широты от 6 до 25°с.ш. и от 45 до 70°ю.ш. Вокруг южного полюса Нептуна расположена облачная «полярная шапка», по яркости соответствующая полосе на широте 40°ю.ш. «Шапка» вблизи северного полюса неизвестна: там сейчас полярная ночь.

Самой низкой температурой на диске Нептуна, всего 52 К, отличаются подсолнечные широты, а самыми «теплыми», до 61 К, оказались районы полюсов и экватор. Простейшее объяснение заключается в том, что слегка нагревающийся газ поднимается, охлаждаясь, в подсолнечных широтах и растекается к экватору и к полюсу. Там он снова опускается и нагревается, сжимаясь. Температура, которую измеряют приборы, — это не температура газа, а главным образом температура аэрозольной среды, высота расположения которой в этих районах не одинакова.

Видимый облачный слой соответствует давлению 1,2—1,3 бар и среднему диаметру планеты 49100 км. На 50—100 км. выше видимого облачного слоя иногда наблюдались группы вытянутых облачных полос шириной по 50—200 км. с четкими тенями от них на основном облачном слое. Таков снимок, представленный на рис. Здесь можно видеть уходящую в ночь облачную гряду (типа земных перистых облаков) вблизи терминатора, расположенную примерно на широте БТП, но в северном полушарии. Такие облака появлялись перед заходом Солнца.

Природа надоблачной дымки другая. Расположенная выше основного облачного слоя, она наблюдалась над лимбом Нептуна в виде дуг над краем планеты. Скорее всего, дымка состоит из углеводородов, возникающих при фотолизе метана: этана С2Н6, ацетилена С2Н2, образующих слои на высоте 45—60 км., и этилена С2Н4 на высоте около 120 км.

Во время длившегося 49 мин. радиозахода аппарата за Нептун было проведено зондирование подоблачной атмосферы с помощью радиолуча «Вояджера». Луч неожиданно исчез, когда пересек уровень 3 бар. Это на 25 км. ниже верхней границы облаков. Скорее всего, здесь находится слой из аммиака.

Наклонный ротатор

«Магнитный штопор» Урана был открыт в 1986 г. и привлек своей необычностью. Но Нептун, с его «нормальным» положением полярной оси, казалось бы, должен и магнитное поле иметь «нормального» образца, вроде Земли или Сатурна. Но поле его оказалось очень похожим на «наклонный ротатор» Урана, лишь вдвое слабее. Если представить его, как обычно, в виде диполя, то угол между осью диполя и осью вращения Нептуна составит 47° (для Урана 59°). В результате ось диполя описывает в пространстве конус, ось которого отклонена почти на 30° от нормали к плоскости орбиты. В наши дни минимальный угол между образующей конуса и направлением на Солнце близок к 20°, причем к нему обращен южный магнитный полюс. (Такое «дипольное» приближение более или менее удовлетворительно для расстояний более четырех радиусов планеты. Ближе сильно сказываются недипольные составляющие).

Ось диполя сдвинута на 14 тыс. км. в сторону от центра планеты, а центр диполя смещен на 6 тыс. км. в южное полушарие. Поэтому напряженность магнитного поля у южного магнитного полюса в 10 раз выше, чем у северного, а в среднем у поверхности она близка к 0,13 Гс (в 2,5 раза меньше земной).

«Наклонный ротатор» Урана был в свое время воспринят как причуда природы. Но Нептун представил практически такой же самый наклонный ротатор, превратив его в закономерность.

Как и в случае с Ураном, во время сближения «Вояджера» с Нептуном радиовсплески от заряженных частиц долго не удавалось обнаружить. Их нашли за 8 дней до сближения, на расстоянии 864 тыс. км., в тот же день, когда аппарат достиг ударной волны (у границы магнитосферы и невозмущенного солнечного ветра). Прохождение ударной волны было настолько растянутым, что заняло больше часа (на Земле на это ушло бы 2 секунды). Причина оказалась именно в наклонном ротаторе: в этот момент южный полюс диполя был обращен к Солнцу. Поэтому аппарат двигался практически вдоль линий поля. Такая удача позволила получить подробные сведения о структуре полярных областей магнитосферы. За время ее пересечения магнитное поле изменило свое направление 5 раз. Из периодичности радиовсплесков удалось найти точный период вращения Нептуна: 16,11 ч.

Несколько раз удалось принять какие-то другие сигналы «спокойного» характера, которые приходили от самой планеты, а не из магнитосферы. Эти сигналы имели направленный характер. Они напоминают подобный же источник на Сатурне.

Внутреннее строение Нептуна

Особенности магнитного и гравитационного полей Нептуна привели к следующим выводам. Поле возбуждается в жидкой проводящей среде — в слое, который находится на расстоянии 0,5 радиуса планеты от центра, т.е. почти в том же слое, что и на Уране. Внутри жидкого слоя находится заведомо твердое ядро, в котором магнитное поле возбуждаться не может. Этим и объясняется своеобразный перекос поля Нептуна.

Радиальная протяженность проводящего слоя неизвестна. Над твердым ядром Нептуна расположен огромный, глобальный океан, электрические токи в котором возбуждают сложное по структуре магнитное поле с множеством полюсов. Каждый из компонентов высших порядков дает все меньшую напряженность, что и позволяет представить поле издали дипольным приближением.

Однако представления об океане противоречат выводам об устройстве Урана (см. раздел «Уран»), потому что найденные для Нептуна коэффициенты динамического сжатия α=0,01708 и J2=0,003411 все же близки к двуслойной модели. Возможно, выводы, касающиеся Урана, требуют пересмотра.

Магнитосфера Нептуна с ее вытянутым хвостом обладает наименьшей плотностью заряженных частиц — всего один протон в 1 см3. Это в 3 раза меньше, чем у Урана, и в 3000 раз меньше по сравнению с Юпитером.

Все тела системы Нептуна (кольца и все спутники) находятся внутри его знакопеременной магнитосферы, за исключением спутника Нереида, которая посещает магнитосферу лишь один раз в год — таков ее орбитальный период.