海王星是太陽系的第八顆行星，也是距離我們最遠的行星。它到太陽的距離是地球到太陽距離的30倍，也就是30個天文單位，45億多公裏。這個距離使得太陽光到達那裏都需要四個小時，所以海王星也是太陽系最冷的地方之一，僅次于天王星。它的平均溫度約爲零下214攝氏度。而且海王星有時候比冥王星離太陽都要遠，因爲冥王星的軌道是這種高度偏心的橢圓形軌道。海王星的軌道相對來說要更圓一點，所以每248年冥王星就會走到海王星的軌道裏面。這期間，它要走上20年。上一次出現這種情況是從1979年的一月一直持續到1999年的二月。在這段時間裏，冥王星是一直比海王星更接近太陽的。下一次發生這種情況要等到2227年。

也正是因爲海王星距離太遠了，所以它的軌道周期也是太陽系所有行星中最長的。它繞太陽公轉一圈，大約需要165年。並且它的自轉軸傾斜角是28.3度，跟地球的23.5度很相近，所以海王星也存在這種四季輪換。每個季節大約會持續40年。雖然公轉周期非常慢，但是它的自轉周期還是比較快的，自轉一圈平均只需要16個小時。那爲什麽要說平均呢？大家還記得太陽嗎？太陽是個等離子體，是一個流動性很強的球體，所以緯度不同，自轉速度也不同。太陽赤道附近的自轉速度是最快的，越往兩極自轉速度就越慢。這種現象在海王星身上也存在，因爲海王星也不是像地球這種岩石行星，從內到外的固體物質很少，所以不同部分自轉速度也不同。

海王星赤道附近大約需要18個小時才能自轉一圈，而兩極附近反而更快一點，大約需要12個小時就能自轉一次。而且它這個自轉速度差是所有氣態行星中最大的，這讓海王星成了太陽系風最大的行星。海王星上的風力是木星的三倍，地球的九倍，最高風速達到了每小時2200公裏，也就是每秒600多米，幾乎是地球音速的兩位數。地球上最強的風速也就只有大約400公裏，海王星的風速比地球快了五倍。而且海王星上也有跟木星大紅斑相似的反氣旋風暴。這個風暴的名字也很直接，就叫大黑斑。旅行者二號在1989年的時候發現了第一個大黑斑。這個橢圓形的大黑斑，長一萬三千千米，寬六千六百千米，放下一個地球完全不是問題。

他跟木星大紅斑最大的區別就是他的壽命不長。大紅斑在木星上都已經持續刮了400多年，但是這個大黑斑只存在了不到六年。在1994年11月的時候，哈勃太空望遠鏡就找不到它了，已經完全消失了。但是與此同時，海王星的北半球又出現了一個新的黑斑。這個黑斑比較小，直徑只有3900千米，我們就稱它爲小黑斑吧。這個小黑斑一直持續到2000年又徹底消失了。

然後在2016年，海王星北半球又出現了一個黑斑。這個黑斑跟1989年發現的大黑斑幾乎一樣大，我們就叫它北大黑斑吧。這個北大黑斑發現的前幾年一直都是可見的。不過這些年也已經找不到它了。一方面是這些黑斑一直都在移動，另一方面，哈勃太空望遠鏡的觀測範圍也是有限的。所以這個北大黑斑可能也已經消散了。總之，根據這些年的觀測數據來看，海王星的這種風暴漩渦存在的時間只有2-6年。這種周期性出現的特點跟土星上的大白斑很相似，但是形成原因一直是個謎。

海王星的直徑約爲49000公裏，比天王星稍小，大約是地球的四倍寬。體積是四個氣態行星中最小的，大約是地球的58倍。質量雖然遠遠不如土星和木星，但是也有10的23次方噸，大約是地球質量的17倍，比天王星稍微重一些，在太陽系行星中排第三。密度是四顆氣態行星中最大的，但跟另外四顆岩石行星的密度比不了。我剛剛說海王星是氣態行星其實並不夠嚴謹，因爲氣態行星還分爲氣態巨行星和冰巨星。比如拿木星和海王星爲例，我們來看看氣態巨行星和冰巨星之間有什麽區別。

雖然這兩個行星大氣中都有氫和氦，但是跟木星相比，海王星大氣中氫和氦的比例明顯要少很多。木星整個行星無論是大氣層還是內部的液態海洋，主要就是氫和氦組成，跟太陽類似。但是海王星的主要成分其實是水、氨和甲烷。這些物質形成的冰地幔才是海王星的主體。這層冰地幔的質量占整個行星的80%多，而氫和氦占不到20%，所以它才叫冰巨星。

不過海王星的冰跟我們平常見到的固體冰是不一樣的，在海王星內部這種高溫高壓的條件下，這些冰都是流體狀態的，炙熱的、滾燙的。而且氣態巨行星的體積和質量都要比冰巨星大很多。所以說，雖然大的分類都屬于氣態行星，但更准確一些，我們應該稱他們爲冰巨星。在海王星的冰地幔裏面，還包裹著一個小的岩石內核，大小大約是地球的1.5倍，有鐵和鎳等金屬元素，還有硅酸鹽混合而成。

海王星沒有固體表面，從冰層往上，全部都是它的大氣層，大約有80%的氫，19%的氦，還有1%的甲烷組成，跟天王星一樣。這些甲烷會吸收太陽光中的紅光，所以海王星呈現的是藍色。但是我知道大家可能會有疑問，明明大氣成分都差不多，爲什麽他們的藍色色調卻不同。長期以來，我們看到的海王星都是深藍色，而天王星明顯更偏向青色。原因其實一句話就能解釋，就是旅行者二號當初傳回的圖像有問題。這是1989年旅行者二號飛越海王星時拍攝的圖片。

大家注意，這個圖片的顔色是經過處理的，爲了更好展示海王星的特征，比如它的條紋和大黑斑。旅行者二號對圖像處理有點過了，于是到2022年的時候，牛津大學行星物理實驗室的一個團隊重新還原了天王星和海王星的顔色。結果，天王星的顔色沒什麽變化，還是這種細膩的淡藍色。但是海王星真實的顔色其實是這樣的，幾乎跟天王星的顔色一樣，只是稍微藍了一點。

那爲什麽會稍微藍一些呢？是因爲海王星的大氣比天王星更活躍，大氣層中的甲烷沒有天王星多，所以它吸收的紅光就會變少，藍色就會更深一些。所以大家以後在討論海王星顔色的時候要注意了，不能再說它是深藍色了。不過，我感覺海王星經過顔色重建之後少了很多神秘感，看上去顯得有點平淡。

其實在天王星發現之前，那時候的人一直覺得土星就是太陽系最遠的行星。但是自從1781年威廉赫歇爾發現天王星之後，就刷新了人們對太陽系邊界的認知。原來在土星之外還有行星。所以在當時，很多人都開始尋找新行星，但是想發現一顆新行星談何容易啊。很多人找了一段時間之後沒找到，也就放棄了。那海王星是怎麽被發現的呢？由于我們在地球上是無法用肉眼直接看到海王星的，所以它也是第一顆通過連猜帶算才找到的行星。1821年的時候，天文學家對天王星的軌道進行計算的時候發現，他們算出來的軌道結果總是跟天王星實際的軌道對不上，但是無論如何都找不到原因。

就這樣，天王星軌道異常的問題一直困擾了他們十多年，一直到1835年，當時的法國天文學家布瓦德提出了一個假說。他說，是不是有一個未知的天體通過引力對天王星的軌道産生了影響，才導致天王星出了軌。這一假說一經提出就非常受歡迎，但是假說畢竟是假說，要想驗證，你得能找到這個天體才行。

說起來簡單，但是大家想想，要在茫茫星空去找一顆又遠又暗的行星，這是相當困難的。很有可能你投入了大量時間和精力，最後什麽都沒找到，因爲這是你猜的。那既然不好觀測的話，還有一個方法，就是算。雖然大家都對這顆假設存在的行星一無所知，但是可以通過天王星的軌道來反推。

盡管這個計算過程極爲複雜，但還是有兩個人成功算出了海王星。一個是英國的天文學家和數學家約翰亞當斯，他16歲的時候，就通過計算准確預測了當地的一次日食。他經過兩年沒日沒夜的計算，在1845年的九月，成功算出了海王星的軌道和質量，並且預言了海王星十月份的時候會在天空哪個位置出現。

另一個是法國的天文學家和數學家勒維耶，他在1846年的六月算出了海王星的位置。他的計算結果跟亞當斯幾乎是一樣的。不過這兩個人雖然擅長計算，但是都不會天文觀測，或者說當時沒有條件進行天文觀測。所以要想驗證他倆的計算結果，只能求助當時的天文台。

但是天文台的望遠鏡，每天的工作都被安排得很滿，而且一顆新的行星你們用筆和紙就給算出來了？大家其實也都不太相信。所以借望遠鏡這個事，就一拖再拖，拖了好幾個月，直到1846年的九月，德國柏林天文台的天文學家約翰加勒答應幫助勒維耶向台長借望遠鏡。碰巧那天他們台長過生日，心情比較好，最終答應把望遠鏡借給加勒了。于是就在這天晚上，加勒在望遠鏡裏找到了海王星，他的位置跟勒維耶計算的幾乎一樣。

加勒也因此成爲了第一個看到海王星的人，但是加勒一直都拒絕承認自己是海王星的發現者。他認爲功勞應該歸于勒維耶，並且他提議這個行星應該就叫勒維耶星，但是勒維耶拒絕了，並且重新給它取了一個名字叫涅普頓，他是羅馬神話中的海洋之神。這個名字大家可能比較陌生，他對應的希臘語的名字大家應該比較熟悉，叫波塞冬。這個名字符合行星一貫的命名傳統，所以也很快得到了大家的認可。

就在法國這邊還沉浸在一片歡喜之中，英國人找來了。格林尼治天文台台長艾裏，拿出了亞當斯在1845年的計算手稿，說亞當斯才是最早算出海王星位置的人。只是亞當斯這個人一直沉迷計算，從來沒公開發表過他的計算結果，只有很少的幾個人知道。艾裏的這個行爲讓勒維耶和法國天文學界感到非常生氣，法國媒體也說他們是偷星星的賊。甚至在英國國內都有人認爲艾裏跟勒維耶串通好了，出賣了亞當斯的計算結果。總之，最後經過多次談判，這個事最終和平解決了。

兩國的天文學界一致決定勒維耶和亞當斯共同發現了海王星。不過讓人敬佩的是，在他們這邊還在爭論期間，亞當斯還在一直進行著計算，他第一時間算出了海王星的軌道半徑是45億公裏，質量跟天王星差不多，公轉周期長達165年。後來天文學家在查看海王星觀測曆史的時候，發現曆史上其實早就有人觀測到它了。比如法國的天文學家米歇爾拉朗德，他在1795年的時候連續兩次都看到了海王星，但是他當時用的望遠鏡缺了一個角，所以他認爲是自己看錯了。就這樣，命運之門被他自己親手關上了。

還有一個人曾經也看到過海王星，就是伽利略。這是後來人們在伽利略的觀測日志中發現的，就是在1612年到1613年之間，伽利略至少兩次看到了海王星。這個時間比海王星發現的時間早了230多年。

跟太陽系其他三個氣態巨星一樣，海王星也有環。雖然它的亮度比不上土星環和天王星環，但是比木星環要強很多。1984年首次發現了海王星環，但是直到1989年旅行者二號到達海王星才拍到了它的星環。這張照片也一度成爲了30多年來人類拍到的最後一張海王星環照片。

但是就在2022年的九月，詹姆斯韋伯太空望遠鏡又拍到了新的海王星環圖片。從這張照片中大家可以看到，海王星環主要有五個主環組成，這些環的名字都是用對海王星研究作出貢獻的天文學家命名的。比如最內側的這個環叫加勒環，就是我們剛剛說過的，第一個看到海王星的人。這個環大約2000公裏寬，是海王星最暗的一個環。然後接下來的兩個環分別是勒維耶環和亞當斯環，就是我們剛剛說過的那兩個數學家，他們通過計算找到了海王星。其中亞當斯環是最亮的一個環，也是人類研究最多的一個環。它由五個環弧組成，分別是博愛、平等、自由和勇氣。最亮最長的環弧是博愛，最暗的環弧是勇氣。

不過自從1986年以來，這些環弧的整體亮度都在下降，尤其是自由環弧，在2003年已經完全消失了。中間的這個環是海王星所有環中最寬的一個，大約4000公裏寬，叫拉塞爾環。他是英國的天文學家，他發現了海王星最大的衛星-海衛一。在拉塞爾環的邊緣還有一個環叫阿拉哥環，這是海王星最窄的一個環，寬度不到100公裏。

這張照片中除了海王星環，還拍到了海王星的七顆衛星。海王星目前已知的衛星一共有14顆，照片中這個最亮的就是海王星最大的衛星特裏同，他是威廉拉塞爾在1846年第一個發現的，就在海王星被發現的17天後。特裏同也是非常獨特的一顆衛星，首先，它是海王星唯一的一個球型衛星。其他13顆衛星的形狀都是不規則的，而且它是太陽系中唯一一顆逆行的大衛星，就是它讓海王星運行的方向跟海王星的自轉方向是相反的。

這個情況說明它曾經可能跟冥王星一樣，是柯伊伯帶的一個矮行星，後來被海王星的引力捕獲了。這個說法有點像月球起源裏的捕獲說，因爲特裏同像月球一樣都被潮汐鎖定了，所以它也是永遠只有一個面朝向海王星。而且根據近些年的研究數據，預測海王星的引力正在把特裏同拉向自己，預計在三十六億年後，特裏同將會跟海王星相撞，最終它會變成海王星的一部分。

特裏同的直徑是2700公裏，是太陽系第七大的衛星，比冥王星都大。它的表面極其寒冷，比天王星都冷，表面溫度約爲零下235攝氏度，主要是冰凍的氮氣。不過，盡管特裏同如此寒冷，旅行者二號在1989年飛越特裏同的時候還是發現了存在噴泉。這些噴泉可以噴到8000多米的高度，所以目前科學家認爲特裏同的內部可能也存在地下海洋。

海王星的磁場強度大約是地球的27倍，磁場尾部可以延伸到數百萬公裏以外。而且跟天王星一樣，這兩個行星的磁場都很有特點，比如他們磁場方向跟自轉軸都有一個大角度的夾角。天王星是59度，海王星是47度，都遠遠大于地球的11.5度。而且他們磁場中心都不在行星的中心，偏得厲害。那時候人們一直覺得天王星的磁場偏是因爲它躺著轉導致的，但是在旅行者二號去過海王星之後，發現海王星即使不躺著轉，磁場也是偏的。所以目前科學家認爲是他們內部的冰地幔産生了這麽獨特的磁場。不過我們剛剛也說了，雖然我們叫它冰地幔，但是這些物質在海王星內部都處于流體狀態，是具有導電性的。

其實在發現海王星之後的100多年裏，人類對海王星的研究都沒什麽進展。如果只是用望遠鏡觀測，它只能看到一個圓盤狀的東西。所以想要更多的了解海王星，就只能去到它旁邊觀測。但是以當時的技術，這是不可能的。這種情況一直持續到20世紀70年代。1965年的時候，NASA有一個工程師叫加裏·費爾南德斯，他在一次計算中發現20世紀70年代後期，太陽系的四顆氣態巨星將同時位于太陽的同一側，並且幾乎就在一條直線上。這期間，只需要一個探測器就能在十年之內一路探索木星、土星、天王星、海王星這四顆行星。這種情況每176年才會出現一次，非常難得。下一次是在2153年。所以NASA在那個時候制定了一個行星大巡遊計劃，也就是旅行者一號和二號的飛行任務。

旅行者一號和二號分別在1977年的9月5號和1977年的8月20號成功發射。旅行者二號先出發的，他們雖然是完全相同的探測器，但是探測任務不一樣。旅行者一號的主要任務是訪問木星和土星，尤其是土星最大的衛星泰坦。NASA當時已經想好了，如果旅行者一號失敗了，導致最終無法觀測到泰坦的話，那他們就會改變旅行者二號的軌迹，讓旅行者二號去泰坦，就不去天王星和海王星了。好在旅行者一號順利完成了任務。在1979年11月12號，旅行者一號飛越了泰坦，飛越的過程中，他收集到了很多有關土星系統的寶貴數據。但是由于它離土星太近了，在土星引力的作用下，它獲得了更大的速度，導致旅行者一號偏離了黃道面。在這之後，他的軌迹就不支持他去其他行星了，包括訪問海王星。

1990年2月14號，此時的旅行者一號正在以每小時6.5萬公裏的速度飛離太陽系，在距離地球大約60億公裏的位置。他回頭朝著他來的地方拍下了最後一組照片。這組照片一共64張，這64張照片放在一起其實就是一張太陽系行星的全家福。地球在照片中只是一個像素大小的光點，這就是我們的家園。這也是旅行者一號送給地球的最後一份禮物。在拍完這組照片不久之後，爲了省電，他的照相機被永久的關閉了。然後繼續飛離太陽系，直到電量耗盡，徹底跟地球失去聯系。截止2024年1月，他距離地球244億公裏，是目前距離地球最遙遠的人造物體。

但由于旅行者一號任務的順利執行，旅行者二號也有條件繼續執行天王星和海王星的任務。他將獨自完成這176年才有一次的百年任務。這次任務也讓人類第一次近距離觀察到了這兩顆遙遠的冰巨星。1979年，旅行者二號讓我們看到了木星神秘的大紅斑。1981年，他帶我們近距離觀察了壯麗的土星環。1986年，他帶我們感受了天王星的寒冷。1989年8月25號，旅行者二號從最接近海王星的地方飛過。

在飛躍的過程中，旅行者二號發現了海王星的六顆新衛星和四個新環，記錄了海王星的大氣成分和風暴系統大黑斑。至此，旅行者二號完成了對四顆行星的全部探測任務。不過由于距離太遠，旅行者二號在完成所有任務後，已經沒有足夠的燃料返回。所以他也關閉了照相機，飛向了宇宙深處。截至2024年1月，他距離地球203億公裏。按照這個速度，它飛躍一光年大約還需要19300多年。

在海王星的軌道外側，有個天體非常密集的圓盤狀區域，叫柯伊伯帶。它距離太陽大約40-50個天文單位，主要是由小天體和當初太陽系形成的一些殘留物組成。類似于木星和火星之間的小行星帶，但是它比小行星帶要大很多，還包括了至少四顆矮行星：冥王星、鳥神星、妊娠星和阋神星。不過柯伊伯帶的質量很小，它裏面所有的物體加一起的總質量只有地球質量的1/10。

根據現代計算機模擬顯示，海王星對柯伊伯帶有很大的影響。如果沒有海王星，柯伊伯帶很可能會形成一顆行星。但是由于海王星強大的引力，導致這些物質沒法合成一個整體。就比如軌道共振。柯伊伯帶中的很多天體都跟海王星存在這種3:2的軌道共振，就是說這些天體每繞太陽運行兩圈，海王星就會繞太陽運行三圈。出名一點的像冥王星，他跟海王星軌道的共振比例就是2:3。所以說雖然他們兩個的軌道有交叉，但是這種共振會讓他們永遠都不可能相撞。

除此之外，模擬結果還顯示，天王星和海王星都不是在現在的位置形成的，因爲他們當前範圍內的原始物質太少了，根本不可能産生如此大質量的天體。所以天王星和海王星很可能是在靠近木星的地方形成的。隨著行星向外遷移，逐漸飄到了現在的位置。