天王星的兄弟
在大型天文望远镜里的海王星，呈现出淡蓝色的圆面，人们自然而然地联想到蔚蓝色的大海，于是，西方人用罗马神话中的大海之神——尼普顿的名字来称呼它，中文译为海王星。海王星绕太阳运转的轨道半径为45亿千米，是地球距离太阳的30倍，公转一周需要165年。从1846年发现到今天，海王星还没走完一个全程。海王星的直径是49400千米，和天王星类似，质量比天王星略大一些。
因此海王星的内部结构与天王星极为相近，所以说是天王星的孪生兄弟。海王星表面也有厚厚的大气层包围着，大气中含有氢、甲烷和氨等气体。由于海王星离太阳遥远，表面有效温度为-230℃，但在红外波段，海王星的辐射能量超过它所吸收的太阳能量，这表明海王星也可能存在内部局部能源。从1989年8月“旅行者2号”考察海王星时发回的照片上发现，海王星上面有一个大鹅卵形黑斑，二个暗斑和三个亮斑。黑斑的直径约为1.28万公里，看上去像一只大眼睛，大约每10天逆时针旋转一周。这个大黑斑实际上是一个气旋，它是海王星大气的高压区，在它上面约50公里处有一些像卷云般的云朵。分析表明，在海王星大气中含有高浓度的甲烷和氢硫化物。
天王星和海王星的内部结构既不像类地行星富含硅、铁，又不像巨行星那样富含氢、氦，它们基本上是由水、甲烷、氨等氢化物构成；而硅酸盐、铁、氢和氦只是次要成分。这就是说，虽然天王星和海王星也像巨行星那样是液态行星，但它们的化学成分已不是原始星云物质。
现在认为天王星和海王星的大气中氢仍是主要成分，其内部结构分为三层：富氢的大气层，其质量为1～2个地球质量；由甲烷、氨和水构成的液态幔，其质量约为地球质量的10倍；岩-冰核，其质量约为地球质量的3倍。
根据地面观测，天王星和海王星也有磁层。为此，“旅行者2号”的探测项目中设置了对天王星、海王星磁层的探测项目。“旅行者2号”在到达天王星最近距离点之前，就探测出天王星发出的射电信号和带电粒子流。经测定，天王星也有磁层结构，其磁层中主要是由质子和电子构成的等离子体。磁层在朝向太阳的一面至少延伸到59万公里的高度，其磁尾延伸到600万公里。天王星也有与地球范艾伦带类似的辐射带。
1989年8月24日，“旅行者2号”抵达海王星近区，对海王星进行多方面的探测。观测资料向我们展示了海王星的“画卷”。海王星是一颗蓝绿色的行星，大气层内十分活跃，各层的云都在高速流动，风暴层出不穷。在大气层中存在两个暗斑和3个亮斑。其中一个大暗斑在东西方向上达12000公里，南北方向上达8000公里，位于海王星南半球南纬21°，与木星大红斑一样，是沿逆时针方向运动的气团。大黑斑的南部还伴有明亮的白斑。“旅行者2号”还新发现海王星有6颗卫星，使海王星卫星总数达到8颗。发现海王星有5条光环。迄今为止，木星、土星、天王星和海王星都具有光环。它们同属类木行星。这给关于太阳系起源和演化的研究注入了新的活力。
探测海王星的奥秘
海王星是一个庞然大物，在太阳系内排在木星、土星、天王星之后居第四位，也是一颗类木行星。它的体积是地球的44倍，质量是地球的17倍，平均密度是地球的0.41倍，比其他类木行星大。海王星处在太阳系的边缘，离我们有45亿公里之遥，历来对它知之甚少；在地面上用望远镜观察它也不过是一个亮点。由于距离实在太远，用探测飞船对它进行探测也是一个棘手的问题。“旅行者2号”探测飞船在太阳系翱翔了12年，行程72亿公里，终于在1989年8月25日迫近了海王星，不负科学家们所望，实现了对海王星的近距离考察，向地面发回6000多张海王星及其卫星的照片，揭开了这颗神秘莫测的蓝色行星的面纱。飞船抵达海王星的最近距离只有4827公里。在考察相会期间，先后发现了海王星的6颗新卫星，加上早先在地球上通过计算发现的海卫一和海卫二，使海王星的卫星总数达到8颗。
探测飞船还发现海王星有5条光环，其中2条明亮，3条暗淡。
美国科学家认为，海王星光环是由彗星碎片构成：在海王星最外层的一条光环中，有6到8个冰体，其中最大的不超过10至20公里宽。海王星南极周围有两条宽约4345公里的巨型黑色风云带和一块面积有地球那样大的风暴形成的大黑斑，类似木星的大红斑。这块大黑斑沿自身的中心轴逆时针方向旋转，每转一周需10天。海王星周围有一个被一辐射带包围着的磁场，而且大部分地方有像地球南北极光一样的极光。海王星磁极对海王星旋转轴倾斜50度。
科学家们认为，这可以解释为什么极光在该行星的大部分地方出现。海王星的大气动荡不定，大气层中含有冰冻的甲烷构成的白云和一股像地球那样大面积的气旋，跟在气旋后面的时速为640公里的飓风式风暴。
地面人员在处理飞船发回的新数据时，还惊奇地发现，海王星上空有与地球大城市上空一样的烟雾。科学家认为这是太阳光照射海王星大气中含量高的甲烷形成的。这种光化烟雾在海王星同温层底部形成了一层150公里厚的冰层。
“旅行者2号”对海王星的卫星海卫一的探测确认，它是太阳系中最冷的一个天体，表面温度为-240℃；它沿海王星自转方向逆行。对它有趣的逆行，天文学家根据探测资料研究后认为，它曾是一颗绕太阳运行的彗星，在某个时候与海王星的一颗卫星碰撞后，进入绕海王星运行轨道。
科学家根据探测信息还发现海卫一上有三座冰火山，而且有的还在活动，曾喷出过冰冻的甲烷或其他冰类物质。有时它喷出的氮冰微粒高达32公里。这一发现使海卫一成为太阳系中存在活火山的第三个天体，其他两个是地球和木卫一。科学家认为，海卫一冰火山喷发是由海卫一内部升高的液氮压力引起的。探测还发现海卫一上到处有断层、山脊、低悬岩和各种冰结构，这表明某个时期海卫一上可能发生过地震。海卫一上空有一层稀薄的氮气组成的大气层，海卫一上可能存在液氮海洋和冰湖，所有这些证明，海卫一可能有过长达10亿年的活跃的地质活动期。飞船对海卫一的考察使科学家们兴奋不已，人们对海卫一的兴趣甚至超过了海王星本身。