海王星（Neptune）是八大行星中的遠日行星，按照行星與太陽的距離排列海王星是第八顆行星，直徑上第四大行星，質量上第三大行星。它的亮度僅為7.85等，只有在天文望遠鏡里才能看到它。由於它那熒熒的淡藍色光，所以西方人用羅馬神話中的海神——尼普頓（Neptune）”的名字來稱呼它。在中文裡，把它譯為海王星。
海王星在直徑和體積上小於天王星，但質量卻大於天王星，大約是地球的17倍，而它的姊妹行星天王星因密度較低，質量大約是地球的14倍。
海王星的大氣層以氫和氦為主，還有微量的甲烷，大氣層中的甲烷，是使行星呈現藍色的原因之一。海王星有著太陽系最強烈的風暴，測量到的風速高達2100km/h。海王星雲頂的溫度是-218 ℃（55K），因為距離太陽最遠，是太陽系最冷的地區之一。儘管如此，海王星卻有著一個熾熱的內部，海王星核心的溫度約7000℃，和大多數已知的行星相似。
海王星在1846年9月23日被發現，是唯一利用數學預測而非有計畫的觀測發現的行星。天文學家利用天王星軌道的攝動推測出海王星的存在與可能的位置，迄今只有美國的旅行者2號探測器曾經在1989年8月25日拜訪過海王星。
基本介紹
- 中文名：海王星
- 外文名：Neptune
- 別稱：筆尖下的行星
- 分類：行星，氣態行星、冰巨星，遠日行星
- 發現者：奧本·勒維耶、約翰·柯西·亞當斯和約翰·格弗里恩·伽勒 、伽利略
- 發現時間：1846年9月23日
- 質量：1.0247×1026千克（地球的17倍）
- 平均密度：1.66g/cm3
- 直徑：49,532千米
- 表面溫度：-214℃
- 逃逸速度：23.5 km/s
- 反照率：0.29（球面）0.41（幾何）
- 視星等：7.85
- 絕對星等：無法計算
- 自轉周期：15h 57min 59s
- 半長軸：4,503,443,661 km
- 離心率：0.011214269
- 公轉周期：60,327.624 天
- 平近點角：267.767281°
- 軌道傾角：1.767975°
- 升交點經度：131.794310°
- 大氣成分：氫、氦、甲烷、氘、乙烷
- 遠日點：4.553946490Gkm
- 近日點：4.452940833Gkm
- 衛星數量：14
- 平均公轉速度：5.43 km/s
- 近日點幅角：265.646853°
- 赤道半徑：24,764±15 km
- 極半徑：24,341±30 km
- 表面重力：1.14 g
- 赤道自轉速度：2.68 km/s
- 自轉軸傾角：28.32°
概述,發現命名,星體特性,基本參數,結構組成,大氣層,氣候,磁層,內部,光環,衛星,星體運動,軌道,自轉,研究探測,地面觀測,旅行者2號,未來探測,大黑斑,風暴,
概述
海王星是太陽系八大行星中距離太陽最遠的，體積是太陽系第四大，但質量排名是第三。海王星的質量大約是地球的17倍，而類似雙胞胎的天王星因密度較低，質量大約是地球的14倍。海王星大氣層85%是氫氣，13%是氦氣，2%是甲烷，除此之外還有少量氨氣。在大氣層中的甲烷，只是使行星呈現藍色的一部分原因。因為海王星的藍色比有同樣份量的天王星更為鮮艷，因此應該還有其他的成分對海王星明顯的顏色有所貢獻。
海王星有太陽系最強烈的風，測量到的時速高達2100公里。1989年美國航天局發射的旅行者2號飛掠過海王星，對南半球的大黑斑和木星的大紅斑做了比較。海王星雲頂的溫度是-218 ℃（55K），因為距離太陽最遠，是太陽系最冷的地區之一。海王星核心的溫度約為7000 ℃，也和大多數已知的行星相似。
海王星海王星在1846年9月23日被發現，是唯一利用數學預測而非有計畫的觀測發現的行星。天文學家利用天王星軌道的攝動推測出海王星的存在與可能的位置。迄今只有美國發射的旅行者2號曾經在1989年8月25日拜訪過海王星。在2003年，美國國家航空航天局提出有如卡西尼-惠更斯號科學水平的海王星軌道探測計畫但不使用熱滋生反應提供電力的推進裝置；這項計畫由噴氣推進實驗室和加州理工學院一起完成。
發現命名
勒維耶在多次耽擱之後，查理士在1846年7月勉強開始了搜尋的工作；而在同時，勒維耶也說服了柏林天文台的約翰·格弗里恩·伽勒搜尋行星。當時仍是柏林天文台的學生達赫斯特（Heinrich d'Arrest）表示正好完成了勒維耶預測天區的最新星圖，可以做為尋找新行星時與恆星比對的參考圖。在1846年9月23日晚間，海王星被發現了，與勒維耶預測的位置相距不到1°，但與亞當斯預測的位置相差10°。事後，查理士發現他在8月時已經兩度觀測到海王星，但因為對這件工作漫不經心而未曾進一步的核對。
海王星（紅弧）完成一個圍繞太陽運行的軌道（中心）
海王星（紅弧）完成一個圍繞太陽運行的軌道（中心）由於有民族優越感和民族主義的影響，使得這項發現在英法兩國餘波蕩漾，國際間的輿論最終迫使勒維耶接受亞當斯也是共同的發現者。然而，在1998年，史學家才得以重新檢視天文學家奧林·艾根（Olin Eggen）遺產中的海王星檔案（來自格林威治天文台的歷史檔案，明顯是被奧林·艾根竊取近三十年，在他逝世之後才得重見天日），在檢視過這些檔案之後，有些史學家認為亞當斯不應該得到如同勒維耶的殊榮。
海王星（衛星上看）
海王星（衛星上看）發現之後的一段時間，海王星不是被稱為天王星外的行星就是勒維耶的行星。伽雷是第一位建議取名的人，他建議的名稱是Janus（羅馬神話中看守門戶的雙面神）。在英國，查理士將之命名為Oceanus；在法國，阿拉貢（Arago）建議稱為勒維耶，以回應法國之外強烈的抗議聲浪。法國天文年曆當時以赫歇耳稱呼天王星，相對於以勒維耶稱呼這顆新發現的行星。同時，在分開和獨立的場合，亞當斯建議修改天王星的名稱為喬治，而勒維耶經由經度委員會建議以Neptune（海王星）作為新行星的名字。斯特魯維（Struve）在1846年12月29日於聖彼得堡科學院挺身而出支持勒維耶建議的名稱。
很快的，海王星成為國際上被接受的新名稱。在羅馬神話中的Neptune（尼普頓）等同於希臘神話的Poseidon（波塞冬），都是海神，因此中文翻譯成海王星。新發現的行星遵循了行星以神話中的眾神為名的原則，而除了天王星之外，都是在遠古時代就被命名的。在韓文、日文和越南文的漢字表示法都是“海王星”。在印度，這顆行星的名稱是Varuna（Devanāgarī），也是印度神話中的海神，與希臘-羅馬神話中的Poseidon/Neptune意義是相同的。
星體特性
基本參數
公轉軌道：距太陽45.04億千米（30.06天文單位)
軌道傾角：1.769°
質量：1.0247×1026 千克（為地球質量的17.135倍）
自轉周期：15小時57分59秒
公轉周期：約164.8個地球年
平均密度：1.66g/cm3發現者：Johann Galle
發現時間：1846年9月23日
視星等：7.85
平均溫度：-353℉（-214℃)
平均雲層溫度：-193℃至-153℃
大氣壓：1-3B
表面重力加速度：比地球的略大，在兩極為1180cm/s2，在赤道上約為1100cm/s2
表面逃逸速度：23.6km/s
衛星數：14顆
光環數：5條
離心率：0.01125
質量 | 1.0247e+26 千克 |
質量比（地球 = 1） | 1.7135e+01 |
赤道半徑（km) | 24,746 |
赤道半徑 （地球= 1） | 3.8799e+00 |
平均密度（gm/cm3） | 1.64 |
平均日距 (km) | 4,504,300,000 |
平均日距（地球= 1） | 30.0611 |
自轉周期（小時） | 16.11 |
公轉周期 （年） | 164.79 |
平均公轉速度（km/秒） | 5.45 |
公轉軌道偏心率 | 0.0097 |
自轉軸傾角（度） | 29.56 |
公轉傾角 （度） | 1.774 |
赤道表面重力（m/秒2） | 11.0 |
赤道逃逸速度 (km/秒） | 23.50 |
視覺幾何反射率 | 0.41 |
視星等（Vo) | 7.85 |
雲層平均溫度 | -193到-153℃ |
大氣壓（巴） | 1-3 |
大氣成份 | 氫85% 氦13% 甲烷2% |
結構組成
以其1.0247e+26 千克的質量，海王星是介於地球和巨行星（指木星和土星）之間的的中等大小行星：它的質量既是地球質量的17倍，也是木星質量的1/18。因為它們質量較典型類木行星小，而且密度、組成成份、內部結構也與類木行星有顯著差別，海王星和天王星一起常常被歸為類木行星的一個子類：冰巨星。在尋找太陽系外行星領域，海王星被用作一個通用代號，指所發現的有著類似海王星質量的系外行星，就如同天文學家們常常說的那些系外“木星”。
海王星內部結構
海王星內部結構因為軌道距離太陽很遠，海王星從太陽得到的熱量很少，所以海王星大氣層頂端溫度只有-218 ℃（55 K），而由大氣層頂端向內溫度穩定上升。和天王星類似，星球內部熱量的來源仍然是未知的，而結果卻是顯著的：作為太陽系最外側的行星，海王星內部能量卻大到維持了太陽系所有行星系統中已知的最高速風暴。對其內部熱源有幾種解釋，包括行星核心的放射熱源，行星生成時吸積盤塌縮能量的散熱，還有重力波對平流圈界面的擾動。
海王星內部結構和天王星相似。行星核是一個質量大概不超過一個地球質量的由岩石和冰構成的混合體。海王星地幔總質量相當於10到15個地球質量，富含水，氨，甲烷和其它成份。作為行星學慣例，這種混合物被叫作冰，雖然其實是高度壓縮的過熱流體。這種高電導的流體通常也被叫作水-氨大洋。大氣層包括大約從頂端向中心的10%到20%，高層大氣主由80%氫和19%氦組成。甲烷，氨和水的含量隨高度降低而增加。更內部大氣底端溫度更高，密度更大，進而逐漸和行星地幔的過熱液體混為一體。海王星核心的壓力是地球表面大氣壓的數百萬倍通過比較轉速和扁率可知海王星的質量分布不如天王星集中。
內部結構
內部結構大氣層
海王星影像海王星的大氣層可以細分為兩個主要的區域：低層的對流層，該處的溫度隨高度降低；和平流層，該處的溫度隨著高度增加。兩層之間的邊界，對流層出現在氣壓為0.1巴 (10kPa，1巴=0.1MPa=100kPa，約等於地球上1個標準大氣壓)處。平流層在氣壓低於10至 10微巴 (1-10Pa) 處成為熱成層，熱成層逐漸過渡為散逸層。
模型表明海王星對流層的雲帶取決於不同海拔高度的成分。高海拔的雲出現在氣壓低於1帕之處，該處的溫度使甲烷可以凝結。壓力在1巴至5巴 (100kPa至500kPa)，被認為氨和硫化氫的雲可以形成。壓力在5帕以上，雲可能包含氨、硫化氨、硫化氫和水。更深處的水冰雲可以在壓力大約為50巴 (5MPa)處被發現，該處的溫度達到0 °C。在下面，可能會發現氨和硫化氫的雲。
海王星高層的雲會曾經被觀察到在低層雲的頂部形成陰影，高層的雲也會在相同的緯度上環繞著行星運轉。這些環帶的寬度大約在50公里至150公里，並且在低層雲頂之上50公里至110公里。
這顆行星的熱成層有著大約750K的異常高溫，其原因至今還不清楚。要從太陽來的紫外線輻射獲得熱量，對這顆行星來說與太陽的距離是太遙遠了。一個候選的加熱機制是行星的磁場與離子的互動作用；另一個候選者是來自內部的重力波在大氣層中的消耗。熱成層包含可以察覺到的二氧化碳和水，其來源可能來自外部，例如流星體和塵埃。
氣候
在海王星和天王星之間的一個區別是典型氣象活動的水平。1986年當旅行者2號太空飛行器飛經天王星時，該行星視覺上相當平淡，而在1989年旅行者2號飛越期間，海王星展現了著名的天氣現象。海王星的大氣有太陽系中的最高風速，據推測源於其內部熱流的推動，它的天氣特徵是極為劇烈的風暴系統，其風速達到超音速速度直至大約2100 km/h。在赤道帶區域，更加典型的風速能達到大約1200km/h。根據蒲福風級即目前世界氣象組織所建議的分級地球風速最大為12級風，約118 km/h。
1989年，美國航空航天局的旅行者2號太空飛行器發現了大黑斑，它是一個歐亞大陸大小的颶風系統。這個風暴類似木星上的大紅斑。然而在1994年11月2日， 哈勃太空望遠鏡在海王星上沒有看見大黑斑，反而在北半球發現了類似大黑斑的一場新的風暴。大黑斑失蹤的原因尚未知曉。一種可能的理論是來自行星核心的熱傳遞擾亂了大氣均衡並且打亂了現有的循環樣式。 滑行車（英文：Scooter)是位於大黑斑更南面的另一場風暴，是一組白色雲團1989年，當它在旅行者2號造訪前的那幾個月被發現時，就被命名了這個綽號：因為它比大黑斑移動得更快。隨後圖像顯示出還有比滑行車移動得更快的雲團。小黑斑是一場南部的颶風風暴，在1989旅行者2號訪問期間強度排在第二位。它最初是完全黑暗的，但在"旅行者"接近過程中，一個明亮的核心逐漸形成，並且出現在大多數最高解析度的圖像上。2007年又發現海王星的南極比其表面平均溫度（大約為-200 ℃）高出約10 ℃。這樣高出10 ℃的溫度足以把甲烷釋放到太空，而在其它區域海王星的上層大氣層中甲烷是被凍結著的。
海王星在類木行星中的一個獨有特點就是高層雲彩在其下半透明的雲基區域投下陰影。雖然海王星的大氣遠比天王星的活躍它們都是由相同的氣體和冰組成。天王星和海王星都不是木星和土星那種嚴格意義上的類木行星而屬於另一類的遠日行星，即它們有一個較大的固體核而且還含有冰作為其組成成份。海王星表面溫度非常低，1989年測到的頂端雲層的溫度低至-224 ℃ (49 K)。
磁層
海王星有著與天王星類似的磁層，它的磁場相對自轉軸有著高達47°的傾斜，並且偏離核心至少0.55 半徑，或是偏離物理上的中心13,500公里。在航海家2號抵達海王星之前，天王星的磁層傾斜假設是因為它躺著自轉的結果，但是，比較這兩顆行星的磁場，科學家認為這種極端的指向是行星內部流體的特徵。這個區域也許是一層導電體液體（可能是氨、甲烷和水的混合體）形成的對流層流體運動，造成發電機的活動。
海王星
海王星磁場的偶極成分在海王星的磁赤道大約是14microteslas（0.14 G）海王星的偶磁矩大約是2.2 × 10 T·m（14 μT·RN，此處RN是海王星的半徑）海王星的磁場因為非偶極成分，包括強度可能超過磁偶極矩的強大四極矩，組合有很大的貢獻，因此在幾何結構上非常的複雜。相較之下地球、木星和土星的四極矩都非常小，並且相對於自轉軸的傾角也都不大海王星巨大的四極矩也許是發電機偏離行星的中心和幾何強制性的結果 。
海王星的弓形震波，在那兒磁層開始減緩太陽風的速度，發生在距離行星34.9行星半徑之處。磁層頂，磁層的壓力抵銷太陽風的地方，位於23-26.5倍海王星半徑之處，磁尾至少延伸至72倍的海王星半徑，並且還會伸展至更遠。
內部
科學家最新研究顯示，海王星和天王星表面很可能包含著液態鑽石海洋
研究人員對鑽石熔點進行了詳細測量，當鑽石融化時就像是水冷凍和融化的過程，在液態形式之上漂浮著固定形式鑽石是一種非常堅硬的物質，它很難被融化。由於當鑽石在高溫下加熱熔化容易變成石墨，因此研究人員很難測量鑽石在變成石墨之前具體的熔點。
科學家將鑽石暴露於高壓下使用雷射轟擊鑽石表面，4000萬倍零海拔壓力的作用下，鑽石變成了液態。當壓力降低至零海拔1100萬倍，溫度降低至5萬攝氏度，固體成塊的鑽石便開始形成。科學家發現一些事情並非他們之前所預計的那樣，當溫度降低至形成固態鑽石的狀態下，形成的固態鑽石並未沉下去，而是漂浮在液態鑽石的頂層，就像是鑽石冰川一樣。
在海王星和天王星這樣的超大氣態行星上，存在著類似鑽石液化的超高溫度和壓力。海王星和天王星表面成份10%是碳元素，大量的液態鑽石海洋將偏轉或傾斜磁場離開行星的旋轉軸線太陽系探索。
科學家惟一確定海王星和天王星表面是否存在液態鑽石的方法就是發射科學探測器，或者在地球模擬這些氣態行星的環境特徵但以上的方法成本都很高，需要多年時間進行準備。據悉，這項研究報告已發表在《自然物理學》期刊上。
研究人員對鑽石熔點進行了詳細測量，當鑽石融化時就像是水冷凍和融化的過程，在液態形式之上漂浮著固定形式鑽石是一種非常堅硬的物質，它很難被融化。由於當鑽石在高溫下加熱熔化容易變成石墨，因此研究人員很難測量鑽石在變成石墨之前具體的熔點。
科學家將鑽石暴露於高壓下使用雷射轟擊鑽石表面，4000萬倍零海拔壓力的作用下，鑽石變成了液態。當壓力降低至零海拔1100萬倍，溫度降低至5萬攝氏度，固體成塊的鑽石便開始形成。科學家發現一些事情並非他們之前所預計的那樣，當溫度降低至形成固態鑽石的狀態下，形成的固態鑽石並未沉下去，而是漂浮在液態鑽石的頂層，就像是鑽石冰川一樣。
在海王星和天王星這樣的超大氣態行星上，存在著類似鑽石液化的超高溫度和壓力。海王星和天王星表面成份10%是碳元素，大量的液態鑽石海洋將偏轉或傾斜磁場離開行星的旋轉軸線太陽系探索。
科學家惟一確定海王星和天王星表面是否存在液態鑽石的方法就是發射科學探測器，或者在地球模擬這些氣態行星的環境特徵但以上的方法成本都很高，需要多年時間進行準備。據悉，這項研究報告已發表在《自然物理學》期刊上。
光環
這顆藍色行星有著暗淡的天藍色圓環，但與土星比起來相去甚遠。當這些環由以愛德華·奎南為首的團隊發現時曾被認為也許是不完整的。然而，“旅行者2號”的發現表明並非如此。
這些行星環有一個特別的“堆狀”結構 其起因如今不明但也許可以歸結於附近軌道上的小衛星的引力相互作用
認為海王星環不完整的證據首次出現在80年代中期，當時觀測到海王星在掩星前後出現了偶爾的額外“閃光”旅行者2號在1989年拍攝的圖像發現了這個包含幾個微弱圓環的行星環系統，從而解決了這個問題。最外層的圓環，亞當斯，包含三段顯著的弧，如今名為“Liberté”，“Egalité”和“Fraternité”（自由、平等、博愛）。 弧的存在非常難於理解，因為運動定律預示弧應在不長的時間內變成分布一致的圓環。如今認為環內側的衛星海衛六的引力作用束縛了弧的運動。
“旅行者”的照相機發現了其他幾個環。除了狹窄的、距海王星中心63,000千米的亞當斯環之外， 勒維耶環距中心53,000千米，更寬、更暗的伽勒環距中心42,000千米。勒維耶環外側的暗淡圓環被命名為拉塞爾; 再往外是距中心57,000千米的Arago環。
2005年新發表的在地球上觀察的結果表明，海王星的環比原先以為的更不穩定。凱克天文台在2002年和2003年拍攝的圖像顯示，與"旅行者2號"拍攝時相比，海王星環發生了顯著的退化，特別是“自由弧”，也許在一個世紀左右就會消失。
光環數據
| 光環距離（千米） | 寬度（千米） | 另稱 | |
|---|---|---|---|
Diffuse | 41900 | 15 | 1989N3R,Galle |
Inner | 53200 | 15 | 1989N2R,勒威耶 |
Plateau | 53200 | 5800 | 1989N4R,Lassell,Arago |
Main | 62930 | < 50 | 1989N1R,Adams |
（距離是海王星中心到光環的內端）
衛星
海王星有14顆已知的天然衛星。其中最大的、也是唯一擁有足夠質量成為球體的海衛一在海王星被發現17天以後就被威廉·拉塞爾發現了。與其他大型衛星不同，海衛一運行於逆行軌道，說明它是被海王星俘獲的，大概曾經是一個柯伊伯帶天體。它與海王星的距離足夠近使它被鎖定在同步軌道上，它將緩慢地經螺旋軌道接近海王星，當它到達洛希極限時最終將被海王星的引力撕開。海衛一是太陽系中被測量的最冷的天體，溫度為-235℃（38K）。
海王星第二個已知衛星（依距離排列）是形狀不規則的海衛二，它的軌道是太陽系中離心率最大的衛星軌道之一。從1989年7月到9月，“旅行者2號”發現了六個新的海王星衛星。其中形狀不規則的海衛八以擁有在其密度下不會被它自身的引力變成球體的最大體積而出名。儘管它是質量第二大的海王星衛星，它只是海衛一質量的四百分之一。最靠近海王星的四個衛星，海衛三、海衛四、海衛五和海衛六，軌道在海王星的環之內。第二靠外的海衛七在1981年它掩星的時候被觀察到。起初掩星的原因被歸結為行星環上的弧，但據1989年“旅行者2號”的觀察，才發現是由衛星造成的。2004年宣布了在2002年和2003之間發現的五個新的形狀不規則衛星。由於海王星得名於羅馬神話的海神，它的衛星都以低等的海神命名。
SETI協會研究員馬克·肖華特（Mark Showalter）2013年發現了圍繞海王星的一顆新衛星，編號為海王星衛星S/2004N1，直徑約為19千米，距地球約48億千米。
| 衛星名稱 | 衛星距離（km） | 直徑（km） | 發現者 | 發現日期 |
|---|---|---|---|---|
海衛一（Triton） | 355000 | 2706 | Lassell | 1846 |
海衛二（Nereid） | 5509000 | 340 | Kuiper | 1949 |
海衛三（Naiad） | 48000 | 66 | 旅行者2號 | 1989 |
海衛四（Thalassa） | 50000 | 80 | 旅行者2號 | 1989 |
海衛五（Despina） | 53000 | 148 | 旅行者2號 | 1989 |
海衛六（Galatea） | 62000 | 158 | 旅行者2號 | 1989 |
海衛七（Larissa） | 74000 | 192 | 旅行者2號 | 1989 |
海衛八（Proteus） | 118000 | 422 | 旅行者2號 | 1989 |
海衛九（Halimede） | 48000000 | 48 | Matthew J. Holman | 2003 |
海衛十（Psamathe） | 46695000 | 56 | David C. Jewitt | 2003 |
海衛十一（Sao） | 22422000 | 44 | Matthew J. Holman | 2002 |
海衛十二（Laomedeia） | 23571000 | 42 | Matthew J. Holman | 2002 |
海衛十三（Neso） | 48387000 | 60 | Matthew J. Holman | 2002 |
星體運動
軌道
海王星的軌道周期（年）大約相當於164.79地球年。海王星於2011年7月12日回到繞日公轉軌道上它被發現時的那個點。由於地球處於其365.25天周期軌道的不同地點，屆時從地球看到的海王星並不會處在它被發現時在天空中的那個位置。從地球上觀察，海王星沖日周期為367天，這些周期使它在2010年4月和7月以及2011年10月和11月接近1846年它被發現時的坐標。在2010年8月20日，海王星將於發現它的1846年中的同一天再度沖日。
海王星想像圖
海王星想像圖自轉
海王星的自轉周期（日）是15小時57分59秒。由於它的自轉軸傾角為28.321456°，與地球（23°）相近，海王星日與地球日時間長度的不同與其漫長的年比起來就算不得什麼了。
研究探測
地面觀測
肉眼看不到海王星，其亮度介乎視星等+7.7和+8.0，比木星的伽利略衛星，矮行星、穀神星和小行星、灶神星、智神星、虹神星、婚神星和韶神星都暗。在天文望遠鏡或優質的雙筒望遠鏡中，海王星顯現為一個小小的藍色圓盤，看上去與天王星很相似。藍色來自在於它大氣中的甲烷。它在視覺上的細小給研究造成了困難；多數從望遠鏡中獲得的數據是相當有限的，直到出現哈勃太空望遠鏡和大型地基望遠鏡與自適應光學技術才獲得改觀。
通過雙目望遠鏡可觀察到海王星，但假如你要看到行星上的一切而非僅僅一個小圓盤，那么你就需要一架大的天文望遠鏡。Mike Harvey的行星尋找圖表指出此時海王星在天空中的位置（及其他行星的位置），再由Starry Night這個天象程式作更多更細緻的定製。
旅行者2號
1989年8月25日，美國航天局發射的旅行者2號探測器飛越海王星，這是人類首次用空間探測器探測海王星。它在距海王星4827千米的最近點與海王星相會，從而使人類第一次看清了遠在距離地球45億千米之外的海王星面貌。它發現了海王星的6顆新衛星，使其衛星總數增至8顆；首次發現海王星有5條光環，其中3條暗淡、2條明亮。從旅行者2號拍攝的6000多幅海王星照片中發現，海王星南極周圍有兩條寬約4345千米的巨大黑色風雲帶和一塊面積有如地球那么大的風暴區，它們形成了像木星大紅斑那樣的大黑斑。這塊大黑斑沿中心軸向逆時針方向旋轉，每轉360°需10天。海王星也有磁場和輻射帶，大部分地區有像地球南北極那樣的極光。海王星的大氣層動盪不定，大氣中含有由冰凍甲烷構成的白雲和大面積氣旋，跟隨在氣旋後面的是時速為640千米的颶風。海王星上空有一層因陽光照射大氣層中的甲烷而形成的煙霧。
海王星與太陽的平均距離為44.96億公里，是地球到太陽距離的30倍。海王星接收到太陽的光和熱只有地球的19%於是其表面覆蓋著延綿幾千公里厚的冰層，外表則圍繞著濃密的大氣，海王星的直徑49500公里，是地球的3.88倍體積有57個地球那么大，質量只是地球的17倍多，所以其密度也相當小，海王星以每秒5.43公里的速度繞著太陽公轉公轉一周需要花上164.8年，自轉一周15小時57分59秒。
未來探測
美國宇航局正在研究可能進行的海王星探測任務。
美國宇航局在2005年提出發射海王星軌道探測器的構想，計畫於2016年傳送一個或兩個探測器登入海衛一，並探測海王星的大氣層，纇似伽利略號探測器的大氣探測器.。
由於天文學家對於探測海王星系統的興趣濃厚，一些學者認為美國宇航局負責的新疆界計畫任務（如新視野號和朱諾號）可以提供10億美元資金，而探測器可以在2010年發射。這個探測器不僅可以研究海王星及其系統而且也將經過木星及土星，並藉由其重力節省燃料，然後接近柯伊伯帶中兩個或三個天體。新地平線號在通過冥王星後也將探測其他目標。
大黑斑
1989年，美國航空航天局的旅行者2號太空飛行器發現了大黑斑（The Great Dark Spot）。在海王星表面的南緯22度，有的類似木星大紅斑及土星大白斑的蛋型漩渦，以大約16天的周期一反時鐘方向旋轉，稱為“大黑斑”。由於大黑斑每18.3小時左右繞行海王星一圈，比海王星的自轉周期還要長，大暗斑附近的緯度吹著速度達300米每秒的強烈西風。旅行者2號還在南半球發現一個較小的黑斑極一以大約16小時環繞行星一周的速度飛駛的不規則的小團白色煙，得知是“The Scooter”。它或許是一團從大氣層低處上升的羽狀物，但它真正的本質還是一個謎。
然而在1994年11月2日，哈勃望遠鏡對海王星的觀察顯示出大黑斑竟然消失了！它或許就這么消散了，或許暫時被大氣層的其他部分所掩蓋。幾個月後哈勃望遠鏡在海王星的北半球發現了一個新的黑斑。這表明海王星的大氣層變化頻繁，這也許是因為雲的頂部和底部溫度差異的細微變化所引起的。
風暴
海王星上的風暴是太陽系類木行星中最強的。考慮到它處於太陽系的外圍，所接受的太陽光照比地球上微弱1000倍（仍然非常明亮，視星等-21），這個現象和科學家們的原有的期望不符。曾經普遍認為行星離太陽越遠，驅動風暴的能量就應該有越少。木星上的風速已達數百千米/小時，而在更加遙遠的海王星上，科學家發現風速沒有更慢而是更快了（1600千米/小時）。這種明顯反常現象的一個可能原因是，如果風暴有足夠的能量，將會產生湍流，進而減慢風速（正如在木星上那樣）。然而在海王星上，太陽能過於微弱，一旦開始颳風，它們遇到很少的阻礙，從而能保持極高的速度。海王星釋放的能量比它從太陽得到的還多因而這些風暴也可能有著尚未確定的內在能量來源。
2007年又發現海王星的南極比其表面平均溫度（大約為-200℃）高出約10℃。這樣高出10℃的溫度足以把甲烷釋放到太空，而在其它區域海王星的上層大氣層中甲烷是被凍結著的。這個相對熱點的形成是因為海王星的軌道傾角使得其南極在過去的40年受到太陽光照射，而一海王星年相當於165地球年。隨著海王星慢慢地移近太陽，它南極將逐漸變暗，並且換成北極被太陽光照亮，這將使得甲烷釋放區域從南極轉移到北極。
