Néhány évvel az Uránusz felfedezése után feltûnt, hogy a bolygó nem az elõre jelzett pályán mozog. E jelenséget csakis egy távolabbi égitest vonzó hatásával tudták megmagyarázni, ezért megindult a kutatás egy újabb bolygó után. Bonyolult matematikai számításokkal próbálták az ismeretlen planéta égi helyzetét meghatározni, melyet, több évi kutatás után, Le Verrier francia csillagász számításai alapján Gallénak, a berlini csillagvizsgáló egyik munkatársának 1846-ban sikerült felfedeznie. Az újonnan felfedezett égitestet a tenger istenérõl nevezték el.
  A Neptunusz a Naptól kifelé haladva az utolsó óriásbolygó. Átmérõje 3,86 földátmérõ, tömege 18,22 földtömeg. Kék színû gázóriás, sok tekintetben belsõ társához, az Uránuszhoz hasonlít. Tengelyforgása gyors, 15 óra körüli, aminek következtében alakja lapult.
Forgástengelye a keringési síkra állított merõlegessel 28,8 fokos szöget zár be. Belsõ felépítése jelenlegi ismereteink szerint nagyon hasonlít az Uránuszéra.
  Sokak szerint a Neptunusz a Naprendszer egyik legszebb égitestje. A bolygóról készült felvételeken elsõként annak élénk kék színe tûnik a szemünkbe. Ezt a felsõ légrétegek magas metántartalma hozza létre, ami fõleg a vörös fényt nyeli el, és a kéket, zöldet veri vissza. Kevesebb hosszúláncú vegyület, azaz kevesebb szmog van a légkör felsõ részében, mint az Uránusznál, ezért ilyen élénk a felhõzet színe. A szmog hiányát valószínûleg erõs függõleges légáramlások okozzák. A Neptunusz légköre differenciáltan rotál, belsõ társaihoz hasonlóan óriási légörvények láthatók atmoszférájában.
A Jupiter Nagy Vörös Foltjára emlékeztetõ képzõdmény a Neptunusz Nagy Sötét Foltja, melynek mérete 16 ezer km körüli, emellett még sok hasonló légörvényt is megfigyeltünk. Feltûnõ, rendkívül gyors változásokat mutató fehér felhõk is láthatók a légkörben. Ezek az ütközõ légtömegek határán jönnek létre, ahol a gyorsan emelkedõ gázban jég kondenzálódik ki, a süllyedéskor pedig felmelegszik és elpárolog.
A Neptunusz közelében hat kis szabálytalan alakú hold kering, ezek átmérõje 60-400 km közötti. Sötét objektumok, fényvisszaverõ képességük a Mars két holdjáéra emlékeztet, anyaguk a Neptunusz gyûrûinek anyagához állhat közel. Ezután következik a Triton (képen), majd a legkülsõ hold, a Nereida. Ez utóbbi elég messze: átlagosan 5,5 millió km-re, elnyúlt pályán kering a kék gázóriás körül, egyévenként megkerülve azt. Átmérõje 340 km, valószínûleg befogott égitest.
  A Triton a Neptunusz legnagyobb kísérõje és a Naprendszer hetedik legnagyobb holdja. Átmérõje 2720 km, hat nap alatt kerüli meg a Neptunuszt, a többi holddal ellentétes, retrográd irányban.  Pályahajlása 160 fokos, valószínûleg ez is befogott égitest. Szilikátok, vízjég- és széntartalmú anyagok építik fel, belsõ szerkezete differenciálódott. A felszín fõleg fagyott nitrogénbõl és metánból áll, ezenkívül szénmonoxidot, széndioxidot és még számos szénhidrogén-vegyületet tartalmaz. Az egyenlítõi övezetekrõl a napfény hatására a metán- és a nitrogénjég elpárolog, a pólusokon pedig kicsapódik, nagyméretû pólussapkát létrehozva. Légköre nagyon ritka, fõleg nitrogénbõl, valamint metánból és egyéb szénhidrogénekbõl áll, melyek által halvány rózsaszínes árnyalatú. Felszínén nagyméretû fagyott lávatavakat találni, vulkanizmusa azonban eltér a földitõl.  Az itt található lávák olyan anyagokból állnak, amelyek a víz fagyáspontja alatt is folyékonyak maradnak, így kevés belsõ hõ is elegendõ a vulkanikus tevékenység kiváltására. (Ez a többi óriásbolygó holdjaira is általánosítható.) Felszínén hosszú repedéseket és sokszögletû töredezett régiókat is találni, amelyek valószínûleg a láva felszín alatti mozgásának hatására alakultak ki. Feltûnõ képzõdmények továbbá a pólussapkákon megfigyelhetõ sötét sávok, melyek gejzírek porlerakódásai lehetnek, ezek napjainkban is mûködnek a holdon. Energiájukat a belsõbõl és/vagy a gyenge napfénybõl szerzik. A felszíni áttetszõ jégréteg átengedi a napsugarakat, amelyek mélyebben elnyelõdnek, és melegíteni kezdik az ott található anyagot.  A gáznyomás fokozatosan nõ, míg végül áttöri a felszínt. A gejzír kitörése port is magával ragad, ami a lassú tritoni légkörzés hatására a szélárnyékos irányban lerakódik, és létrehozza a sötét sávokat.
A Neptunusz gyûrûrendszerének sajátos megjelenése van. A gyûrûk összefüggõ objektumoknak tûnnek, mint a többi óriásbolygónál, azonban feltûnõ csomók, vastagabb és vékonyabb szakaszok váltakoznak bennük. A gyûrûk portartalma rendkívül nagy, így hátsó megvilágításban látszanak a legjobban. (A sok por valójában egy lapos korongot formál a bolygó körül, amely túlterjed a gyûrûrendszer határain.) A nagymennyiségû por magyarázata a gyûrût alkotó testek egymással történõ ütközésében keresendõ, ami legjobban az Adams- gyûrûnél figyelhetõ meg. Ennél a gyûrûnél nem sokkal beljebb kering a Galatea nevû hold. A kis égitestnek gravitációs hatása hullámokat kelt a gyûrûben, amelyek a Galatea pályamenti sebességével haladnak körbe. Mivel a hold közelebb van a Neptunuszhoz, mint a gyûrûk, ezért gyorsabban kering azoknál. A hullámok így elõre haladnak a gyûrûben az anyagot megmozgatva, gyakori ütközéseket kiváltva. Itt is találhatunk terelõholdakat: a hat belsõ hold közül négy a gyûrûk között kering. A gyûrûk anyagában megfigyelt további szabálytalanságok még ismeretlen, az eddigieknél kisebb terelõholdak, illetve nagyobb törmelékdarabok létére utalnak.

Szerves vegyületek a Neptunuszon (1998.12.14)

  Olyan nagy reakcióképességû (ezért a természetben ritkán elõforduló) szénhidrát vegyületet azonosítottak a Neptunusz felsõ légrétegeiben, amely talán választ ad egy régi fejtörõre. A metilgyök (CH3) nyomaira az ISO (Infrared Space Observatory) segítségével bukkantak európai tudósok. A metilgyök jelenléte az atmoszféra felsõ részében megmagyarázhatja a Neptunusz meglepõen magas etán (C2H6) koncentrációját. Etán csak napfény közremûködésével képzõdik, aminek hatására a metán (CH4) molekula metilre és hidrogénre bomlik, a metilgyökök összekombinálódnak etánmolekulává. A kérdés az hogy miképpen lehet jelen az etán hasonló mennyiségben a Neptunuszon, mint a Jupiteren holott annál 5 és félszer távolabb van a Naptól, tehát jelentõsen kisebb a napfény hatása? A válasz Bruno Bezard (Paris Observatory), Paul Romani (NASA/Goddard Space Flight Center) és kollégáik szerint az, hogy a turbulens viharok a metánt magasan a felhõk fölé emelik, ezáltal sokkal erõsebb napsugárzásnak vannak kitéve, mintha a atmoszféra mélyén lennének. Egy ilyen elmélet nehezen lett volna igazolható mindeddig, de a Voyager 2 és a Hubble ûrtávcsõ által begyûjtött adatok alapján a Neptunuszon valóban nagy gyakoriságú viharrendszerek dühöngenek. Az ISO infravörös képein pontosan a várt helyen (magasan a bolygó felszíne felett) felbukkanó metilgyök nyomai pedig igazolni látszanak az etánképzõdéshez szükséges kémiai reakciók létezését. Feltételezhetõen a létrejövõ etán a légkör alsóbb rétegeibe vándorol, oda ahol a korábbi elemzések.