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地幔

海王星的地幔相当于10到15个地球质量，富含水、氨和甲烷。按照行星科学的惯例，这种混合物被称为冰，即使它是一种热的、致密的流体。一个由氢分子组成的导电性很强的水，它有时被称为水的氢离子层，在更深层的高级离子水中，氧结晶，而氢离子在氧晶格中自由漂浮。

另有一些研究人员对钻石熔点进行了详细测量，当钻石融化时就像是水冷冻和融化的过程，在液态形式之上漂浮着固定形式钻石是一种非常坚硬的物质，它很难被融化。由于当钻石在高温下加热熔化容易变成石墨，因此研究人员很难测量钻石在变成石墨之前具体的熔点。科学家将钻石暴露于高压下使用激光轰击钻石表面，4000万倍零海拔压力的作用下，钻石变成了液态。当压力降低至零海拔1100万倍，温度降低至5万摄氏度，固体成块的钻石便开始形成。

科学家发现一些事情并非他们之前所预计的那样，当温度降低至形成固态钻石的状态下，形成的固态钻石并未沉下去，而是漂浮在液态钻石的顶层，就像是钻石冰川一样。在海王星和天王星这样的超大气态行星上，存在着类似钻石液化的超高温度和压力。如海王星，在7000千米的深度，甲烷分解成钻石晶体，像冰雹一样向下滴落。科学家还认为，这种钻石雨还会发生在木星、土星和天王星上。劳伦斯利弗莫尔国家实验室的超高压实验表明，地幔顶部可能是液态碳的海洋，上面漂浮着固体钻石。

科学家唯一能确定海王星和天王星表面是否存在液态钻石的方法就是发射科学探测器，或者在地球模拟这些气态行星的环境特征但以上的方法成本都很高，需要多年时间进行准备。据悉，这项研究报告已发表在《自然物理学》期刊上。

核心

海王星的核心可能由铁、镍和硅酸盐组成，内部的质量大约是地球的1.2倍。中心的压力为7 Mbar（700 GPa），大约是地球中心的两倍，温度可能为5400 K。

发现演化编辑本段

在最早的观测记录中，伽利略·伽利雷（Galileo di Vincenzo Bonaulti de Galilei）在1612年12月28日首度观测并描绘出海王星，1613年1月27日又再次观测，但因为观测的位置在夜空中都靠近木星（海王星与木星处在合的位置），这两次机会伽利略都误认海王星是一颗恒星。因此，海王星的发现并不归功于他。1612年12月，他第一次观测海王星时，海王星在天空中几乎是静止的，因为那天它刚好逆行了。这种明显的反向运动是当地球的轨道经过一颗外行星时产生的。因为海王星才刚刚开始它的年度逆行周期，这颗行星的运动太微弱了，伽利略的小型望远镜无法观测到。2009年，墨尔本大学的物理学家大卫·杰美生宣称，有新的证据表明伽利略至少知道他看见的星星相对于背景的恒星有微量的相对运动。

在1821年，布瓦尔（Alexis Bouvard）出版了天王星的轨道表，随后的观测显示出与表中的位置有越来越大的偏差，使得布瓦尔假设有一个摄动体存在。在1843年约翰·柯西·亚当斯计算出会影响天王星运动的第八颗行星轨道，并将计算结果皇家天文学家乔治·艾里，他问了亚当斯一些计算上的问题，亚当斯虽然草拟了答案但未曾回复。在1846年，法国工艺学院的天文学教师奥本·勒维耶，在得不到同行的支持下，以自己的热诚独立完成了海王星位置的推算。但是，在同一年，约翰·赫歇耳也开始拥护以数学的方法去搜寻行星，并说服詹姆斯·查理士着手进行。

在多次耽搁之后，查理士在1846年7月勉强开始了搜寻的工作；而在同时，勒维耶也说服了柏林天文台的约翰·格弗里恩·伽勒搜寻行星。当时仍是柏林天文台的学生达赫斯特（Heinrich d'Arrest）表示正好完成了勒维耶预测天区的最新星图，可以做为寻找新行星时与恒星比对的参考图。在1846年9月23日晚间，海王星被发现了，与勒维耶预测的位置相距不到1°，但与亚当斯预测的位置相差10°。事后，查理士发现他在8月时已经两度观测到海王星，但因为对这件工作漫不经心而未曾进一步的核对。

由于有民族优越感和民族主义的影响，使得这项发现在英法两国余波荡漾，国际间的舆论最终迫使勒维耶接受亚当斯也是共同的发现者。然而，在1998年，史学家才得以重新检视天文学家奥林·艾根（Olin Eggen）遗产中的海王星文件（来自格林威治天文台的历史文件，明显是被奥林·艾根窃取近三十年，在他逝世之后才得重见天日），在检视过这些文件之后，有些史学家认为亚当斯不应该得到如同勒维耶的殊荣。

发现之后的一段时间，海王星不是被称为天王星外的行星就是勒维耶的行星。伽雷是第一位建议取名的人，他建议的名称是Janus（罗马神话中看守门户的双面神）。在英国，查理士将之命名为Oceanus；在法国，阿拉贡（Arago）建议称为勒维耶，以回应法国之外强烈的抗议声浪。法国天文年历当时以赫歇耳称呼天王星，相对于以勒维耶称呼这颗新发现的行星。同时，在分开和独立的场合，亚当斯建议修改天王星的名称为乔治，而勒维耶经由经度委员会建议以Neptune（海王星）作为新行星的名字。斯特鲁维（Struve）在1846年12月29日于圣彼得堡科学院挺身而出支持勒维耶建议的名称。

很快的，海王星成为国际上被接受的新名称。在罗马神话中的Neptune等同于希腊神话的Poseidon，都是海神，因此中文翻译成海王星。新发现的行星遵循了行星以神话中的众神为名的原则，而除了天王星之外，都是在远古时代就被命名的。在韩文、日文和越南文的汉字表示法都是“海王星”。在印度，这颗行星的名称是Varuna（Devanāgarī），也是印度神话中的海神，与希腊-罗马神话中的Poseidon/Neptune意义是相同的。

在发现之后的一段时间，海王星不是被称为“天王星外的行星”就是“勒维耶的行星”。伽雷是第一位建议取名的人，他建议的名称是Janus（雅努斯，罗马神话中看守门户的双面神）。在英国，查理士将之命名为Oceanus；在法国，阿拉贡（François Arago）建议称为勒维耶，以回应法国之外强烈的抗议声浪。

法国天文年历当时以赫歇耳称呼天王星，相对于以勒维耶称呼这颗新发现的行星。同时，在分开和独立的场合，亚当斯建议修改天王星的名称为乔治，而勒维耶经由经度委员会建议以Neptune作为新行星的名字。斯特鲁维（Struve）在1846年12月29日于圣彼得堡科学院挺身而出支持勒维耶建议的名称。