Un gigant gazos și cea mai îndepărtată planetă majoră de la soare, sa descoperit că Neptun are modele meteorologice foarte active. Distanța față de soare înseamnă că temperaturile atmosferice pot fi unele dintre cele mai scăzute din sistemul solar, până la –218 grade Celsius. Atmosfera înconjoară o manta lichidă de apă, metan și amoniac. Căldura din manta se amestecă cu atmosfera rece și conduce vânturile la cele mai mari viteze cunoscute ale oricărei planete.
Atmosfera
Hidrogenul este gazul dominant în atmosfera lui Neptun, cu cantități mai mici de heliu, metan și alte hidrocarburi. Gravitația sa puternică îi permite să rețină gazele ușoare care scapă de pe planete mai mici, cum ar fi Pământul.
Temperaturi
Deoarece se află la 2,8 miliarde de mile de soare, de aproximativ 30 de ori mai departe de Pământ, Neptun primește puțină lumină solară. Temperatura medie a suprafeței este de aproximativ –200 de grade Celsius. Cu toate acestea, are o sursă internă de căldură, despre care se crede că provine din minerale radioactive aflate adânc pe planetă. În centrul Neptunului, temperatura ajunge la 7.000 de grade Celsius.
Vânt
Neptun are cele mai mari viteze măsurate ale vântului în sistemul solar - până la 1.200 mile pe oră. Se crede că diferența mare de temperatură dintre sursa internă de căldură menționată mai sus și răceala spațiului este cea care conduce vânturile.
Găuri și nori
O caracteristică cunoscută sub numele de Marea Pată Întunecată a fost observată în emisfera sudică a lui Neptun de către sonda Voyager 2. S-a crezut mai întâi că este ca Marea Pată Roșie a lui Jupiter - un sistem uriaș de furtuni stabile. Cu toate acestea, în 1994, locul lui Neptun a dispărut. Una similară a apărut în regiunile nordice. Se consideră că această caracteristică nu este o furtună, ci o gaură în norii de metan. Un sistem de cloud alb, văzut și de Voyager 2, a fost poreclit „Scooter”. A orbitat planeta la fiecare 16 ore.
Anotimpuri
Din cauza perioadei orbitale a lui Neptun de 165 de ani, anotimpurile sale au o lungime de 40 de ani. Este înclinat pe axa sa cam cât este Pământul, astfel încât lumina soarelui care intră se schimbă pentru diferitele sale latitudini de-a lungul anotimpurilor sale. Când emisfera nordică este înclinată spre soare, căldura se acumulează și eliberează gaz metan în spațiu. La fel se întâmplă și peste polul sud în timpul sezonului său însorit.
Termosfera
S-a descoperit că termosfera planetei, un strat de gaz subțire ridicat în atmosfera care se învecinează cu spațiul, are o temperatură de 380 de grade Celsius. Lumina soarelui la distanță de Neptun nu este suficientă pentru a încălzi atât de mult atmosfera. Au fost oferite unele teorii, cum ar fi energia eliberată de mișcarea vântului solar împotriva câmpului magnetic al planetei. Încă nu se știe de ce această regiune este atât de fierbinte.