С близкого расстояния планету Нептун мы увидели благодаря Вояджеру-2. В августе 1989 года в огромном космическом исследовательском центре США JPL (лаборатория реактивного движения) затаив дыхание, ждали на экранах появление все новых и новых изображений Нептуна. Аппарат передал 9 тысяч снимков сближения с Нептуном.

Что мы узнали о Нептуне? Увидеть облака телескопическими методами невозможно. Спектроскопические методы наблюдений левого и правого края планеты дали период вращения от 15 до 19,5 часов. Наблюдения радиоимпульсов на Вояджере позволил точнее определить вращение магнитного поля Нептуна, а следовательно, и вращение самой планеты. Период вращения глубоких слоев планеты оказался равным 16,11 часа.

Масса Нептуна в 17 раз больше земной, а диаметр -- в 3,9 раза. Средняя плотность Нептуна равна 1,64 г/см

, это больше, чем у других планет-гигантов. По-видимому, в глубоких слоях планеты большую долю составляют тяжелые элементы. Сила тяжести на уровне видимой поверхности облаков на 16%, чем на поверхности Земли. Угол наклона экватора к плоскости эклиптики составляет 29°. Год Нептуна длится 164,8 земных года.

Атмосфера Нептуна, так же, как и у других планет-гигантов состоит, главным образом, из водорода и гелия, причем гелия немного больше, чем в атмосфере Урана. Глубина атмосферы 3-5 тыс. километров, а давление на ее дне 200 кбар -- это заведомо мало для перехода водорода в жидкомолекулярное состояние, как у Юпитера. Предполагают, что на дне нептунианской атмосферы находится океан из воды, насыщенный ионами. Таким образом, Нептун -- планета-океан, самый большой океан в Солнечной системе.

Предполагают, что мантия планеты ледяная. При давлении около 1 Мбар смесь воды, метана и аммиака может образовать льды даже при очень высоких температурах от 2000 К до 5000 К. На долю ледяной мантии приходится 70% массы планеты, основная ее часть -- вода.

Около 25% массы Нептуна составляет ядро. Оно, как и следует ожидать, состоит из окислов кремния, магния, железа и сульфидов. Давление в центре планеты должно быть 6-8 Мбар, а температура 7000 К.

С особенностями строения недр связано и тепловое излучение планеты. Вояджер показал, что тепловой поток, излучаемый планетой, в 2,7 раза больше, чем он получает от Солнца. Объяснения, откуда берется тепло на Юпитере и Сатурне, в данном случае не годятся. Поэтому предполагается, что избыток тепла создается в мантии радиоактивным распадом хондритных материалов.

Поверхность Нептуна не слишком богата деталями. Вояджер приблизился к Нептуну на расстояние 29240 км от центра, а до облачного слоя оставалось 4900 км. Одним из первых открытий Вояджера-2 было темное образование на диске планеты, которое получило название Большое Темное Пятно (БТП) по аналогии с Большим Красным пятном на Юпитере и Большим Коричневым Пятном на Сатурне. По тени белых облаков, падающих на БТП, удалось определить их высоту. Оказалось, что они расположены на высоте 50-100 км.

В программу Вояджера входило и изучение метеорологии планеты. Прежде всего это касалось скоростей зональных ветров. На широтах 60° ю.ш. и 30° с.ш. скорости 100 м/с, и возрастают до 400-700 м/с в полосе широт от 0 до 20° ю.ш. Ученые столкнулись с многими непонятными вещами, такими как "метеорологические миражи" -- появление или исчезновение некоторых деталей в диаграмме зональных ветров.

На основании исследования магнитного поля Нептуна ученые пришли к согласию, что поле возбуждается в жидкой проводящей среде, на расстоянии 0,55 радиуса планеты. Радиальная протяженность проводящего слоя неизвестна, но все приходят к выводу, что над твердым ядром Нептуна простирается огромный глобальный океан, токи в котором возбуждают сложное по структуре магнитное поле с множеством полюсов.

До полета космического аппарата Вояджер-2 мы знали о существовании спутников, Догадывались, что кроме Тритона и Нереиды есть еще какие-то тела На это указывало ослабление блеска наблюдаемых звезд при покрытии их спутником. При сближении с космическим аппаратом было открыто еще шесть спутников. Все они имеют небольшие размеры, от 50 до 190  км, за исключением Протеуса, который оказался больше Нереиды (400  км).