Neptune est la huitième planète du Soleil et la plus éloignée des géantes gazeuses. Malgré son éloignement, elle abrite un climat dynamique régi par une interaction complexe entre la chaleur interne, la composition atmosphérique et le rayonnement solaire.
L’hydrogène domine l’atmosphère de Neptune, complété par l’hélium, le méthane et des traces d’hydrocarbures. La forte gravité de la planète lui permet de retenir ces gaz légers, qui s'échappent des corps plus petits comme la Terre.
À une distance moyenne de 30 unités astronomiques, Neptune reçoit une énergie solaire minimale, produisant des températures de surface proches de –200°C. Pourtant, la désintégration radioactive et la chaleur résiduelle de formation produisent une source interne qui élève la température centrale à environ 7 000 °C. Cette chaleur interne est un facteur clé du climat de la planète.
Neptune possède les vents les plus rapides du système solaire, atteignant des vitesses allant jusqu'à 1 200 mph (≈480 m/s). Le contraste saisissant de température entre l'intérieur chaud et l'atmosphère extérieure glaciale génère de puissants courants-jets qui encerclent la planète.
La rencontre de Voyager2 en 1989 a révélé une « grande tache sombre » transitoire dans l’hémisphère sud, une caractéristique qui a disparu en 1994. Des observations ultérieures ont trouvé des taches similaires dans le nord, maintenant interprétées comme des éclaircies dans la couche nuageuse de méthane plutôt que comme des tempêtes permanentes. Un système de nuages blancs plus petit et à rotation rapide, baptisé « Scooter », a effectué une orbite complète en environ 16 heures.
La période orbitale de Neptune de 165 ans signifie que chaque saison dure environ 40 ans. Avec une inclinaison axiale comparable à celle de la Terre, la planète connaît des changements saisonniers prononcés :l'hémisphère incliné vers le Soleil subit un réchauffement progressif, libérant du méthane dans la haute atmosphère.
Les observations montrent que la thermosphère de la planète atteint des températures de 380°C, bien au-dessus de ce que permettrait le chauffage solaire à lui seul. L’hypothèse dominante attribue cela à l’énergie déposée par le vent solaire interagissant avec le champ magnétique de Neptune, bien que le mécanisme exact reste incertain.