天體力學發現的海王星
航海家二號太空船所見之海王星。大氣中的甲烷將陽光中的紅光吸收，故表面呈現藍色。
自從太陽系大家族的第七行星天王星在無意間被發現後，天文學家經過長時間的觀測，發現它出現於天際的位置，經常與我們預測的稍有偏差，不是早到就是遲到，一點也不準時，這對嚴格遵守軌道運行的天體而言，是件不可理解的事。當時就有人大膽預言，在天王星之外，可能有另一行星的存在，造成干擾天王星的運行，因此搜尋這顆「應該有，但不知在何處」的未知行星，就成了當時天文界的一大盛事。
自從十八世紀牛頓提出萬有引力定律，而拉普勒斯也發表了天體力學，因此搜尋一顆未知的星體，不再需要於寒冷的夜晚，長時間地在天文觀測圓頂內，利用望遠鏡巡視星空。你可以在大白天躺在湖上的小舟中，或是溫暖的棉被內，舒舒服服的一以枝筆、一張紙，利用「數學計算」，就可以搜尋出一個未知星體的位置。當時，歐洲有幾位天文學家，就嘗試以天王星運行時所受到的干擾，這在天文上稱之為「攝動」，來間接推算造成這攝動天體的位置。
英國劍橋大學年輕的數學家亞當斯，以及法國研究天體力學著名於世的李佛瑞，同時致力於繁雜冗長的數學運算，他們幾乎得到同樣的結果，但李佛瑞首先寫信給當時歐洲大陸觀測力最強的德國柏林天文台，告訴其台長蓋勒這顆未知的行星，此刻應運行在摩羯座的德爾塔星附近。蓋勒收到信的當夜天空晴朗，他決定立刻就展開「搜捕」的工作，先在天文望遠鏡上換裝一低倍率的目鏡以產生較大的視野，並將望遠鏡對準推算點附近來回巡視附近的星空。蓋勒一個個有順序地報出他所看到星星的相對位置及其亮度，而其助手則在燭光下核對星圖，如果該位置上有記載的話，那就表示其為恆星，過了一小時後，蓋勒報出一顆亮度八等星的位置，助手回答說：「星圖上沒有！」，蓋勒一聽此言，心跳猛然加快，在換用高倍目鏡的放大之下，這個光點竟然呈現圓盤狀，就在這一剎那，太陽系的第八行星被「捕捉」到了，這一天是1846年的9月18日。
海王星的直徑約為49500公里，相當於地球的3.9倍，每隔16個多小時自轉一圈，它距離太陽平均有45億公里，相當於地球至太陽距離的30倍，公轉太陽一周需時165年。
由於距離是如此地遙遠，因此海王星表面的平均溫度僅為攝氏零下218度，它外層的大氣與天王星相似，以氫、氦及甲烷等氣體為主，只有在最內層，才有一由鐵、鎳等金屬與岩石所組成的核心。
海王星的崔頓衛星。表面溫度僅有攝氏零下235度，為太陽系中最低溫的星體。
海王星早期發現有兩顆衛星，大的為「崔頓」(Triton)，直徑有2700公里，每隔5日21時繞行海王星一圈，另一衛星則為「耐瑞德」，直徑僅有340公里，其軌道極為狹長，每隔三百六十日公轉海王星一周。早期我們對海王星及其衛星的認知就僅如此，這是因為海王星距離我們是如此之遙遠，即使在高倍天文望遠鏡中亦所知有限，然而，藉著航海家二號太空船及哈伯太空望遠鏡，人類對海王星才有較深入的認知。
1989年8月，美國太空總署所發射的航海家二號太空船飛抵海王星附近，首先發現在南緯20度處有一寬達12000公里，相當於地球直徑的橢圓形「大黑斑」，它類似木星的大紅斑亦為大規模的暴風區，以逆時鐘方向旋轉，每隔18時繞行海王星一周，另外還有一稱為「黑斑二」的，則以更快的16時繞行海王星一周，此兩者都以每秒達325公尺的高速前進，圍繞著海王星打轉，而在其高空更有連綿不絕的卷狀雲，這是天王星所沒有的。1994年當哈伯太空望遠鏡再觀測海王星時，卻發現「大黑斑」及「黑斑二」都消失不見了，整個海王星表面好像「變臉」般，在短短幾個星期內就徹底改變了。天文學家認為，造成海王星天氣不穩定而急劇變化多端的，很可能是海王星內部的熱能與超低溫的雲層表面劇烈的溫差所造成的。
海王星的光環，外層的較清晰，內層的則模糊。 |
航海家二號太空船另外還發現海王星有四條光環，兩條較明顯，而在其內尚有兩條較模糊的光環，其寬度僅有十多公里。對於衛星，除了原先的二個外，又一口氣發現六個，使海王星衛星的總數達到八個。對於其最大的崔頓衛星，發現它是太陽系中溫度最低，僅有攝氏零下235度的星體，雖然溫度是如此之低，但居然還有火山爆炸，但炸出的不為岩漿而主要為氮氣的冰塊。整個崔頓表面，呈現甲烷在冰凍狀態的粉紅色，它會重複的進行溶解、結凍的過程，這個奇特的衛星，正逐步接近海王星，或許最後會在海王星的潮汐力下而整個碎散！！
海王星的亮度約為八等，因太過暗淡肉眼無法見到，必須利用雙筒望遠鏡，以及一份至少為8.25等的星圖。你只要知道這個月海王星運行所在的星座，然後利用雙筒鏡巡視觀察該座，再一一比對星圖上所標示恆星的位置，如果望遠鏡中有，而星圖上卻沒有的話，那麼！──你已找到海王星了，藉此，你也可深深地體會一下150多年前，德國柏林天文台的蓋勒最初發現海王星那一剎那的心情。