Нептун и его главный спутник Тритон были открыты в 1846 г., через 65 лет после Урана. Судя по записям Галилео Галилея, изобретатель первого телескопа видел Нептун 233 годами раньше, но не опознал в тусклой звездочке восьмую планету. В 1795 г. аналогичное «достижение» записал на свой счет Жозеф Лаланд, а в середине XIX в. история повторилась в еще более драматичной форме.
В 1845–1846 гг. англичанин Джон Коуч Адамс и француз Урбен-Жан-Жозеф Леверрье независимо друг от друга рассчитали орбиту и положение предполагаемой планеты, которая могла бы вносить возмущения в орбитальное движение Урана. Прогноз Адамса был проверен британским же астрономом, директором Кембриджской обсерватории Джеймсом Чаллисом, который в ходе наблюдений 8 и 12 августа 1846 г. видел Нептун, но тоже не смог опознать в нем планету! А в ночь с 23 на 24 сентября в Берлинской обсерватории молодой астроном Йоханн Готтфрид Галле и его помощник Генрих Луи д'Арре нашли Нептун по прогнозу Леверрье в 1° от указанной им точки – им и досталась слава первооткрывателей.
Нептун обращается вокруг Солнца по почти круговой орбите на среднем расстоянии 30,07 а.е. (4497 млн км) с периодом 164,8 года. Ось вращения наклонена к плоскости орбиты на 29° – вполне приличный угол для большой планеты, не то что феерические 98° у Урана. В 1928 г. в результате наблюдений на Ликской обсерватории Джозеф Мур и Дональд Мензел оценили период вращения планеты в 15,8 часа. В 1980 г. это значение было поставлено под сомнение, но устояло.
Наблюдения Брэдфорда Смита в мае 1983 г. в ближнем ИК-диапазоне на 2,5-метровом телескопе чилийской обсерватории Лас-Кампанас с использованием новейшей техники регистрации на ПЗС-матрицах позволили отследить движение облачных структур в атмосфере Нептуна и дали новое значение: 17 ч 50 мин ± 5 мин, которое и было положено в основу планирования работы «Вояджера». 14 июля 1988 г. планету отсняла группа Хайди Хэммел на гавайском ИК-телескопе IRTF в «метановой» полосе 619 нм и обнаружила, что атмосферная деталь на 38° ю.ш. делает один оборот за 17 часов ровно, в то время как другая деталь на 30° с.ш. – за 17,7 часа.
Надежную оценку радиуса Нептуна дало покрытие им 15 июня 1983 г. звезды Hyd 22 58794, наблюдавшееся на шести крупных телескопах. Экваториальный радиус планеты на уровне давления 10>–6 атм был определен в 25 268 км, что хорошо стыковалось с целой серией предыдущих наблюдений и было подтверждено при еще одном покрытии 20 августа 1985 г. В пересчете на стандартный уровень давления 1 атм это давало примерно 24 760 км. Масса планеты оценивалась в 17,22 земных, что давало среднюю плотность 1,62 г/см