行星核心之外是由水、甲烷、氨和其他挥发性物质组成的地幔结构 。由于这里的高温高压环境，这些物质表现为稠密的流体，在这之外是海王星的稠密大气层 。海王星的上层大气主要由氢和氦组成，最高温度低至零下218摄氏度 。随着高度的降低，大气的温度和压力会不断升高 。同时，大气中的水、甲烷、氨等挥发性物质的含量也会增加，然后逐渐与海王星的地幔结构混合 。简单来说，海王星的大气和地幔结构没有明显的分界线 。
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