Венера

Рис. из открытых источников

Эта планета — одно из красивейших светил неба. Не случайно именно ей древние римляне присвоили имя богини любви и красоты.

Для земного наблюдателя Венера — отходит от Солнца дальше, чем на 48 °. Это объясняется тем, что она расположена ближе к Солнцу, чем Земля. В течение 585 суток чередуются периоды её вечерней и утренней видимости.

Почти каждая из планет Солнечной системы может похвастаться каким-нибудь космическим «рекордом». Например, Юпитер — крупнейшая среди планет, Земля — самая плотная, на Марсе самые высокие горы. Что касается Венеры, то у неё самая плотная атмосфера среди планет земной группы, самое медленное вращение вокруг оси й наименьший эксцентриситет орбиты (0,007).

…

Венера — вторая по удалённости от Солнцаи шестая по размеру планета Солнечной системы, наряду с Меркурием, Землёй и Марсом принадлежащая к семейству планет земной группы.

По ряду характеристик — например, по массе и размерам — Венера считается «сестрой» Земли. Венерианский год составляет 224,7 земных суток. Она имеет самый длинный период вращения вокруг своей оси (около 243 земных суток, в среднем 243,0212 ± 0,00006 сут.) среди всех планет Солнечной системы и вращается в направлении, противоположном направлению вращения большинства планет.

Фото из открытых источников

Венера вращается вокруг своей оси, наклонённой к плоскости орбиты на 177,36°, из-за чего при наблюдении со стороны северного полюса эклиптики планета вращается с востока на запад, то есть в направлении, противоположном направлению вращения большинства планет. Комбинация этих движений даёт величину солнечных суток на планете 116,8 земных суток. Один оборот вокруг своей оси по отношению к Земле Венера совершает за 146 суток, а синодический период составляет 584 суток, то есть ровно вчетверо дольше. Поэтому в каждом нижнем соединении (то есть во время максимального сближения с Землёй) Венера обращена к Земле одной и той же стороной. Пока неизвестно, является ли это совпадением, или же здесь действует приливное взаимодействие Земли и Венеры.

Венера не имеет естественных спутников. На земном небе Венера является третьим по яркости светилом после Солнца и Луны. Её яркость достигает видимой звёздной величины −4,6m и является достаточной, чтобы ночью отбрасывать различимые тени. Изредка Венера видна невооружённым глазом и в светлое время суток

…

Среднее расстояние Венеры от Солнца — 108 млн км (0,723 а. е.). Расстояние от Венеры до Земли меняется в пределах от 38 до 261 млн км. Её орбита очень близка к круговой — эксцентриситет составляет всего 0,0067. Период обращения вокруг Солнца равен 224,7 земных суток; средняя орбитальная скорость — 35 км/с. Наклон орбиты к плоскости эклиптики равен 3,4°. По размерам Венера довольно близка к Земле. Радиус планеты равен 6051,8 км (95 % земного), масса — 4,87⋅1024 кг (81,5 % земной), средняя плотность — 5,24 г/см³. Ускорение свободного падения равно 8,87 м/с², вторая космическая скорость — 10,36 км/с.

…

В 1761 г. ожидалось редкое небесное явление: прохождение Венеры перед диском Солнца. Многие астрономы готовились к этому событию и даже снаряжали экспедиции в дальние края для его наблюдений. Ведь, если наблюдать моменты вступления Венеры на солнечный диск и схождения с него из различных, отдалённых друг от друга пунктов Земли, можно вычислить расстояние от Земли до Солнца — астрономическую единицу, одну из фундаментальных постоянных в астрономии, входящую во многие формулы небесной механики.

Готовились к наблюдениям и русские астрономы. Их организатором был Михаил Васильевич Ломоносов. Он направил две экспедиции в Сибирь: в Иркутск (под руководством Н. И. Попова) и в Селенгинск (во главе с С.Я. Румовским), организовал наблюдения в Петербурге, на университетской обсерватории (А. Д. Красильников. Н. Т. Курганов), сам же решил наблюдать дома в небольшую трубу с целью изучения явления как такового.

Когда чёрный диск Венеры уже сходил с солнечного диска, Ломоносов замезаметил, что тонкая дуга на краю Солнца изогнулась как бы приподнятая диском Венеры, и образовался яркий выступ — «пупырь», по выражению Ломоносова. Затем «пупырь» лопнул и диск Венеры слился с тёмным фоном неба. Это явление позже, уже в XX в., получило название «явление Ломоносова». Предположив, что оно вызвано преломлением солнечных лучей в атмосфере Венеры, учёный подытожил своё исследование следующими словами: «По сим примечаниям господин советник Ломоносов полагает, что планета Венера окружена знатной воздушной атмо­сферою, таковой (лишь бы не большею), каковая обливается около нашего шара земного».

Ломоносов опубликовал свой труд на русском и немецком языках, но он прошёл незамеченным, и в 90-х гг. XVIII в. Уильям Гершель и немецкий астроном Иоганн Шретер вторично «открыли» атмосферу Венеры. Приоритет Ломоносова был восстановлен лишь в 50-х гг. XX в. усилиями российских астрономов.

Так или иначе, в конце XVIII столетия стало ясно, что Венера окружена плотной атмосферой и мощным облачным слоем. Из чего же состоит эта атмосфера? И какие частицы образуют облака Венеры?

Когда в 60-х гг. XIX в. астрономы впервые попытались выяснить состав атмосферы Венеры методом спектрального анализа, они прежде всего надеялись обнаружить там «газы жизни» — кислород и водяной пар. Увы, их ожидания не оправдались. Поиски возобновились в XX в. Академик Аристарх Аполлонович Белополь­ский в Пулкове, Весто Мелвин Слай фер во Флагстаффе (штат Аризона, США) пытались найти признаки полос кислорода и водяного пара на многочисленных спектрограммах Венеры — и вновь безрезультатно.

В 1932 г. американские астрономы У. Адамс и Т. Дэнхем на обсерватории Маунт-Вилсон зафиксировали в спектре Венеры три полосы, принадлежащие углекислому газу (СО2). Их интенсивность указывала на то, что количество этого газа в атмосфере Венеры во много раз превышает его содержание в земной атмосфере. Попытки обнаружить в спектре Венеры признаки других газов долго оставались безуспешными. Планета была словно укутана чадрой и не желала раскрывать свои тайны.

Тогда учёные принялись исследовать свойства облачного покрова Венеры. В 1923 г. Эдисоном Петтитом и Сэтом Николсоном на обсерватории Маунт-Вилсон были начаты измерения температуры облаков Венеры. Затем они многократно повторялись другими астрономами. Наиболее уверенные результаты получили в 1955 г. Уильям Синтон и Джон Стронг (США). Температура облачного слоя Венеры оказалась равной 233–240 К (около –40°C). Близ полюсов планеты она понижалась до 205—213 К. В том, что температура облаков Венеры столь низкая, нет ничего удивительного. И в стратосфере Земли царят весьма низкие температуры.

Атмосфера Венеры состоит, в основном, из углекислого газа (96,5 %) и азота (3,5 %). Содержание других газов очень мало: диоксида серы — 0,018 %, аргона — 0,007 %, водяного пара — 0,003 %, у остальных составляющих — ещё меньше. В 2011 году учёные, работающие с аппаратом «Venus Express», обнаружили у Венеры озоновый слой, который располагается на высоте 100 километров. Для сравнения, озоновый слой Земли располагается на высоте 15–20 километров, а концентрация озона в нём на несколько порядков больше.

Специальные наблюдения, выполненные советскими учёными Н. П. Барабашовым, В. В. Шароновым, В. И. Езерским, французским астрономом Б. Лио, а также теория рассеяния света плотными атмосферами планет, развитая В. В. Соболевым, свидетельствовали о том, что размеры частиц облаков Венеры — около одного микрометра. Но какова природа этих частиц? На этот вопрос классические методы астрофизики ответить не могли.

В середине 50-х гг. начались исследования Венеры методами радиоастрономии, а в 60-е гг. ХХ века к этой неизведанной планете полетели межпланетные станции, созданные учёными и инженерами СССР и США. За последующие 40 лет о природе Венеры удалось узнать намного больше, чем за предыдущие 350 лет телеско­пических наблюдений.

В 1956 г. астрономы Морской исследовательской лаборатории США впервые зарегистрировали тепловое излучение Венеры на волне 3 см. Оно соответствовало температуре 600 К (свыше 300 °C). После дискуссии о том, что же обладает столь высокой температурой — поверхность планеты или её ионосфера, учёные пришли к выводу, что такова температура поверхности. В 1967 г. в этом окончательно убедили спуск в атмосфере Венеры советской межпланетной станции «Венера-4» и пролёт вблизи планеты американского «Маринера-5». А позднее, после посадки на поверхность планеты станций «Венера-7» (декабрь 1970 г.) и «Венера-8» (июль 1972 г.), выяснилось, что её температура ещё выше, а именно 730-740 К.

В чём причина столь сильного разогрева поверхности Венеры? От Солнца она получает только вдвое больше тепла, чем Земля. Если бы Земля оказалась на её месте, температура нашей планеты повысилась бы не более чем на 60 °C. Значит, должно быть и другое объяснение. Его нашёл американский учёный Карл Саган. Дело в том, что газовая оболочка Венеры — это гигантский парник. Она способна пропускать солнечное тепло, но не выпускает наружу, поглощает излучение самой планеты. Поглотителями являются углекислый газ, на долю которого приходится около 96% состава атмосферы, и водяной пар, хотя его и немного (доли процента).

Кроме того, в атмосфере Венеры были обнаружены азот (4%) и в небольших концентрациях другие газы (метан, аммиак, окислы азота, серы, соединения хлора и фтора, кислород).

Астрономы детально изучили распределение давления, плотности, состава и температуры атмосферы Венеры по высоте. Давление её у поверхности достигало 90 атмосфер. Этот последний результат был получен в начале 70-х гг. с помощью станций «Венера-7» и «Венера-8» и неоднократно уточнялся в ходе дальнейших экспериментов.

Облачный покров расположен на высотах примерно 48–65 км. Облака Венеры довольно плотны и состоят из сернистого газаи капель серной кислоты. Есть признаки наличия там и других веществ. В частности, известно, что в составе частиц облаков есть хлор. Их желтоватый оттенок может быть вызван примесью серы или хлорного железа.

Толщина облачного покрова такова, что поверхности достигает лишь незначительная часть солнечного света, и во время нахождения Солнца в зените уровень освещённости составляет всего 1000–3000 люкс. Для сравнения, на Земле в пасмурный день освещённость составляет 1000 люкс, а в ясный солнечный день в тени — 10—25 тыс. люкс. Влажность у поверхности составляет менее 0,1 %. Из-за высокой плотности и отражающей способности облаков суммарное количество солнечной энергии, получаемое планетой, меньше, чем у Земли.

Густые облака делают невозможным наблюдение поверхности в видимом свете. Они прозрачны лишь в радио- и микроволновом диапазонах, а также в отдельных участках ближней инфракраснойобласти.

Во время пролёта «Galileo» мимо Венеры была проведена съёмка инфракрасным спектрометром NIMS, и неожиданно выяснилось, что на волнах длиной 1,02, 1,1 и 1,18 мкм сигнал коррелирует с топографией поверхности, то есть для соответствующих частот существуют «окна», через которые видна поверхность Венеры.

В ультрафиолетовом свете облачный покров выглядит как мозаика светлых и тёмных полос, вытянутых под небольшим углом к экватору. Их наблюдения показывают, что облачный покров вращается с востока на запад с периодом 4 суток (на уровне облачного покрова дуют ветры со скоростью 100 м/с).

Углекислый газовый океан и плотные облака из серной кислоты создают сильный парниковый эффект у поверхности планеты. Они делают поверхность Венеры самой горячей в Солнечной системе, хотя Венера расположена вдвое дальше от Солнцаи получает на единицу площади вчетверо меньше энергии, чем Меркурий. Средняя температура её поверхности — 740 К (467 °C). Это выше температуры плавления свинца (600 К, 327 °C), олова (505 К, 232 °C) и цинка (693 K, 420 °C). Из-за плотной тропосферы разница температур между дневной и ночной сторонами незначительна, хотя солнечные сутки на Венере очень длинны: в 116,8 раз дольше земных

Длительные наблюдения за облачным слоем Венеры с «Маринера-10» позволили выявить ряд устойчивых деталей, хорошо заметных в ультрафиолетовых лучах. Они перемещаются в сторону вращения планеты, значительно его опережая, — с периодом в четверо суток. Из этого следует, что на уровне верхней границы облаков (65–70 км над поверхностью планеты) дуют ветры с постоянным направлением с востока на запад и скоростью (вблизи экватора) 110 м/с. По земным меркам это ветер ураганной силы.

Вопрос о составе облаков Венеры длительное время оставался предметом острых дискуссий. Гипотезы о том, что облака Венеры — это капельки воды, кристаллики льда, капли СО2, пылинки, отвергались одна за другой. Когда в начале 1967 г. французские астрофизики супруги Пьер и Жанна Конн обнаружили в спектре облаков Венеры следы соединений хлора и фтора (НО и HF), их тоже рассматривали как возможные со­ставляющие частиц облачного слоя. Но тщательный анализ показал, что и эта гипотеза неверна.

Разгадка была получена в 1972 г., когда исследователи пришли к выводу, что самым различным наблюдательным данным об облаках Венеры (их показателю преломления, спектральным характеристикам) хорошо удовлетворяет предположение, что они состоят из капелек концентрированной серной кислоты (H2SO4). Кроме того, серная кислота легко соединяется с водой.

Давление водяного пара над уровнем облаков оказалось как раз таким, какое должно быть, если облака состоят из капель 80-процентного раствора серной кислоты. Такие капельки встречаются и в земной стратосфере. Но в облаках Венеры они играют основную роль.

Откуда же берётся в атмосфере Венеры серная кислота? Исследования показали, что она образуется химическим путём из диоксида серы (SO2), источниками которого могут быть серосодержащие породы поверхности (пириты) и вулканические извержения. А есть ли на Венере вулканы? Это ещё предстояло выяснить.

…

Тщательная радиолокационная съёмка северного полушария Венеры с автоматических станций «Венера-15» и «Венера-16», выведенных в 1984 г. на орбиты спутников планеты, показала, что многие горные вершины имеют на склонах явные следы потоков лавы. Ещё заметнее они на радиоизображениях, переданных американ­ским аппаратом «Магеллан», который четыре года (1990–1994 гг.) работал на орбите спутника Венеры.

Вулканы проявляют себя и в другом: их извержения порождают мощные электрические разряды — насто­ящие грозы в атмосфере Венеры, которые неоднократно регистрировались приборами станций серии «Венера». Нет сомнения, что там случаются и венеротрясения. Сравнение изображений, полученных аппаратом «Магеллан» с интервалом в год, выявило явные изменения форм поверхности.

Благодаря работе станций серии «Венера» (особенно «Венера-15 и Венера-16») были составлены карты рельефа северного полушария планеты. Для этого отечественные специалисты применили оригинальную методику с использованием двух радиолокаторов и с последующей компьютерной обработкой изображений. Российские геологи провели детальный анализ рельефа Венеры.

Позднее подробную съёмку рельефа всей планеты осуществил американский космический аппарат «Ма­геллан».

Теперь мы знаем, что рельеф планеты состоит из обширных равнин, пересечённых горными цепями и возвышенностями типа плато. Горные области выглядят как земные материки. Два «континента» Венеры — Земля Иштар и Земля Афродиты — сравнимы по площади с континентальной частью США. Земля Иштар выделяется горами Максвелла, возвышающимися над средним уровнем на 11 км, т.е. они выше земного Эвереста. По восточному краю Земли Афродиты на 2200 км простираются две рифтовые долины, расположенные ниже среднего уровня венерианской поверхности. Горная область Бета представляет собой два громадных вулкана щитообразной формы наподобие вулканов Гавайских островов. Они, как и их земные двойники, поднимаются на 4000 м, но гораздо больше по площади.

Низменности, похожие на океанские бассейны Земли, занимают только шестую часть поверхности планеты, тогда как на Земле — две трети. Есть на Венере и ударные кратеры, подобные лунным. Для крупных метеоритов, астероидов и ядер комет даже плотная атмосфера не преграда. Основная же часть поверхности Венеры — это холмистая равнина с кратерообразными структурами (скорее всего вулканического происхождения.

Вулканизм Венеры свидетельствует об активности её недр. Однако проявления этой активности не носят глобального характера, как на нашей планете. Земная кора расколота на несколько отдельных плит, на границах которых конвективные потоки жидкой мантии постоянно обновляют её. На Венере же эти потоки заперты толстой базальтовой корой и большая часть лавы не достигает поверхности.

У Венеры должно быть жидкое железное ядро, но движения вещества в нём не происходит — нет пере­мещения заряженных частиц, т.е. электрического тока, а значит, и не возникает собственное магнитное поле планеты.

Так благодаря применению космической техники и радиолокации раскрылись перед человечеством, казалось бы, надёжно спрятанные под плотной атмосферой и облаками тайны Венеры.