Венера - вторая после Меркурия по удаленности от Солнца (108млн.км) планета земной группы. Ее орбита имеет форму почти правильного круга (эксцентриситет 0,007). Венера совершает облет Солнца за 224,7 земных суток со скоростью 35 км/сек.
Особенность движения Венеры в космосе: если все планеты (кроме Урана) вращаются вокруг своей оси против часовой стрелки (если смотреть со стороны Северного полюса мира), то Венера вращается в противоположном направлении - по часовой стрелке.
Ось вращения Венеры почти перпендикулярна к орбитальной плоскости (наклон 3 ), поэтому там отсутствуют сезоны года - один день похож на другой, имеет одинаковую продолжительность и одинаковую погоду. Эта погодная однотипность еще больше усиливается специфичностью венерианской атмосферы - ее сильным парниковым эффектом.
Изучение Венеры
Докосмическое время. На заре телескопической астрономии великий Галилей опубликовал анаграмму: “Не оконченное и скрытое прочтено мною”.
Расшифровка содержала известие о том, что мать любви (Венера) наблюдается в различных фазах подобно Луне (Цинтии): “ Мать любви подражает фигурам Цинтии”.
За этим открытием , окончательно утвердившим правоту гелиоцентрической системы Коперника , в изучении Венеры последовали полтора века застоя. Фоном служили многочисленные заявки на псевдооткрытия вроде свидетельства Франческо Фонтаны из Неаполя, который в 1643 г. увидел на Венере горы, поднимавшиеся на несколько десятков километров .* Спор о Гималаях на Венере впоследствии не затухал , и самым курьезным является то, что современные планетологи действительно обнаружили на Венере высокие горные кряжи.
К прохождению Венеры по диску Солнца 1761 г. относится выдающееся открытие, сделанное М.В.Ломоносовым , которое было совершенно точно истолковано его автором как открытие атмосферы Венеры. Отчет М.В.Ломоносова об этом открытии отличается ясностью
* Граница дня и ночи - терминатор - на Венере изломана. Фонтана действовал применительно к Венере так же , как гениальный Галилей применительно к Луне: он наивно полагал , что изломанность терминатора Венеры зависит от теней, отбрасываемых рельефом. Отсюда нелепый результат, поскольку неправильность терминатора Венеры зависит лишь от облачности. и образностью. “...Ожидая вступления Венерина на Солнце ... увидел наконец, что солнечный край чаемого вступления стал неявственен и несколько будто стушеван, а прежде был весьма чист и везде равен... При выступлении Венеры из Солнца, когда передний ее край стал приближаться к солнечному краю...появился на краю Солнца пупырь, который тем явственнее учинился, чем ближе Венера к выступлению приходила... Сие не что иное показывает, как преломление лучей солнечных в Венериной атмосфере...”
Открытие М.В.Ломоносова поставило точку над i: поверхность Венеры в оптическом диапазоне никогда не наблюдается , поскольку она укрыта от глаз непроницаемой завесой облаков.
Предположения о природе поверхности этой планеты вплоть до второй половины нашего века оставались по этой причине более или менее фантастическими. Одна из прежних гипотез рисовала гигантский безбрежный океан, покрывающий всю без исключения поверхность планеты. Согласно другим гипотезам, лик планеты должен был представлять собой выжженную , абсолютно безводную пустыню, а знаменитые облака - минеральную пыль в бурно циркулирующей атмосфере. Сторонники еще одной точки зрения исходили из того, что условия на Венере близки к тем, которые были на Земле в каменноугольный период, - жаркий климат с обилием влаги.
Но в прежние времена ни одна из догадок о природе поверхности этой планеты так и не получила ранга научной теории. Астрономам попросту не хватало наблюдательных фактов. Не удавалось доже достоверно определить период вращения Венеры вокруг оси.
Серьезный прогресс в изучении соседней с Землей планеты наступил лишь с применением радиолокации и началом полетов к Венере автоматических космических аппаратов. Правда о Венере оказалась удивительнее любой фантазии.
Космическая эра. Исследования Венеры начинаются с посылки к ней первых космических аппаратов. Вначале перед ними ставилась задача помимо изучения межпланетного пространства проникнуть в атмосферу и дать конкретные данные о ее физических и химических параметрах, а затем и о ее поверхности и грунте. Как и изучение Луны и Марса автоматическими межпланетными станциями, исследование Венеры осуществлялось советскими и американскими учеными.
Советские исследования. За 20-летний срок, с 12 февраля 1961 г. до конца 1983 г., в направлении Венеры было запущено 16 космических станций типа “Венера”. Последняя из них (“Венера-16”) была выведена на орбиту искусственного спутника Венеры 14 октября 1983 г. и с этого времени начала передавать информацию в Центр дальней космической связи СССР.
Первые две советские космические станции (“Венера - 1, -2”) прошли мимо Венеры. Во время полета они передавали на Землю информацию о космическом пространстве.
“Венера-3” стартовала 16 ноября 1965 г., а 1 марта 1966 г. достигла Венеры. Это был первый в истории человечества межпланетный перелет.
Следующим был полет “Венеры-4”. Она была запущена 12 июля 1967 г., а 18 октября того же года достигла окрестностей Венеры и отделила спускаемый аппарат , который в течение полутора часов передавал на Землю уникальные данные о параметрах атмосферы. На высоте 23 км над поверхностью планеты, где температура была 325 С, а давление 17,6 кг/см2, спускаемый аппарат разрушился.
5 января 1969 г. стартовала “Венера-5”, а 10 января - “Венера -6”. 16 и 17 мая того же года они вошли в атмосферу Венеры и провели исследование ее глубоких слоев. Были уточнены данные о параметрах атмосферы, полученные станцией “Венера-4”. В химическом составе венерианской атмосферы оказалось 97% углекислого газа. Хотя спускаемые аппараты станции “Венера-5” и “Венера-6” имели более прочную конструкцию , все же они не выдержали огромного давления и разрушились на высоте 20 км над поверхностью.
Лишь спускаемому аппарату следующей советской космической станции “Венера-7” , имевшему усовершенствованную конструкцию, удалось впервые в истории космонавтики пересечь всю толщу венерианской атмосферы и достичь поверхности . Станция была запущена 17 августа 1970 г., а спускаемый отсек 15 декабря совершил посадку. В течение всего времени спуска отсек передавал информацию о параметрах атмосферы и в течение 23 минут - с поверхности планеты. В месте посадки температура оказалась около 500 С, а давление порядка 100 атмосфер.
Автоматическая станция “Венера-8” была запущена 27 марта 1972 г. с промежуточной околоземной орбиты. Через 117 суток полета , 22 июля 1972 г., станция достигла окрестностей Венеры и отделила от себя спускаемый аппарат. В месте его посадки на поверхность планеты зафиксировано давление в 90 раз выше , чем на Земле, а температура 470 С.
“Венера-9” и “Венера-10” запущены соответственно 8 и 14 июня 1975 г., а 22 и 25 октября того же года их спускаемые аппараты достигли поверхности планеты и впервые в истории космонавтики передали на Землю ее изображение. Сами же станции стали первыми искусственными спутниками Венеры.
9 и 14 сентября 1978 г. соответственно стартовали “Венера-11” и “Венера-12”. Спускаемые аппараты станций совершили мягкую посадку, зафиксировав в невысоких слоях атмосферы многократные электрические разряды - предположительно вспышки молний. Отделив спускаемые аппараты, станции продолжали всестороннее исследование космического пространства.
30 октября 1981 г. была запущена автоматическая межпланетная станция “Венера-13”. Преодолев за 4 месяца расстояние более 300 млн. Км, станция 1 марта 1982 г. отделила от себя спускаемый аппарат , прошла на расстоянии 36000 км от поверхности Венеры и продолжала полет по гелиоцентрической орбите как искусственная планета вокруг Солнца. Спускаемый аппарат провел цветное фотографирование поверхности и установил базальтовый состав грунта. Температура оказалась равной 457 С, давление 89 атмосфер.
4 ноября 1981 г. произошел запуск “Венеры-14”. Она имела такую же программу исследования, что и “Венера-13”. ЕЕ спускаемый аппарат регистрировал температуру, давление, состав атмосферы, бра робы грунта; фиксировались электрические разряды в нижней атмосфере. После отделения спускаемого аппарата станция продолжала исследование космического пространства. Спускаемые аппараты станций были снабжены устройствами для бурения грунта и химического анализа его образцов.
В месте посадки спускаемого аппарата станции “Венера-14” температура оказалась 465 С, а давление 94 атмосферы. Передачи на Землю панорамных изображений окружающей местности осуществлялись через цветные светофильтры. В получаемых изображениях преобладали желтовато-оранжевые , зеленоватые цвета любых предметов на поверхности, оранжеватое небо и такого цвета облака над головой. Дело в том, что синяя часть спектра солнечной радиации поглощается в верхней части атмосферы Венеры, поэтому ее поверхность и нижняя часть атмосферы освещаются не белым, как на Земле, а желтым светом. Таковы законы оптики.
Перед “Венерами -15 и -16” поставлены новые задачи: провести радиолокационную съемку Северной полярной области. Для этой цели на космических аппаратах , выведенных на вокругпланетные орбиты , были установлены радиолокационные станции бокового обзора. 16 октября 1983 г. “Венера-15” провела целый сеанс радиозондирования планеты. Получено изображение приполярной области площадью более миллиона квадратных километров, имеющей вид полосы длиной 9 тыс., а шириной 150 км. На изображении различаются ударные кратеры, гряды возвышенностей, крупные разломы, горные хребты, уступы и детали рельефа размером 1 -2 км.
В апреле 1984 г. по московскому телевидению передавалось сообщение о продолжающейся радиолокационной съемке северной полярной области Венеры и детальной обработке информации , поступающей с орбитальных станций “Венера -15” и “Венера-16”.
Американские исследования. Американцами были запущены к Венере четыре автоматические станции со спускаемыми аппаратами. Дважды пролетел и делал телевизионную съемку венерианской поверхности “Маринер-10” . Применяя специальное радарное устройство в сочетании с использованием наземных радиотелескопов, спутник “Пионер-Венера-1” проводил съемку поверхности планеты между шестидесятыми параллелями.
Результаты исследований.
1. Посылкой автоматических аппаратов к Венере удалось раскрыть состав , вертикальную структуру и динамику атмосферы.
2. Методом бурения и другими методами установлен химический состав грунта, тип поверхностных горных пород.
3. Осуществлена радарная съемка поверхности Венеры.
4. Вследствие очень высоких температур и давления жизнь на Венере отсутствует.
Атмосфера
Загадочная атмосфера Венеры была центральным пунктом программы исследований при помощи автоматический аппаратов за последние два десятилетия. Важнейшими аспектами ее исследований были химический состав , вертикальная структура и динамика воздушной среды. Большое внимание отводилось облачному покрову, играющему роль непреодолимого барьера для проникновения в глубь атмосферы электромагнитных волн оптического диапазона. При телевизионной съемке Венеры удавалось получить изображение только облачного покрова . Непонятными были необычайная сухость воздушной среды и ее феноменальный парниковый эффект , за счет которого фактическая температура поверхности и нижний слоев тропосферы оказалась более чем на 500 выше эффективной (равновесной).
Состав атмосферы. Впервые химический состав атмосферы прямыми методами был осуществлен советскими аппаратами “Венера-4, -5 и -6”. Он оказался таким: СО -97, N - 2, О - 0,1, Н О - 0,05%. Последующие полеты космических аппаратов подтвердили приведенные данные с небольшими коррективами. Крайне незначительное содержание водяного пара в атмосфере , а в ней сосредоточена вся планетная масса гидросферы внешней области Венеры, представляет собой на сегодняшний день загадку.
Атмосферы планет земной группы формировались за счет выхода из недр вулканических газов при дифференциации вещества в стадию его расплавления. Основную часть вулканических газов составляют водяной пар и углекислый газ, находящиеся между собой в объемном соотношении 5 : 1 (Маров, 1976). Свободные азот, кислород, водород в состав вулканических газов не входят , а представляют собой продукты последующих реакций.
По оценкам, общее количество углекислого газа на Венере и Земле приблизительно одинаковое. Только на Земле он связан в осадочных породах и отчасти поглощен водными массами океанов, на Венере же весь он сконцентрирован в атмосфере. Обилие углекислого газа в современной атмосфере Венеры в тысячи раз превышает общее его количество в земной атмосфере.
В соответствии с приведенной пропорцией выделения водяного пара и углекислого газа при дифференциации планетного вещества Венера должна была бы иметь мощнейшую гидросферу, вполне сопоставимую с земной - с толщиной эквивалентного слоя воды на поверхности порядка 2,7 км. Приблизительно такого же колоссального масштаба должна была бы быть и гидросфера Венеры - планеты , по своим размерам и эволюции очень сходной с Землей. Куда же девались с Венеры огромные массы воды? Надежного ответа на поставленный вопрос пока нет.
Вертикальная структура. В соответствии с температурным профилем (рис.1) атмосфера Венеры делится на две области: тропосферу, простирающуюся от поверхности планеты до приблизительно 100 км, и термосферу (Schubert and Covey, 1981).
Тропосфера. Названа по аналогии с земной тропосферой по температурному вертикальному профилю. В венерианской тропосфере температура с высотой понижается. На поверхности температура равняется + 460 С, она мало меняется днем и ночью. К верхней границе тропосферы (рис. 1) температура понижается до 180 К (- 93 С). Состав газов тропосферы в общем сохраняется по всему профилю, т.е. это в основном атмосфер