Покрытая облаками Венера
Венера часто бывает одним из самых ярких объектов на небе. В максимуме блеска Венера в десять раз ярче Сириуса-самой яркой из видимых звезд. Только Солнце и Луна способны затмить эту планету.
Яркость Венеры объясняется тем, что она полностью окружена сверкающими желтовато-белыми облаками и расположена близко к Солнцу. Находясь от него на расстоянии всего 108 млн. км, Венера получает в два раза больше солнечного света, чем Земля. Толстое покрывало из облаков отражает большую часть падающего на планету солнечного света, делая ее одним из самых великолепных объектов на небе.
Поскольку Венера находится ближе к Солнцу, чем Земля, ее можно увидеть только на западе после захода Солнца (как так называемую вечернюю звезду) или на востоке до восхода Солнца (как утреннюю звезду). Подобную картину мы наблюдаем и с Меркурием. Но поскольку орбита Венеры в два раза больше орбиты Меркурия, Венера может появляться гораздо дальше от Солнца, что облегчает ее наблюдение. Венеру можно видеть на небе на расстоянии вплоть до 47° от Солнца. Иначе говоря, Венера может восходить за 3 ч до восхода Солнца и заходить через 3 ч после его захода. В это время планету без особого труда удается наблюдать с Земли. И если Меркурий никогда даже мельком не видели многие астрономы-профессионалы, то Венеру посчастливилось наблюдать множеству людей во всем мире, которые получили тем самым возможность хотя бы просто восхититься одним из великолепнейших небесных объектов.
Венере суждено было сыграть решающую роль в истории астрономии. В начале XVII в. Галилео Галилей услышал толки об исключительном изобретении, состоящем из линз, смонтированных на концах полой трубы. Удаленные предметы, рассматриваемые через это приспособление, казались расположенными ближе и увеличивались в размере. Галилей сразу же приступил к сооружению такого приспособления.
Галилей не изобрел телескоп. Он просто первым направил его на небо. Его наблюдения -впервые более чем за тысячу лет, в течение которых взор человека обращался к небесам, -привели к новым неожиданным откровениям о Вселенной. Галилей обнаружил кратеры на Луне, пятна на Солнце и четыре спутника Юпитера. Он обнаружил также, что у Венеры, как и у Луны, меняются фазы.
Наблюдая Венеру в течение многих месяцев, Галилей заметил, что фазы Венеры связаны с ее кажущимся размером, видимым в телескоп. Когда планета находится в серповидной фазе, она выглядит очень большой. А месяц спустя, когда Венера освещена более чем наполовину, ее диск кажется совсем маленьким. Как видно из рис. 20, зависимость между размером и фазой Венеры ясно показывает, что планета движется вокруг Солнца. Впервые на основе наблюдений были получены доказательства того, что «еретические суждения» Коперника и Кеплера в конечном счете могут быть верны. Действительно, Солнце, а не Земля находится в центре Вселенной. За подобные «богохульства» инквизиция судила Галилея и признала его виновным.
В течение последующих столетий выяснилось, что Венера и Земля в некоторых отношениях удивительно похожи. Обе планеты имеют приблизительно один и тот же размер, близкие массы и примерно одинаковые среднюю плотность и ускорение силы тяжести на поверхности. Даже атмосфера есть у обеих планет. Явное отличие состоит лишь в том, что у Земли есть Луна, а у Венеры спутников нет. Кроме того, Венера постоянно и полностью покрыта облаками, а Земля - только частично. С тех пор повелось считать Венеру и Землю планетами-сестрами; кое-кто даже говорил о возможности существования богатой растительности под облаками Венеры. Ничего не могло быть дальше от истины: поверхность Венеры - клокочущий ад, более раскаленный и жуткий, чем опаленные Солнцем кратеры Меркурия.
До последнего времени мало что было известно о Меркурии, поскольку эта крошечная планета так близка к Солнцу, что ее трудно наблюдать с Земли. Но и Венера - хотя она находится дальше от Солнца и поэтому ее легко наблюдать с Земли - оставалась окруженной тайной. Наземные наблюдатели могут видеть только сверкающие верхушки облаков.
Первая попытка проникнуть в толстый облачный покров Венеры была предпринята в начале 1960-х годов. Ученые США и Советского Союза использовали для радиолокации Венеры антенны, предназначенные для слежения за спутниками. Радиоволны легко проникли через облака и отразились от поверхности планеты. Анализ отраженного радиосигнала показал, что Венера очень медленно вращается вокруг своей оси с востока на запад (т. е. в обратном направлении), делая один оборот за 243 дня. Другими словами, Солнце на Венере восходит на западе, а заходит на востоке. Период вращения Венеры вокруг оси измеряется относительно звезд. Каждые 243 дня наблюдатель, находящийся на Венере, должен был бы увидеть на небе одну и ту же конфигурацию звезд. Однако за это время Венера проходит значительное расстояние по орбите. За 243 дня, когда одни и те же звезды вновь оказываются видимыми в тех же положениях, наблюдатель на Венере мог бы увидеть пару восходов и заходов Солнца. Таким образом, для наблюдателя на поверхности Венеры между двумя последовательными моментами, когда Солнце находится в зените, протекает 116,8 земных суток (это и есть «венерианский день»).
Каждые 584 дня Венера проходит между Землей и Солнцем. Однако на самом деле Венера очень редко проецируется на солнечный диск (так называемое прохождение), так как орбита Венеры несколько наклонна к орбите Земли. Последнее прохождение Венеры произошло в 1882 г., следующее предстоит 8 июня 2004 г.; следовательно, на протяжении всего двадцатого столетия не было ни одного прохождения. Тем не менее с Земли можно видеть, как Венера проходит чуть севернее или чуть южнее Солнца каждые 584 дня. Такое прохождение, когда к наземному наблюдателю обращена ночная сторона Венеры, называется «нижним соединением».
Интересно заметить, что 584 дня точно составляют 116,8 дня, взятых 5 раз. Иными словами, время между последовательными нижними соединениями точно равно 5 венерианским суткам. Поскольку между нижними соединениями протекает точно 5 венерианских суток, к Земле обращена всегда одна и та же ночная сторона Венеры. Следовательно, обратное вращение Венеры удивительным образом связано с обращением Земли вокруг Солнца. Если бы наш взгляд мог проникнуть сквозь облака Венеры, мы видели бы один и тот же ночной ландшафт каждый раз, когда Венера проходила бы между Землей и Солнцем. Еще один удивительный резонанс в Солнечной системе!
Эта связь вращения Венеры вокруг оси с обращением Земли вокруг Солнца была обнаружена с помощью радиолокации. Хотя облачный покров Венеры препятствует оптическим наблюдениям ее поверхности, радиоволны свободно проникают через толстую атмосферу и отражаются от поверхности планеты. Анализируя отраженный от Венеры сигнал, Ричард М. Гольдстейн сумел установить существование нескольких больших кратеров на ее поверхности. Абсолютно при всех нижних соединениях, когда Венера находится ближе всего к Земле, перед радиолокаторами предстают одни и те же кратеры.
Так как Венера всегда находится под облачным покровом, то подробные сведения о ней можно было получить только при помощи космических аппаратов. Поэтому Венера стала одним из первых объектов исследований, предусмотренных советской и американской космическими программами. Действительно, к Венере было направлено почти столько же космических аппаратов, как к Марсу.
Советский Союз и США избрали весьма различные подходы к проблеме зондирования Венеры. Американская программа предусматривала пролеты космических аппаратов вблизи планеты: во время сближения инструменты, установленные на борту аппаратов, должны были на расстоянии замерять изменения в состоянии атмосферы. Советский план состоял в том, чтобы направить зонды непосредственно через атмосферу Венеры и измерять характеристики атмосферы по мере движения зонда к поверхности.
«Маринер-2» был первым космическим аппаратом, совершившим успешный полет к Венере (две предыдущие попытки, «Венера-1» и «Маринер-1», оказались неудачными). Во время его полета было установлено, что температура в атмосфере Венеры достигает 400°С.
Полученный результат подтвердил существовавшее ранее предположение, что на Венере действительно очень высокая температура. Это объясняется прежде всего так называемым «парниковым эффектом». Чтобы понять его действие, представьте себе автомобиль с закрытыми окнами, стоящий в солнечный день у обочины дороги.
Если машина простоит так несколько часов, то температура внутри ее может стать гораздо выше температуры воздуха снаружи. Причина заключается в том, что видимый солнечный свет свободно проходит в машину через оконные стекла. Частично солнечный свет отражается обратно, а частично поглощается предметами внутри автомобиля (например, сиденьями), которые начинают нагреваться. Нагретые предметы переизлучают поглощенную ими энергию, но уже не в видимом диапазоне, а в инфракрасном, т. е. на значительно более длинных волнах. Инфракрасное излучение не может проходить наружу через стекло, в результате энергия остается как бы «пойманной» в машине. И внутри машины становится жарко. По этой же причине сохраняется тепло в оранжереях.
Подобным образом облака Венеры поглощают и задерживают солнечный свет. Вот почему атмосфера Венеры такая горячая. Но никто не представлял себе, что на Венере может быть жарче, чем на Меркурии.
В конце 60-х годов в результате полетов «Маринера-5», «Венеры-4», «Венеры-5» и «Венеры-6» были получены многочисленные более точные данные об атмосфере Венеры. К этому времени стало ясно, что высокая температура на планете сопровождается огромным, сокрушающим атмосферным давлением. И пока американцы сосредоточили все свои силы на исследовании Луны при помощи аппаратов, пилотируемых человеком, в Советском Союзе были разработаны более тяжелые и прочные космические аппараты, способные выдержать суровые условия на Венере. Этот труд увенчался успешными запусками «Венеры-7» и «Венеры-8» в начале 70-х годов. «Венера-8» позволила обнаружить нижнюю границу облачного покрова Венеры на высоте 35 км над поверхностью планеты. Так было установлено, что облачный покров не простирается до самой поверхности планеты. Некоторые из последних аппаратов типа «Венера» успешно осуществили передачу данных с поверхности планеты.
На основе всех данных, полученных при помощи «Маринеров» и «Венер», ученые смогли составить довольно полную картину атмосферы Венеры. Изменение температуры в атмосфере Венеры показано на рис. 23. На верхней границе облаков на высоте около 65 км над поверхностью планеты температура низкая, порядка — 50°С. С приближением к поверхности температура быстро возрастает, становясь поистине испепеляющей на поверхности температура достигает 475°С. Для сравнения, типичная полуденная температура на Меркурии равна только 430"С. В отличие от лишенного атмосферы Меркурия, который ночью остывает, ночная сторона Венеры никогда не охлаждается. Плотная атмосфера препятствует переизлучению тепла в пространство во время длинной венерианской ночи. На Венере так невероятно жарко, что ночью на неосвещенной стороне планеты камни светятся тусклым красным светом, словно горячие угли в электрокамине.
На Венере не только очень высокая температура, но и огромное атмосферное давление. Ученые обычно предпочитают измерять давление в «атмосферах»; 1 атм равна среднему давлению воздуха на Земле на уровне моря, которое составляет приблизительно 1 кг/см2. Как видно из рис. 24, на Венере давление в 1 атм достигается на высоте 50 км над поверхностью планеты, а вблизи поверхности оно возрастает до сокрушающих 90 атм (примерно 0,1 т/см2). Чтобы найти подобное давление на Земле, придется спуститься в океан до глубины 1000 м.
Полеты «Маринеров» и «Венер» показали также, что атмосфера Венеры состоит почти целиком из углекислого газа. Он составляет 97% атмосферы Венеры, 2% приходится на азот и 1%-на все другие газы вместе взятые. Для сравнения заметим, что в атмосфере Земли содержится примерно 80% азота, 20% кислорода и менее 0,1% углекислого газа.
Наиболее полная информация о Венере была получена в результате полетов советских и американских ракет в середине 70-х годов. 5 февраля 1974 г. «Ма-ринер-10» пролетел мимо Венеры на пути к Меркурию. Во время его сближения с Венерой было получено много фотографий, показавших, что атмосфера планеты в высшей степени турбулентна. Снимок планеты в целом приведен на рис. 22, а на рис. 25 показана облачная структура крупным планом.
По фотографиям «Маринера-10» было обнаружено явление, замеченное ранее в ходе наземных наблюдений. Атмосфера очень быстро вращается вокруг планеты. По наблюдениям некоторых деталей в облаках было установлено, что атмосфера делает полный оборот вокруг планеты всего за четыре дня. Сама планета, как мы уже знаем, вращается значительно медленнее, совершая оборот вокруг оси за 243 дня. Это значит, что на Венере скорость ветра должна быть гигантской - обычно 100 м/с. Атмосфера, как и сама планета, имеет обратное вращение.
Поскольку атмосфера Венеры такая толстая и столь быстро движется вокруг планеты, многие ученые раньше считали, что фотографирование поверхности планеты -это пустая трата времени и сил. Предполагалось, что толстая атмосфера не пропускает солнечный свет и поверхность постоянно находится в темноте. Ведь по существу это должна быть черная как смоль поверхность - такая поверхность у нас на Земле находится на глубине 1000 м ниже уровня океана. Если даже какой-то свет и проникает через эту атмосферу, то из-за чрезвычайно больших скоростей ветра вряд ли можно увидеть что-нибудь, кроме сглаженной поверхности, продуваемой песком. Во всяком случае, так думали довольно многие.
В октябре 1975 г. Советский Союз достиг впечатляющего двойного успеха, осуществив мягкие посадки «Венеры-9» и «Венеры-10». Оба космических аппарата выжили на поверхности планеты достаточно продолжительное время, чтобы передать панорамы мест посадки. К всеобщему удивлению, по всей площади можно было видеть камни с острыми углами. Как видно на рис. 27, место посадки «Венеры-9» кажется более густо усыпанным камнями, чем место посадки «Венеры-10». Помимо температуры и давления советские космические аппараты измерили также скорость ветра, которая оказалась удивительно низкой - всего только 3,5 м/с. Такая низкая скорость ветра на поверхности Венеры означает, что в атмосфере должен существовать слой с огромным градиентом скорости, где происходит переход от высокой скорости к низкой.
Инопланетный гость Солнечной системы с первого взгляда мог бы подумать, что у Венеры и Земли много общего. Они почти одинаковы по размерам, массе, плотности и т. д. И орбиты их расположены неподалеку друг от друга в одной и той же части Солнечной системы. Таким образом, они должны были образоваться по существу из одного и того же первичного вещества. Но при более тщательном наблюдении вскоре обнаруживается, что планеты очень сильно различаются. Что же могло сделать эти планеты такими непохожими?
Может показаться удивительным, что на Земле так много углекислого газа. Однако земной углекислый газ химически связан в породах в карбонатах кальция. Некоторые породы под воздействием углекислого газа воздуха могут образовать карбонаты кальция, подобно тому как железо, взаимодействуя с кислородом воздуха, образует ржавчину. Более важным обстоятельством является то, что на Земле морские живые организмы в течение сотен миллионов лет «извлекали» углекислый газ из морской воды (и, в конечном счете, из атмосферы). Образовавшиеся при этом морские ракушки, содержащие углекислоту, столетиями превращались в известняк и мрамор. И конечно, растения в течение миллиардов лет в процессе фотосинтеза удаляли углекислый газ из воздуха, обогащая при этом атмосферу кислородом. Углерод, образовавшийся из этого углекислого газа, содержится в залежах угля и нефти.
Углекислый газ как нельзя лучше способствует поддержанию все усиливающегося парникового эффекта. Что касается Венеры, то на ней действие этого эффекта ничто не в силах остановить. На Венере никогда не было достаточно холодно для того, чтобы путем химических или биологических реакций углекислый газ мог быть удален из атмосферы. По существу, на Земле могло быть не меньше углекислого газа, чем на Венере. Но на Земле - хотя она всего на 41 млн. км находится дальше от Солнца, чем Венера, - никогда не было настолько жарко, чтобы вступил в действие парниковый эффект. Поэтому на Земле могли осуществляться процессы, способствующие удалению углекислого газа из воздуха. Эти «лишние» несколько миллионов километров в расстоянии от Солнца буквально проложили границу между жизнью и смертью.
Через 5 млрд. лет в структуре Солнца произойдут большие изменения. Истратив свои запасы ядерного горючего, Солнце чрезвычайно сильно увеличится в размере. И когда поверхность Солнца распространится до нашей планеты, океаны закипят, а из пород начнет выделяться углекислый газ, тогда под постоянным облачным покровом на Земле образуется гнетущая углекислая атмосфера. Возможно, то, что мы наблюдаем сегодня на Венере, - это мрачное будущее нашей собственной планеты.
|
|
Читайте в рубрике «Планета Венера»: |