ВЕНЕРА ПОД ОБЛАКАМИ
Эта планета - одно из красивейших светил неба. Не случайно именно ей древние римляне присвоили имя богини любви и красоты.
Для земного наблюдателя Венера не отходит от Солнца дальше чем на 48°. Это объясняется тем, что она рас-положена ближе к Солнцу, чем Земля. В течение 585 суток чередуются периоды её вечерней и утренней видимости.
Почти каждая из планет Солнеч-ной 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 и наименьший эксцентриситет орбиты (0,007).
АТМОСФЕРА
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 заметил, 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 Слайфер 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. Адаме 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 °С). 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.
Специальные наблюдения, выпол-ненные советскими учёными Н. П. Ба-рабашовым, В. В. Шароновым, В. И. Езерским, французским астро-номом Б. Лио, а также теория рассе-яния света плотными атмосферами планет, развитая В. В. Соболевым, свидетельствовали о том, что разме-ры частиц облаков Венеры - около одного микрометра. Но какова при-рода 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. 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 °С). После дискуссии о том, что же обладает столь высокой температурой - поверхность планеты или её ионосфера, учёные пришли к выводу, что такова темпе-ратура 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 °С. 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.
Длительные наблюдения за облачным слоем Венеры с "Маринера-10" позволили выявить ряд устойчивых деталей, хорошо заметных в ультра-фиолетовых 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 поверхно-стью 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 капель-ки воды, кристаллики льда, капли СO2, 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 (НС1 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 американские исследователи Луиза и Эндрю Янг, а также Годфри Силл независимо друг от друга 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 химиче-ским 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.
ВРАЩЕНИЕ ВЕНЕРЫ
Уже в 1667 г. Ажованни Доменико Кассини, работавший тогда в Болонье, предпринял первую попытку определить период врашения Венеры вокруг оси. На диске планеты не удалось обнаружить устойчивых деталей, как, например, на Марсе или Юпитере. Были заметны только слабые тёмные пятна. Всё же Кассини опубликовал найденное им значение периода: 23 ч 21 мин.
Хотя это значение и не имеет ничего общего с действительным, всё же оно было получено не случайно. Ведь время, удобное для наблюдения Венеры, невелико: так, в период вечерней видимости от захода Солниа до её собственного захода проходит не более трёх часов. Правда, Венеру можно наблюдать и днём, но рассеянный свет голубого неба смазывает тонкие детали, которые необходимы для расчёта. Таким образом, Кассини приходилось наблюдать планету примерно раз в сутки. Он видел те же детали и полагал, что за это время Венера сделала полный оборот вокруг оси. Зная периоды врашения Земли (24 ч) и Марса (24 ч 37 мин), он решил, что такой период характерен для планет земной группы.
В 80-е гг. XIX в. итальянский астроном Ажованни Скиапарелли установил, что Венера врашается гораздо медленнее. Тогда он предположил, что планета обращена к Солнцу одной стороной, как Луна к Земле, и, стало быть, её период врашения равен периоду обращения вокруг Солниа - 225 суткам. Та же точка зрения была высказана и в отношении Меркурия. Но в обоих случаях этот вывод оказался неверным.
Только в 60-е гг. XX столетия применение радиолокации позволило американским и советским астрономам доказать, что вращение Венеры - обратное, т. е. она врашается в направлении, противоположном направлению врашения Земли, Марса, Юпитера и других планет. В 1970 г. две группы американских учёных по наблюдениям за 1962-1969 гг. точно определили, что период врашения Венеры равняется 243 суткам. Близкое значение получили и советские радиофизики.
Вращением вокруг оси и орбитальным движением планеты обусловлено видимое перемещение Солнца по её небосклону. Зная периоды врашения и обращения, легко рассчитать продолжительность солнечных суток на Венере. Оказывается, они в 11 7 раз длиннее земных, и венерианский год состоит менее чем из двух таких суток.
Теперь предположим, что мы наблюдаем Венеру в верхнем соединении, т. е. когда Солнце располагается между Землёй и Венерой. Эта конфигурация повторится через 585 земных суток: находясь в других точках своих орбит, планеты займут то же положение относительно друг друга и Солнца. На Венере за это время пройдёт ровно пять местных солнечных суток (585 = 117 o 5). И значит, она будет повёрнута к Солнцу (а стало быть, и к Земле) той же самой стороной, что и в момент предыдущего соединения. Такое взаимное движение планет называется резонансным; оно вызвано, повидимому, длительным воздействием на Венеру поля тяготения Земли. Вот почему астрономы прошлого и начала нынешнего века считали, что Венера всегда обращена к Солнцу одной стороной.
СТРОЕНИЕ ПОВЕРХНОСТИ
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 -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 уров-нем 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), но меньших размеров, чем область Бета.
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.
