О ПЛАНЕТЕ

Второй после Меркурия с точки зрения удаленности от Солнца признается планета Венера, которая находится от главного Светила на расстоянии в 108 миллионов километров.
Двигаясь по своей орбите с невеликой по космическим меркам скоростью 35 км/секунду, планета способна облететь Солнце за 224,7 земных суток. Расстояние от Венеры до Земли меняется в пределах от 40 до 259 млн км. Её орбита очень близка к круговой — эксцентриситет* составляет всего 0,0068. Наклон орбиты к плоскости эклиптики равен 3,4°. Причем двигается Венера в космосе, вращаясь по часовой стрелке вокруг своей оси, что характерно еще лишь для Урана. Кроме того ось, по которой крутится Венера, перпендикулярна ее плоскости. А эта особенность космического тела становится причиной того, что на Белой Планете отсутствуют времена года и даже часовые пояса. Один день здесь похож на предыдущий и следующий. Погода всегда однотипна. А сутки на планете имеют одинаковую продолжительность. Подобная «однородность» дней и ночей усиливает парниковый эффект, который тут воцарился много тысяч лет назад и послужил толчком для распространения ряда недостоверных слухов.
Венера никогда не удаляется от Солнца более чем на 48 градусов. Поэтому наблюдать ее можно лишь по утрам и вечерам на фоне зари и сумеречного сегмента. Но благодаря большому блеску (до –4,6m) видно ее и днем, поэтому в районах между северным и южным тропиком Земли планету можно наблюдать даже в зените.

Положение, когда проекция Венеры на плоскость земной орбиты попадает на линию, соединяющую Землю и Солнце, называется соединением. Венера находится в верхнем соединении, когда Солнце оказывается между ней и Землей, и в нижнем, когда она сама вклинивается между ними. В нижнем соединении дистанция между планетами сокращается до 42 млн километров, а в верхнем увеличивается до 258 млн. Интервал между последовательными верхними и нижними соединениями называется синодическим периодом Венеры. В среднем он равен 584 земным суткам, хотя отклонения в ту или иную сторону доходят до сотни часов.

ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

В диаметре это космическое тело достигает 12 тысяч километров. Относительно аналогичных величин планеты Земля масса Венеры приравнивается к 81%, а плотность – к 90%. Как уже было отмечено выше, планете Венере приходится вращаться беспрерывно вокруг имеющейся оси по движению часовой стрелки и совершать полный обход вокруг Солнца за 225 земных суток. Учитывая эти особенности, можно утверждать, что один оборот относительно имеющейся оси Венера совершает за 243 своих световых дней. Причем через увеличительные приборы на планете можно увидеть лишь точно такие же фазы роста как у Луны.

(Основные данные о поверхности Венеры получены аппаратом Magellan с 1990 по 1994 год. Это позволило создать карту планеты и сделать некоторые предположения о ее внутренней структуре и эволюции. Ранее северное полушарие планеты было отснято советскими станциями «Венера-15» и «Венера-16».)
АТМОСФЕРА ВЕНЕРЫ

Прохождение Венеры по диску Солнца в 1761 году позволило сделать первый по-настоящему нетривиальный вклад в наши знания об этой планете. Наблюдавший его Ломоносов заметил, что, когда венерианский диск покидал солнечный, на краю последнего возник и тут же исчез ярко светящийся выброс (Ломоносов назвал его пупырем). Михайло Васильевич совершенно правильно объяснил это явление наличием у Венеры «знатной воздушной атмосферы», преломляющей солнечные лучи. Европейские астрономы игнорировали это открытие до тех пор, пока в конце XVIII века его не подтвердили первооткрыватель Урана Уильям Гершель и астроном-любитель из Бремена Иоганн Шрётер.

Первые сведения о составе венерианского воздуха были получены ровно за четверть века до начала космической эры. В 1932 году американские астрономы Уолтер Сидни Адамс и Теодор Данэм воспользовались для этой цели спектрографом, установленным на крупнейшем в мире 250-сантиметровом телескопе обсерватории Маунт-Вильсон. Они убедительно доказали, что газовое окружение Венеры в основном состоит из двуокиси углерода. Степень нагрева верхнего слоя венерианских облаков впервые измерили еще раньше, причем на этом же телескопе. Эдисон Петтит и Сет Николсон с помощью болометров выяснили, что его температура колеблется между 33–38°C. Эти измерения оказались до удивления точными, и в дальнейшем их достоверность неоднократно подтверждалась.

Прочие данные были получены уже с космических аппаратов. Сейчас мы знаем, что венерианский воздух на 96,5% состоит из углекислоты и на 3,5% — из азота. Остальные компоненты (двуокись серы, аргон, пары воды, окись углерода, гелий, совсем недавно обнаруженные зондом Venus Express гидроксильные группы) присутствуют лишь в небольших количествах. Тем не менее атмосферной серы вполне достаточно для формирования облаков, накрывающих планету, состоящих из двуокиси серы и аэрозольной серной кислоты.

Верхняя граница воздушного слоя Венеры лежит на высоте всего 250 км. Давление у поверхности планеты составляет 92 атм — как на морских глубинах в 910 м. Двуокись углерода и водяной пар создают сильнейший парниковый эффект, благодаря которому поверхность прогревается до 467╟C, несмотря на то что серные облака отражают 3/4 солнечного света. При таком сочетании температуры и давления и двуокись углерода, и азот пребывают в состоянии сверхкритической жидкости. Поэтому, строго говоря, газа у поверхности Венеры нет вовсе.

Все это означает, что созданная ранее теория о существовании на Венере биосферы не находит подтверждения. Не имеет основания и теория о наличии на Белой Планете жидкой воды, ведь температура здесь превышает 4 сотни градусов, при которых любая жидкость превращается в пар. Сильное же нагревание планеты обосновывается тем, что водяной пар и повсеместный углекислый газ, которые обнаружены в атмосфере, поглощают тепловую энергию Солнца. А это в свою очередь приводит к сильнейшим перепадам давления, что и служит причиной образования ветров. Скорость ветров у поверхности Венеры не превышает 1 м/с, а на высоте более 60 км – не более 300 м/с. И конечно, неоднородное давление и наличие водяных паров приводит к образованию молний и гроз. Бури в тропосфере сливаются в единый ураганный поток, который огибает планету за четверо земных суток. Он движется в сторону ее вращения (с востока на запад) и переносит плотные тучи, которые циркулируют вокруг планеты с такой же скоростью (это явление называется суперротацией).

Ветра и грозы на планете – это единственные погодные явления. Как уже было отмечено ранее, здесь сутки похожи друг на друга и не отличаются ни длиной светового дня, ни температурными режимами. А так как планета неустанно вращается, солнечная энергия, поступающая сюда из космоса, медленно расползается от экватора к полюсам. Вот почему и создается впечатление общей гармонии и единой атмосферы тепла на всей поверхности Венеры.

СТРОЕНИЕ ВЕНЕРЫ

Как и все иные планеты Солнечной cистемы, Белая Венера имеет специфический рельеф. Восемьдесят процентов венерианской поверхности составляют плоские и холмистые равнины вулканического происхождения. Большая часть остатка приходится на четыре исполинских горных массива — Земля Афродиты, Земля Иштар, Альфа и Бета. По размеру их можно сопоставить с материками, расположенными на Земле. Основной материал поверхности — базальтовая лава. Там обнаружено порядка тысячи ударных кратеров диаметром от трех до трехсот километров. Отсутствие кратеров меньшего размера легко объясняется тем, что метеориты, способные их оставить, теряют скорость в атмосфере или просто сгорают. Есть здесь и низменности, но их площадь не превышает более 1/6 части планеты. Венера изобилует вулканами, но пока неизвестно, прекратилась ли там активная вулканическая деятельность, а это принципиально для понимания эволюции планеты. Кроме того, несмотря на данные спутника Magellan, ученые пока еще плохо представляют себе геологию Венеры. А геология — это ключ к пониманию внутреннего строения и эволюционных процессов.

В отличие от Земли, Венера не имеет подвижных литосферных плит, плавающих на вязкой мантии. Земная кора из-за их перемещений обновляется каждую сотню миллионов лет, а венерианская, судя по всему, не менялась впятеро дольше. Однако это не означает, что она стабильна. Из глубин Венеры идут потоки тепла, которые постепенно нагревают кору и размягчают ее вещество. Поэтому кора периодически становится пластичной и деформируется, что служит причиной глобальных изменений рельефа. Продолжительность таких циклов, по всей видимости, составляет не менее полумиллиарда лет.
О внутреннем строении Венеры нам тоже известно очень немного. Изучить его можно только с помощью сейсмических методов, а это требует создания долгоживущих — не минуты и часы, а дни и недели! — спускаемых аппаратов. По аналогии с Землей принято считать, что планета состоит из базальтовой коры толщиной в несколько десятков километров, силикатной мантии и железного ядра радиусом меньше 3000 км.

Твердое у Венеры ядро или жидкое — пока точно не известно. Во всяком случае, в нем нет круговых потоков электропроводящего вещества, поскольку в противном случае у планеты имелось бы стабильное магнитное поле земного типа. «Магнитная пассивность Венеры пока не нашла общепринятой интерпретации, — объяснил «Популярной механике» директор отдела земного магнетизма вашингтонского Института Карнеги Шон Соломон. — Наличие магнитного поля у Земли скорее всего объясняется постепенным отвердеванием пока еще жидкого внешнего ядра нашей планеты. Этот процесс высвобождает тепловую энергию, обеспечивающую конвективные движения ядерного вещества, которые и делают возможным возникновение магнитного поля. Очевидно, что на Венере этого не происходит. Почему — пока не ясно. Согласно самой правдоподобной гипотезе, венерианское ядро еще не начало отвердевать и поэтому там не рождаются конвективные струи, закручивающиеся благодаря вращению планеты и генерирующие магнитное поле. В противном случае такое поле все-таки должно было возникнуть, хотя по величине оно сильно уступало бы земному, поскольку Венера намного медленней вращается вокруг своей оси. Теоретически можно допустить, что венерианское ядро уже успело охладиться ниже точки кристаллизации его вещества. Такое возможно, но маловероятно. Для этого пришлось бы допустить, что ядро Венеры состоит из почти чистого железа и практически лишено легких примесей, снижающих температуру фазового перехода. Трудно понять, как Венера могла бы обзавестись таким ядром в процессе ее формирования. Поэтому первая гипотеза выглядит предпочтительней».

Поскольку у Венеры полностью отсутствует планетарное магнитное поле глубинного происхождения, то весь ее крайне слабенький магнетизм порожден взаимодействием между ионосферой и солнечным ветром.
ОЖИДАНИЯ И РАЗОЧАРОВАНИЯ

До середины XX века с Венерой были связаны очень большие ожидания. До начала космических исследований этой планеты ученые надеялись найти на ней природные условия, очень близкие к земным, или, точнее говоря, к тем, которые Земля проходила в процессе своей эволюции. Для этого были несомненные основания. Обе планеты сходны по многим критериям. Их размеры практически совпадают — экваториальный радиус Венеры равен 6051,8, Земли — 6378,1 км. Разница между полярными радиусами и того меньше — 6051,8 и 6356,8 км (Венера — почти идеальный шар, в то время как наша планета несколько сплюснута у полюсов). Средняя плотность венерианского вещества составляет 95% от плотности земного (5234 и 5515 кг/м3). Ускорение свободного падения на поверхности Венеры равно 8,87 м/с2, лишь на 10% меньше земного. И Венера, и Земля обращаются вокруг Солнца практически по правильным окружностям, лежащим почти в одной плоскости, эксцентриситеты их орбит равны соответственно 0,0067 и 0,0167. Более того, это единственные твердые околосолнечные планеты, обладающие плотной атмосферой. Венера в космических масштабах расстояний находится рядом с Землей, хотя, как показали дальнейшие исследования, это различие в расстоянии от Солнца оказалось для нее фатальным. Можно было предполагать, что и по своему возрасту Венера и Земля достаточно близки, а значит, и эволюционировали сходным образом. В научно-популярных журналах писали, что Венера проходит своего рода каменноугольный период в своей эволюции, что она покрыта океанами и полна экзотической растительности. Но с конца 1950-х эти представления стали меняться. С помощью радиотелескопов астрономы измерили так называемую яркостную температуру Венеры, и она оказалась существенно выше ожидаемой — на сотни градусов. В отличие от других планет земной группы — Марса и Меркурия, — поверхность Венеры окутана плотным облачным слоем. Поэтому было не ясно, что именно является источником такой высокой температуры. Появились несколько моделей, некоторые из них связывали эту температуру с поверхностью под облаками, другие объясняли ее свойствами ионосферы. Две эти альтернативные точки зрения сильно подогревали интерес к исследованиям Венеры. Всё прояснилось в 1962 году, когда американский Mariner 2 с расстояния 35 000 км измерил яркостную температуру Венеры (более 400°C) и обнаружил так называемое потемнение к краю диска планеты (за счет большей толщины атмосферы по краям). А это означало, что вероятнее всего температура связана с поверхностью планеты.

До 1950-х в особой моде была гипотеза о теплых венерианских океанах, где полным-полно не только водных растений, но и животных. Сейчас-то мы знаем, что даже самые жуткие пустыни Земли по сравнению с безводным каменистым венерианским пеклом выглядят благодатными оазисами.
Венера — гордость советской планетной программы. Большинство данных об этой планете получены именно с помощью наших аппаратов, причем эти данные совершенно уникальны.

Первые цветные снимки Венеры, полученные аппаратурой спускаемого аппарата советской межпланетной станции «Венера-13».

Собственно, почти вся информация об атмосфере, поверхности и внутреннем устройстве Венеры была получена с помощью космических аппаратов. Первые две попытки исследования Венеры предпринял Советский Союз, причем еще до полета Юрия Гагарина. 4 февраля 1961 года с Тюратама ушел в космос 645-килограммовый венерианский зонд, посаженный на почти шеститонную орбитальную платформу. Тандем вышел на околоземную орбиту, откуда зонд должен был направиться к Венере и врезаться в ее поверхность. Однако двигатели зонда не сработали, и 26 февраля он вместе с платформой сгорел в земной атмосфере. А 12 февраля из Тюратама запустили автоматическую станцию «Венера-1». По всей вероятности, в мае 1962 года она прошла в сотне тысяч километров от планеты-цели и превратилась в рукотворный спутник Солнца. Однако связь с ней пропала через неделю после запуска, когда станция отдалилась от Земли на 1,5 млн километров. Летом 1962 года последовало еще два неудачных запуска, американский и советский. Пятым по счету аппаратом стал американский Mariner 2, тот самый, который похоронил гипотезу о венерианских морях.

В начале 1960-х всеми космическими программами, в том числе и лунно-планетными исследованиями, занимались в ОКБ-1 под руководством Сергея Павловича Королева. Но первые запуски автоматических межпланетных станций не увенчались успехом: опыта в конструировании космических аппаратов было слишком мало. В 1965 году были запущены «Венера-2», пролетный аппарат, и «Венера-3», атмосферный зонд, который должен был «воткнуться» в поверхность планеты. Аппараты летели в сторону Солнца, интенсивность солнечного облучения росла по мере приближения к цели, и за время полета электроника вышла из строя. Аппараты достигли Венеры, но никаких данных не передали. Тем не менее сам по себе этот факт был очень значимым — надо было предельно точно рассчитать траекторию, чтобы аппарат произвел рандеву с планетой.

В 1965 году было принято решение разделить космические программы по направлениям. Королев продолжил заниматься пилотируемыми программами — орбитальной и лунной, а беспилотная лунно-планетная тематика по инициативе Келдыша и Королева была передана ОКБ им. С. А. Лавочкина, которое в то время возглавлял Георгий Николаевич Бабакин. Вся техническая документация, переданная из ОКБ-1, подверглась строжайшей ревизии, были найдены недочеты, целый ряд систем был переработан. Результаты не заставили себя ждать — первый же запуск в рамках лунной программы Е6, произведенный в середине 1966 года, привел к успеху «Луны-9», с мягкой посадкой, с раскрытыми лепестками, с очень оригинальной идеей сместить центр тяжести для большей устойчивости (аппарат называли «Ванька-встанька»). Были получены первые панорамы Луны, изучены механические свойства грунта, затем запущен первый искусственный спутник Луны — «Луна-10», а за ним последовала целая серия успешных запусков.

(На фото 400-километровая гора Шапаш высотой 1,5 км.)

Однако ученым была интересна не только Луна, но и Венера. Но тут возникла проблема. Если о температуре можно было сделать хоть какие-то предположения по ранее полученным данным, то о давлении никаких выводов сделать было нельзя. Диапазон возможных значений давления по различным оценкам колебался от 0,5 атм до нескольких сотен, глубина атмосферы была неизвестна. Бабакин долго обсуждал этот вопрос с Келдышем и руководством Института космических исследований (ИКИ). В конце концов Бабакин принял волевое конструкторское решение: «Будем рассчитывать спускаемый аппарат на 15 атмосфер!» 18 октября 1967 года спускаемый аппарат станции «Венера-4» начал парашютный спуск. Сразу после раскрытия антенны радиовысотомер выдал отметку 26 км (потом оказалось, что реальная высота в этот момент составляла около 60 км). Во время парашютного спуска аппарат производил измерения давления и температуры атмосферы, а также анализировал ее состав. При достижении давления 18 атм и температуры 260°C аппарат был раздавлен, что было ошибочно интерпретировано как момент посадки (реальная высота составляла порядка 28 км). Ошибка радиовысотомера быстро выяснилась, было очень досадно, но эта миссия дала возможность оценить температуру и давление на поверхности — около 100 атм и 450°C. Был уточнен и химический состав атмосферы.

Атмосферные зонды «Венера-5» и «Венера-6», рассчитанные на давление в 25 атм, в 1969 году подтвердили и уточнили данные о составе и параметрах венерианской атмосферы. На основе этих данных была сконструирована следующая станция — «Венера-7». Несмотря на то что при посадке отказал телеметрический коммутатор, а парашютная система сработала в нештатном режиме, аппарат впервые совершил мягкую посадку на ночную сторону планеты и впервые передал точные данные о давлении и температуре на поверхности. А в 1972 году, уже после смерти Бабакина, была запущена «Венера-8». Все системы работали абсолютно безукоризненно. Аппарат совершил мягкую посадку на поверхность планеты, причем впервые на дневной стороне, вблизи терминатора. Впервые стали известны данные по характеру поверхностных пород, и это было очень крупное достижение. «Венера-8» также впервые измерила освещенность: оказалось, что даже на дневной стороне планеты царят сумерки из-за рассеяния солнечного света в облаках и плотной атмосферы.

В 1975 году стартовали два аппарата следующего поколения — «Венера-9» и «Венера-10». Каждая станция состояла из орбитального модуля и спускаемого аппарата, которые несли расширенный по сравнению с предыдущими миссиями комплекс научных приборов. Орбитальные модули стали первыми искусственными спутниками Венеры, а спускаемые аппараты совершили мягкую посадку и впервые передали панорамы поверхности планеты, что, наряду с измерением содержания естественных радиоактивных элементов, позволило сделать вывод о типе поверхностных пород и получить некоторые представления об эволюции планеты. Были также проведены исследования облачного слоя (аппарат спускался сквозь этот слой на парашютах, которые затем отцеплялись для ускорения спуска и уменьшения нагрева аппарата) и спектры поглощения атмосферы. Выяснилось, что до поверхности в основном доходят красный и оранжевый диапазоны, так что венерианский день представляет собой на самом деле оранжевые сумерки.

В 1978 году на планету совершили посадку спускаемые аппараты «Венера-11» и «Венера-12», изучившие в том числе и электрическую активность атмосферы, а в 1982-м «Венера-13» и «Венера-14» передали первые цветные снимки поверхности планеты. Были также впервые получены данные об элементном составе поверхностных пород, что потребовало исключительно сложного эксперимента — нужно было понизить давление и температуру и только после этого подать грунт на измерительную полку (для этого аппараты были оснащены специальным шлюзом). Спускаемый аппарат «Венера-13» проработал на поверхности 127 минут, хотя был рассчитан только на 32. И это в условиях температур свыше 450°C и давлений порядка 90 атмосфер! В том же 1978 году были запущены две американские станции — орбитальная Pioneer Venus, начавшая радиолокационное картографирование планеты, и Pioneer Venus Multiprobe, которая «отстрелила» четыре атмосферных зонда для анализа состава и параметров атмосферы.
«Венера-15» и «Венера-16» в 1983 году с помощью радиолокации картографировали с орбиты северное полушарие планеты, что позволило оценить структуру (морфологию) поверхности. Позднее американский спутник Magellan, запущенный в 1989 году, в течение нескольких лет провел глобальное картографирование планеты. И наконец, советскую венерианскую космическую программу в 1985 году завершили два посадочных космических аппарата «Вега-1» и «Вега-2» с аналогичной научной нагрузкой. С них также были запущены аэростаты с научными приборами, дрейфовавшие в атмосфере Венеры на высоте 50–60 км.

(На картинке европейская станция Venus Express на орбите Венеры.)

Всего в течение 45 лет — с 1961 по 2005 год — было предпринято 37 попыток отправить космические аппараты к Венере. 19 из них оказались удачными, 18 — неудачными. Еще шесть автоматических станций — американские Mariner 10, Galileo, Cassini и Messenger — по одному или паре раз прошли мимо Венеры по дороге к своим целям (соответственно, к Меркурию, Юпитеру, Сатурну и опять к Меркурию) и передали на Землю немало ценных сведений.

Последний по счету, 670-килограммовый европейский корабль Venus Express, 9 ноября 2005 года был выведен в космос российским ракетным комплексом «Союз-Фрегат» с космодрома в Тюратаме. После 153 дней пути он приблизился к Венере и 6 мая 2006 года вышел на стабильную полярную орбиту с минимальным удалением от планеты в 250 км и максимумом в 66 000 км. Оттуда он изучает Венеру и ее атмосферу с помощью своих инструментов (в основном это различные спектрометры). «К сожалению, один из инструментов, планетный Фурье-спектрометр, отказал, — рассказывает Людмила Засова, заведующий лабораторией планетной спектроскопии Отдела физики планет и малых тел Солнечной системы ИКИ РАН. — Но его задачи частично перекрывает картирующий спектрометр VIRTIS, а с помощью других приборов Venus Express уже получил множество чрезвычайно интересных данных об атмосфере планеты. Некоторые вещи были для нас настоящей неожиданностью — например, присутствие ионов гидроксила. Но и загадок еще немало. Например, мы до сих пор не знаем, какое вещество поглощает 50% солнечного ультрафиолета в диапазоне 0,32–0,45 мкм на высотах 58–68 км».

В высоких слоях венерианской атмосферы, над потоками газа, циркулирующего в режиме «суперротации», наблюдается другая циркуляция. Поток солнечного УФ-излучения на дневной стороне «разбивает» молекулы углекислого газа, высвобождая атомарный кислород, который транспортируется «солнечными» потоками в термосфере на ночную сторону планеты. Там атомарный кислород спускается ниже, в мезосферу, где рекомбинирует в молекулярный, излучая на длине волны 1,27 мкм. Картинка составлена из двух частей, отснятых спектрометром VIRTIS (Visible and Infrared Thermal Imaging Spectrometer) на борту европейского спутника Venus Express.

В настоящее время планета Венера – это космическое тело, которое не изучено полностью. Существует масса теорий и предположений, которые имеют логическое основание, но не получают истинного подтверждения, не смотря на многочисленные исследования. Одним из последних научных доказательств стало выдвижение Венеры как кандидата на терраформирование. На планете, по предположениям экспертов, можно выращивать специально выведенные гено-модифицированные водоросли, которые бы питаясь углекислым газом, выделяли в атмосферу планеты кислород. Это позволило бы снизить парниковый эффект и позволить обжить планету. Однако для развития здесь биосферы требуется вода, которую можно было бы транспортировать с Земли, на что, однако, потребовалось бы огромная сумма денег. Поэтому очередное освоение и детальное изучение Венеры вновь откладывается до лучших времен.

*Эксцентриситет орбиты - параметр, характеризующий форму орбиты, которую можно представить одним из конических сечений (круг, эллипс, парабола, гипербола); обозначается латинской буквой e; выражается через отношение большой (a) и малой (b) полуосей орбиты: e2=1-b2/a2. При e=0 орбита круговая, при 01 - гиперболическая.

Материалы взяты с сайтов: jinospace и Элементы большой науки.
Изображения взяты из «Популярная механика», Википедия, jinospace.ru/ap style=

Серия сообщений "Солнечная система":
Часть 1 - Солнечная система. Меркурий.
Часть 2 - Венера. Планета оранжевых сумерек.
Часть 3 - Земля. Колыбель человечества.