§ 43. Венера

Вторая по счету планета Солнечной системы, Венера, все еще остается планетой загадок. Более удаленная от Солнца, чем Меркурий, Венера сверкает на вечернем небе еще долгое время после захода Солнца как «вечерняя звезда», или наблюдается в других положениях как «утренняя звезда», восходя задолго до наступления утренней зари. Хотя условия ее наблюдений значительно лучше, чем условия наблюдений Меркурия, визуальные наблюдения мало что дали для исследования удивительных свойств этой планеты. Ее поверхность скрыта от земных наблюдателей мощными слоями облаков, в которых невозможно найти какой-либо просвет.

Подобно Луне и Меркурию, Венера имеет фазы, и в периоды наилучшей видимости мы видим ее более или менее узким серпом. Одно из простейших наблюдений Венеры состоит в определении угловых размеров серпа по рисункам, подобным изображенному нами (рис. 97). Если бы у Венеры не было атмосферы, то избыток угла над 180°, т. е. угол а, был бы равен нулю. Этот избыток возникает вследствие сумерек в венерианской атмосфере. Наблюдатели планет свидетельствуют, что на границе света и тени, терминаторе, иногда видны неправильности - выступы, заливы, более яркие пятнышки. Однако они видны в телескопы больших размеров и ускользают от наблюдателя пользующегося малой трубой.

Фотографические наблюдения Венеры привели к интересным заключениям, особенно после того, как были применены светофильтры. Хорошо известен один очень интересный факт. Газообразная среда, особенно прозрачная в оранжевых и желтых лучах, становится непрозрачной в синих и фиолетовых. Поэтому, в частности, аэрофотосъемка земной поверхности производится через желто-оранжевый светофильтр.

На снимках Венеры, сделанных через красный светофильтр, вся поверхность оказывается равномерно залитой светом и не видно никаких деталей. На снимках же, полученных через ультрафиолетовый светофильтр, четко видны параллельные гряды светлых облаков, отделенные друг от друга темными просветами. Эти наблюдения можно истолковать так: в ультрафиолетовых лучах мы наблюдаем детали, расположенные в верхних слоях атмосферы планеты, а в красных лучах мы видим нижние, более глубокие и плотные, равномерно освещенные массы венерианских облаков. Таким образом, в венерианской атмосфере, так же как в земной, взвешены облака различных ярусов. В нижнем ярусе располагаются плотные облака, а в верхнем - перистые. Это, в частности, позволило сделать определение наклона оси вращения планеты, если считать, что гряды перистых облаков «выстраиваются» параллельно экватору Венеры, как это имеет место у Юпитера. Описанное свойство облаков Венеры заставляет нас советовать наблюдателям применять синий или фиолетовый светофильтры.

Венера, так же как и Меркурий, иногда проходит по диску Солнца, но только гораздо реже. Так, последнее прохождение состоялось в 1882 г. Следующее же наступит 8 июня 2004 г. За ним последует прохождение 6 июня 2012 г., а затем придется снова ждать очень долго.

Великий русский ученый М. В. Ломоносов открыл существование венерианской атмосферы; наблюдая прохождение Венеры перед диском Солнца в 1761 г., он обнаружил явление (позже названное явлением Ломоносова), которое состоит в том, что после того как темный диск Венеры прикоснется к яркому солнечному диску, становится видимой и та часть, которая на диск Солнца не проектируется. Преломление лучей в венерианской атмосфере (аналогичное тому, которое описано в § 41) приводит к тому, что появляется светлый ободок вокруг планеты, который мы и наблюдаем в эти моменты.

Химический состав венерианской атмосферы долгое время оставался невыясненным. Когда появилась возможность фотографировать инфракрасную часть спектра, в ней были обнаружены интенсивные полосы поглощения, производимые углекислым газом. Таким образом, было установлено, что в венерианской атмосфере много углекислого газа, но еще не было известно, есть ли там и другие газы. Почти полиостью вопрос был решен после того как на Венеру были доставлены советские аппараты «Венера-4», «Венера-5», «Венера-6» и «Венера-7». Входя в атмосферу планеты и медленно опускаясь сквозь нее к поверхности Венеры, эти аппараты произвели химический анализ входящих в состав атмосферы газов; было установлено, что атмосфера Венеры состоит в основном из следующих газов: углекислого газа 97%, водяного пара 0,05%, молекулярного азота меньше 2%, а свободного молекулярного кислорода - меньше 0,1%.

Кроме того, спектроскопические исследования, которые производились специальными приборами при подлете межпланетных станций к Венере, показали, что у нее существует протяженная, очень разреженная водородная «корона».

Непосредственные определения химического состава атмосферы Венеры не снизили ценности спектральных исследований. Сравнивая спектр Венеры со спектром Солнца, можно выделить дополнительные линии и полосы поглощения тех газов, которые присутствуют в атмосфере планеты, но в гораздо меньших количествах. Обнаружено очень небольшое количество окиси углерода и соединений водорода с хлором и фтором. Таким образом, основным химическим соединением, входящим в состав венерианской атмосферы, является углекислый газ С02. Тщательные спектральные исследования привели советского астронома В. И. Мороза к заключению, что углерод и кислород представ лены своимиизотопами С¹², С¹³, О¹⁶ и О¹⁸. Таким образом, приведенную формулу СО₂ следует в некоторых случаях заменить такими: С¹²О¹⁶, С₂¹³О₂¹⁶,С¹²О¹⁶О¹⁸.

Чтобы составить представление о количестве углекислого газа в атмосфере Венеры, был проделан простой расчет. Если собрать весь углекислый газ, расположенный в надоблачной части атмосферы, в один слой при нормальном земном атмосферном давлении, то его толщина оказалась бы равной 3,2 км.

В тесной связи со сказанным находится вопрос о химическом составе облаков Венеры. Он оказался очень сложным. К нему мы вернемся далее.

Забегая несколько вперед, укажем, что радиолокационные наблюдения Венеры позволили определить период ее осевого вращения. Он оказался очень продолжительным. Венера вращается в обратном направлении и совершает один оборот за 243,16 земных суток. Сложение орбитального и вращательного движений приводит к тому, что солнечные сутки на Венере длятся 117 земных суток. Ось вращения Венеры, по данным радиоастрономии, почти перпендикулярна к плоскости ее орбиты и направлена в точку неба, находящуюся в созвездии Дракона (α= 269°, δ = +67°).

Чрезвычайно сложным оказался вопрос о температуре Венеры. Оптический способ ее Определения состоит в измерении собственного излучения планеты, которое производится разновидностью болометра - радиометром. Однако таким путем можно определить температуру только облаков Венеры. Были сделаны многочисленные попытки таких определений и они привели в конце концов к следующим результатам. Температура освещенной Солнцем дневной стороны была найдена близкой к - 40° Цельсия. Что касается температуры ночной, не освещенной Солнцем стороны, то она оказалась той же самой! Это можно было объяснить только тем, что мы определяем не температуру поверхности планеты, а температуру высокого облачного слоя.

Наблюдения собственного радиоизлучения планеты, для которого ее атмосфера прозрачна, а затем и радиолокационные исследования, привели к неожиданному заключению, что температура твердой поверхности планеты необычайно высока и достигает 400° Ц. Поэтому вопрос о температуре Венеры приобрел особый интерес и был окончательно решен непосредственными измерениями, выполненными спускаемыми аппаратами «Венера». На них были установлены приборы для измерения температуры в процессе спуска аппаратов на парашютах, длившегося десятки минут. Оказалось, что во внешних частях атмосферы, где были начаты измерения, температура была равной -Ь25° Ц и возрастала по мере спуска. После того как аппарат опустился на твердую поверхность планеты, измерения показали, что ее температура около +500° Ц. Таким образом, Венера оказалась горячей планетой.

Еще более удивительным оказалось давление атмосферы. Оно в 100 раз больше давления земной атмосферы.

Чем вызваны столь удивительные физические свойства Венеры? Какой источник поддерживает высокую температуру ее поверхности?

Основную роль в данном случае играет так называемый парниковый эффект, который хорошо известен и в условиях Земли, но гораздо более выражен на Венере. Атмосфера планеты частично поглощает приходящую к ней энергию солнечного излучения. Большая же часть солнечного излучения доходит до поверхности планеты и нагревает ее. Очевидно, что на Венере, расположенной ближе Земли к Солнцу, это нагревание значительно больше. Нагретая до некоторой температуры поверхность планеты излучает сама, но по закону смещения Вина (см. § 33) это излучение имеет такие длины волн, которые располагаются в инфракрасной части спектра. Обильная водяными парами атмосфера Земли задерживает это излучение, коль скоро молекулы водяного пара поглощают инфракрасное излучение. В атмосфере Венеры это излучение поглощается углекислым газом. Таким образом, парниковый эффект способствует накоплению энергии как на поверхности планеты, так и в ее атмосфере, препятствуя ее уходу в мировое пространство.

Таковы в общих чертах те физические предпосылки, которые позволили построить математическую модель атмосферы Венеры. Однако один вопрос до сих пор остался нерешенным - из чего состоят те плотные слои облаков, которые мы наблюдаем на Венере? Ведь на ее поверхности не может быть морей и океанов, а высокая температура препятствует образованию капель воды или ледяных кристаллов, из которых состоят земные облака. К тому же установлено, что свободных водяных паров в атмосфере планеты мало.

Радиолокационные наблюдения позволили в общих чертах нарисовать карту планеты (рис. 98) и определить радиус ее твердого тела, который оказался равным 6050 км. Теперь также известно, что у Венеры нет ни заметного магнитного поля, ни радиационных поясов, ни ионосферы.

Казалось бы, что любителю астрономии после столь успешных и всеобъемлющих исследований спектроскопистов, радиоастрономов и космических экспериментов, нечего наблюдать на Венере. И, вместе с тем все же осталась еще одна загадка, которую можно решить, пожалуй, только визуальными, достаточно систематическими наблюдениями. Как уже говорилось, на поверхности облачного слоя Венеры наблюдаются некоторые детали, особенно хорошо видимые сквозь синий светофильтр. Зарисовки Венеры показывают, что эти детали движутся, причем таким образом, что будто бы период вращения Венеры равен 4 суткам и вращение происходит в прямом направлении. Это можно объяснить только движением облачного слоя Венеры со скоростью 100 м/сек, происходящим в одну сторону.

Большой интерес для наблюдений представляют также редкие явления покрытий звезд Венерой. Они дают ценные сведения о строении надоблачного слоя планеты.