Загадки красавицы Венеры

Наша соседка Венера, лишь немногим уступающая Земле по размеру и массе, видна для невооруженного глаза как звезда-красавица. То утром, то вечером она купается в лучах зари и в древности принималась за два разные светила, носившие названия Веспер и Люцифер. Как и Меркурий, она меняет свои фазы, но удаляется от Солнца дальше и потому удобнее для наблюдений. Когда она видна как широкий серп, то достигает наибольшей яркости при наблюдении с Земли. В эту пору, как светлая точка, она может быть видна на фоне голубого неба даже днем. Известно, что фазы Венеры открыл еще Галилей в 1610 г. Он не был сначала уверен в правильности своего наблюдения и не решался сообщить о нем открыто, но не хотел и упустить первенства. Поэтому он сообщил лишь латинскую фразу, которая в переводе означала: «Эти незрелые вещи разбираются уже мною, но тщетно» и к ней добавил две буквы, которые не смог использовать для написания в таком зашифрованном виде своего открытия. 5 ноября Галилея спросили, не имеют ли фаз Меркурий и Венера. Этого можно было ожидать, поверив Копернику, что орбиты этих планет лежат внутри орбиты Земли. Галилей осторожно ответил, что он еще не изучил всего, касающегося неба, и что будучи нездоров, он не наблюдает, а лежит чаще в постели. Лишь окончательно убедившись в верности своего открытия, Галилей расшифровал свою анаграмму. Переставив ее буквы в другом порядке, можно было получить фразу (без лишних букв!): «Мать любви подражает видам Цинтии». Мать любви — богиня Венера, а Цинтия — одно из древних названий Луны.

Венера ревниво хранит свои тайны. Когда она близка к нам так, что ее узкий серп можно различить даже в сильный бинокль, большая часть ее полушария, обращенного к нам, не освещена. А когда она освещена почти вся, то находится раз в шесть дальше, да еще теряется в солнечных лучах. Атмосфера ее — первое, что на ней обнаружили, — содержит слой плотных облаков и, как чадра восточной красавицы прошлых времен, скрывает от нас ее поверхность.

Белые облака Венеры хорошо отражают солнечный свет и делают ее самым ярким светилом неба (кроме Солнца и Луны). Никаких постоянных пятен на Венере не видно, поэтому из визуальных или фотографических наблюдений период ее вращения с уверенностью определить не могли. Спектральный анализ тоже не показывал заметного вращения и в конце концов многие решили, что она, как и Меркурий, всегда обращена к Солнцу одной стороной. Как Меркурий..., но ведь радиолокационные наблюдения обнаружили, что Меркурий относительно Солнца все же поворачивается! Да, радиолокационные наблюдения Венеры тоже принесли неожиданное открытие. И в СССР и в США радиоастрономы убедились в том, что период вращения Венеры относительно звезд составляет 243 земных суток, что почти равно периоду ее обращения (225 суток). Но Венера вращается в обратном направлении, как ни одна другая планета от Меркурия до Сатурна. Поэтому солнечные сутки на ней длятся 117 земных суток. Наклон оси вращения Венеры очень мал, так что на ней нет смены времен года.

Но вернемся к атмосфере, в которой плавает облачная завеса. Уже довольно давно в атмосфере Венеры по спектру было обнаружено значительное количество углекислого газа. После этого накопление сведений застопорилось надолго. Только в 60-е годы совершенствование астрономических приборов и методики спектроскопии позволило при помощи наземных телескопических наблюдений зарегистрировать присутствие в атмосфере Венеры небольшой примеси других газов: очень малого количества водяного пара и ядовитого угарного газа, а также хлористого к фтористого водорода, — последние два у нас на Земле встречаются только в кратерах вулканов и на химических заводах, где они используются для приготовления сильных кислот. К сожалению, при помощи наземных измерений нельзя с уверенностью обнаружить на Венере некоторые другие газы, даже если бы они были основными составляющими частями атмосферы. Предполагали, что там много азота, по аналогии с воздухом. Но для проверки этого предположения требовалось использовать межпланетные ракеты.

Кроме химического состава атмосферы важно знать также температуру и давление на поверхности планеты.

Измерения с Земли теплового излучения Венеры в инфракрасном диапазоне спектра показывали температуру около —35°C как для ночной, так и для дневной стороны планеты. На первый взгляд этот результат кажется удивительным: почему днем такой холод? Известно, что Венера ближе к Солнцу, чем Земля, в 1½ раза! Дело в том, что инфракрасное излучение приходит от наружной поверхности облаков Венеры — именно их температуру показывает радиометр. Поэтому не следует удивляться: ведь и в земной стратосфере, на большой высоте, температура низка и мало меняется как ото дня к ночи, так и от полюса к экватору. Эти результаты для Венеры были подтверждены полетом американской станции «Маринер-2» в 1962 г., которая пролетела мимо планеты на расстоянии 40 тыс. км и передала некоторые интересные сведения, хотя и не так много, как ожидали.

Около центра диска планеты была зарегистрирована температура над облаками —34°C, а на краях планеты она доходила до —51° и —57°, что говорит о более высокой температуре в глубинах атмосферы, куда легче заглянуть именно в центре диска планеты по отвесной линии, а не по наклонной, как на краю. Впрочем, вывод о более высокой температуре в нижних слоях плотной атмосферы получен независимо другим способом — из всей совокупности наших знаний о физике газов и о планетных атмосферах. Но какова толщина венерианской атмосферы и каковы условия в ее нижних слоях? Большая, чем на Земле, плотность атмосферы Венеры была очевидна уже из очень давних прямых наблюдений этой планеты, когда она видна как узкий серп. В таких случаях длина серпа бывает не 180° по лимбу, как у Луны, а гораздо больше. В определенных условиях освещения (когда Венера перед наземным наблюдателем расположена почти на фоне Солнца) кончики светлого серпа удлиняются настолько, что замыкаются, образуя тонкое светящееся кольцо. Такое явление — следствие рефракции (преломления света в атмосфере Венеры) и большой высоты слоя облаков, рассеивающих солнечный свет. Приводя различные доводы и обоснования, ученые пытались вычислить высоту, до которой простираются облака в атмосфере Венеры. По одним оценкам получали 30 км, а по другим — до 100 км, Но все-таки 30 или 100? Эти два значения приводят к сильно различающимся теоретическим оценкам атмосферного давления, так же как наличие или отсутствие азота.

Сплошная облачность Венеры, близкой к Солнцу, наводила на мысль, что условия на поверхности Венеры сходны с теми, какие были на Земле в каменноугольный период ее геологической истории. Тогда под облаками во влажной, богатой углекислым газом атмосфере, установились климатические условия, благоприятные для бурного развития мощной растительности. Жестокий удар по этим долго бытовавшим представлениям в последние годы нанесли радиоастрономические исследования Венеры. Многократно повторенные, они говорили о том, что физические условия на прекрасной планете для жизни совсем не прекрасны. Там непомерно жарко. Результаты измерений радиоизлучения Венеры, которое может проходить сквозь облака и идти к нам от самой поверхности планеты, показывают температуру до 380°C! На миллиметровых волнах температура пониже: +100°C, но это излучение приходит к нам из более холодных слоев атмосферы.

Очень высокая температура на Венере вызывается, как полагают многие ученые, парниковым эффектом: ее атмосфера, более прозрачная для видимых, чем для инфракрасных лучей, пропускает излучение Солнца, нагревающее поверхность и атмосферу, но сильно задерживает выход наружу теплового излучения поверхности.

Один из ученых заключил, что часть поверхности в наиболее горячих участках на Венере может быть покрыта расплавленными металлами — такими как свинец (температура плавления 327°,3) и, вероятно, даже цинк (419°,5) и более редкое на Земле олово (231°,9), а также расплавленными химическими соединениями из числа легкоплавких карбонатов. Существуют ли подобные озера на Венере в действительности, мы не знаем, но оказалось, что более холодных областей нет на всей планете: температура дневных и ночных районов и даже полюса и экватора там практически одинакова; разница составляет всего несколько градусов.

При таких условиях высадка космонавтов на Венере едва ли возможна. Иное дело — более «выносливые», чем человек, автоматические приборы, хотя и они для нормальной работы нуждаются в защите от чрезмерного перегрева.

В 1966 г. к Венере подлетели две советские космические станции. Одна из них доставила на Венеру вымпел с гербом СССР, а другая пролетела от нее на расстоянии 24000 км.

Несравнимые ни с чем предыдущим данные принесли сообщения спускаемого аппарата советской автоматической межпланетной станции «Венера-4», который плавно опустился в атмосферу 18 октября 1967 г. впервые в мире. (Через сутки после этого американская космическая станция «Маринер-5» пролетела на расстоянии 4 тыс. км от поверхности Венеры и провела научные исследования.) Приборы советской станции «Венера-4» впервые произвели измерения непосредственно в атмосфере планеты. Полученные результаты уточнялись и дополнялись измерениями при помощи усовершенствованной аппаратуры в последующих экспериментах. В 1969 г. был осуществлен парашютный спуск в атмосфере Венеры советских автоматических межпланетных станций «Венера-5» и «Венера-6», которые, как и предыдущая, произвели посадку на ночном полушарии планеты. Радиопередача информации на трассе спуска продолжалась до того момента, когда температура повысилась до 325°C, а давление — до 27 атмосфер, после чего приборы перестали функционировать. Одним из важнейших результатов этих экспериментов было открытие, что углекислый газ в атмосфере Венеры является не примесью, а основной составляющей, и что объемное содержание азота не превышает 2% (если он там имеется), кислорода — не более 0,1%, а содержание водяного пара вблизи облачного слоя не превышает нескольких десятых долей одного процента.

В 1970 г. на Венеру — также в неосвещенном участке — опустилась станция «Венера-7», передававшая информацию не только во время спуска, но даже с самой поверхности планеты (очевидно, твердой!). В месте посадки были зарегистрированы температура 470°C и давление 90 атмосфер с возможной ошибкой ±15 атмосфер. Плотность атмосферы была в 60 раз выше, чем на Земле. В 1972 г. «Венера-8», в отличие от предыдущих станций опустившаяся на дневной стороне планеты, показала температуру 470°±20°C при давлении 93±1,5 атмосферы. Прибор для измерения освещенности показал, что из-за густой облачности на поверхности «утренней звезды» днем царят сумерки, но между облаками и поверхностью планеты имеется прозрачный слой атмосферы.

В октябре 1975 г. спускаемые аппараты советских автоматических станций «Венера-9» и «Венера-10» впервые передали на Землю телевизионные панорамы поверхности Венеры. Сами станции стали искусственными спутниками планеты. В декабре 1978 г. Венера была «атакована» большим научным «десантом» спускаемых аппаратов, среди которых были четыре зонда, отделившихся от американского спутника Венеры «Пионер-Венус» и две советские посадочные станции «Венера-11» и «Венера-12», оснащенные усовершенствованным комплексом научной аппаратуры для изучения атмосферы планеты. В результате удалось уточнить в венерианской атмосфере количество азота (около 4%), измерить содержание угарного газа (около 0,01%) и обнаружить благородные газы (аргон, неон, криптон — в незначительном количестве), а также сернистые соединения. Выдающимся достижением было исследование изотопного состава газов. Найдено, что количественное соотношение изотопов кислорода в атмосфере Венеры почти не отличается от их соотношения в земной атмосфере, а изотопный состав аргона оказался резко аномальным. Полученные данные имеют отношение и к вопросу о происхождении планет. Известно, что изотопы аргон-36 и аргон-38 на планетах не рождаются, следовательно, они находились в составе «изначального» вещества, которое вошло в состав планет при их формировании; другое дело — изотоп аргон-40: он образуется на планете непрерывно в результате радиоактивного распада калия-40 в горных породах. На Венере первичных изотопов аргона обнаружено примерно столько же, сколько и радиогенного аргона-40, тогда как в земной атмосфере их соотношение составляет 1:300. Окончательные выводы о причинах различий еще не сделаны. Мы намеренно, в краткой форме, привели историю исследования атмосферы Венеры, чтобы читатели на этом примере видели, как длительно и упорно приходится изучать планеты, как постепенно уточняются и подтверждаются космонавтикой выводы, сделанные из наблюдений с Земли.

В заключение вернемся к облакам Венеры. Эти облака плавают очень высоко над поверхностью планеты — их нижняя граница расположена на высоте 47—48 км. Ниже облаков плотная атмосфера более прозрачна, но все же она заметно поглощает свет, так что на дно газового океана Венеры проникает не более 10% падающего излучения, даже когда Солнце стоит в зените. Особенно сильно поглощаются синие и зеленые лучи, и освещение принимает бордовые тона. Это явление приписывают наличию там парообразной серы, образующейся при распаде химических соединений в наиболее горячих слоях атмосферы в пределах 22 км от поверхности. Состав облаков Венеры все еще не разгадан. Теперь сомнительно, чтобы это были капельки или кристаллы воды. В последнее время серьезно обсуждается предположение, что это — капельки водного раствора серной кислоты. Такое предположение помогает объяснить удивительно малое содержание водяного пара в атмосфере и согласуется с наблюдаемыми оптическими свойствами облаков Венеры.

В облаках Венеры на фотоснимках, сделанных в ультрафиолетовых лучах еще в 20-х годах были обнаружены и в дальнейшем наблюдались крупные пятна в виде слабых потемнений. Сопоставляя снимки, полученные в разное время, астрономы заподозрили наличие ретроградного (в необычном направлении) осевого вращения планеты, скорость которого, по лучшим оценкам, соответствовала четырехсуточному периоду. Этот вывод подтвердился данными с автоматической межпланетной станции «Маринер-10», которая в 1974 г. передала на Землю по космическому телевидению изображения Венеры в ультрафиолетовых лучах, полученные с близкого расстояния.

Рис. 48. Фотографии Венеры в ультрафиолетовых лучах: — слева— наземная, с низким разрешением, справа — с близкого расстояния со станции «Маринер-10» с высоким разрешением.

На рис. 48 вы видите слева снимок, сделанный с Земли, при разрешении деталей до 500 км размером, а справа — с «Маринера-10» с разрешением, в десять раз большим. Благодаря этому отчетливо стали видны облака и потоки в них — циркуляция верхней атмосферы. На трех снимках (рис. 49), охватывающих 8 суток, видно квазиустойчивое темное пятно, смещение светлых и темных деталей. Это смещение согласуется с 4-дневным периодом вращения в направлении восток — запад. Y-образное пятно, может быть, постоянно рассасывается и опять восстанавливается. Но, как мы видели, по данным радиолокации, период осевого вращения твердой поверхности Венеры значительно больше! За четверо суток делает один полный оборот только верхний слой облаков, что соответствует скорости ветра около 100 м с на экваторе планеты. Такая скорость ветра наблюдается только на большой высоте, а у самой поверхности Венеры, по данным советских станций, — полный штиль, то есть нет никакого движения.

Рис. 49. Фотографии Венеры с семичасовыми промежутками.

Еще в 6-м издании этой книги я писал о мечте прощупывать радиолокатором рельеф планет сквозь облачный покров, каким, например, окутана Венера. Но не прошло и пяти лет, как это уже сбылось. По измерениям мощности радиосигнала, отраженного от разных мест поверхности Венеры, сначала составлялись карты, на которых обозначены постоянно существующие на Венере детали с повышенным коэффициентом отражения радиоволн. В дальнейшем на месте этих деталей американские ученые с помощью радиолокационной установки на искусственном спутнике Венеры «Пионер-Венус» обнаружили в северном полушарии планеты возвышенности, выступающие на 5—10 км над средним уровнем окружающей поверхности. В южном полушарии обнаружена удлиненная деталь рельефа, напоминающая рифтовую долину вдоль разлома коры планеты и состоящая из узких длинных провалов и узких возвышений вдоль этих провалов, с 7-километровым перепадом высот. Еще поразительнее было обнаружение на Венере кратеров (!) размером от 50 до 250 км. Одни могут иметь вулканическое, другие — метеоритное происхождение. Конечно, там должно быть множество более мелких, но едва ли встречаются метеоритные воронки диаметром менее километра. Плотная атмосфера Венеры, непробиваемая для небольших метеоритов, в то же время не в состоянии затормозить крупные каменные тела — поперечником порядка километра и более, при падении которых с космической скоростью образуются воронки диаметром в десятки километров. Кратеры на Венере неглубоки: даже наибольшие из них имеют глубину около 0,5 км. Вероятно, такой сглаженный профиль является результатом выветривания.

Радиолокация позволила измерить экваториальный радиус Венеры под облачным слоем: 6052±5 км.

Тайны Венеры постепенно раскрываются...