Файл: Лушев, Ю. Г. Физика верхней атмосферы Земли учебник.pdf

ГЛАВА XVI

ВЕНЕРА

Венера, наряду с Землей, Меркурием и Марсом, относится к планетам земной группы, сравнительно близким друг к другу по размерам и массам.

Несмотря на относительную близость к Земле (минимальное расстояние до Земли около 4 - 107 км), она является одним из наиболее трудных для исследований объектов солнечной систе­ мы. Наличие плотной атмосферы и сплошной облачности, откры­ тых М. В. Ломоносовым еще в 1761 г., не позволяло получить ка­ ких-либо данных ни о рельефе поверхности, ни о процессах, про­ исходящих на Венере, ни даже о периоде ее обращения вокруг оси. Вот почему начиная со второй половины XVIII в. до середи­ ны 50-х годов XX в. сведения о Венере пополнялись весьма мед­ ленно. Резкий скачок в объеме наших знаний о Венере, как и о других небесных телах, произошел за последние 15—20 лет. Ис­ пользование и развитие современных методов исследования, та­ ких, как радиоастрономия, радиолокация, и особенно блестящие успехи космонавтики привели к тому, что изучение природы Ве­ неры, Луны, Марса и других небесных тел превратилось из чи­ сто теоретической проблемы в задачу, имеющую прямое практи­ ческое значение.

Непосредственное исследование физических свойств Венеры с помощью космических аппаратов началось с запуска 12 февра­ ля 1961 г. советской АМС «Венера-1», прошедшей на расстоянии около 106 км от планеты и проложившей, таким образом, первую межпланетную трассу.

В результате запуска 27 августа 1962 г. в сторону Венеры американского космического зонда «Маринер-2» были получены первые сведения об отсутствии магнитного поля Венеры на рас­ стоянии порядка 34 000 км от ее поверхности, о направлении вра­ щения планеты и величине периода ее обращения вокруг Солнца, о температуре вблизи верхней границы облачности и ряд других данных.

Знаменательным днем в истории исследования Венеры стал день 18 октября 1968 г., когда советская АМС «Венера-4» совер-

298

шила плавный спуск в атмосфере Венеры и передала результаты первых прямых измерений давления, температуры, плотности и газового состава атмосферы на участке спуска.

На следующий день мимо Венеры пролетала американская АМС «Маринер-5», давшая дополнительную информацию о свой­ ствах атмосферы.

Очередное зондирование атмосферы Венеры было выполнено автоматическими станциями «Венера-5» и «Венера-6», осущест­ вившими плавный спуск 5 и 10 января 1969 г. соответственно, и «Венерой-7», достигшей поверхности планеты 15 декабря 1970 г. Ценные результаты об атмосферных характеристиках были полу­ чены в последние годы и с помощью наземных методов исследо­ ваний, особенно по спектроскопии планетных атмосфер.

Таким образом, в настоящее время имеются довольно обшир­ ные экспериментальные материалы, которые существенным об­ разом расширили наши знания о Венере и позволили сделать до­ статочно определенные выводы о строении ее атмосферы, тепло­ вом режиме ее поверхности и др.

§ 1. ОСНОВНЫЕ ФИЗИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ВЕНЕРЫ

Венера — наиболее яркое после Солнца и Луны небесное све­ тило. Ее часто можно видеть при дневном свете, а ночью осве­ щенные ею предметы могут отбрасывать тени. В умеренных ши­ ротах Венера бывает видима либо в вечерние, либо в утренние предрассветные часы, благодаря чему она получила название «ве­ черней» или «утренней» звезды. Видимый диск Венеры характе­ ризуется большой отражательной способностью. Визуальное альбедо имеет величину 0,73—0,80.

Венера обращается вокруг Солнца с периодом, равным 224,7 средних земных суток, по орбите, близкой к круговой (эксцентри­ ситет е = 0,007). Орбита ее наклонена к плоскости эклиптики под

тельствуют о том, что Венера обращается вокруг своей оси в об­ ратном, по сравнению с другими планетами, направлении с пе­ риодом, равным 243,9±0,4 средних земных суток. Следователь­ но, продолжительность солнечных суток на Венере составляет около 117 земных. Ось вращения Венеры почти перпендикулярна к плоскости орбиты (88°), поэтому на планете отсутствует смена

времен года.

По радиолокационным данным, средний радиус Венеры равен 6050±5 км. Масса планеты составляет 4,851024 кг, т. е. 0,815 массы Земли, а средняя плотность 5,23-103 кг/м3. Ускорение си­ лы тяжести на поверхности Венеры равно 8,80 м/сек2.

К настоящему времени имеются весьма скудные сведения о природе и температурном режиме поверхности Венеры. Анализ

299

радиолокационных данных показывает, что ее поверхность, повидимому, достаточно ровная с отдельными заметными топогра­ фическими неоднородностями и сложена из рыхлых, порошкооб­ разных окислов, силикатов и карбонатов, находящихся на твер­ дом скальном основании.

Результаты наземных радиоастрономических и радиолокаци­ онных наблюдений, а также данные экстраполяции прямых из­ мерений, выполненных АМС серии «Венера», и данные непосред­ ственных измерений АМС «Венера-7» свидетельствуют о том, что поверхность планеты разогрета до высоких температур. На сред­ нем уровне поверхности Венеры (на неосвещенной ее стороне) температура превышает 700 °К- Относительно температуры на дневной стороне планеты и ее широтного распределения сущест­ вуют довольно противоречивые оценки. Так, имеются данные о том, что температура в подсолнечной точке, т. е. в точке, для ко­ торой высота Солнца относительно горизонта равна 90°, может достигать 1000 °К, а на полюсах понижаться до 470 °К. А. Д. Кузь­ мин и Кларк нашли, что уменьшение температуры от экватора к полюсу не превышает 160°. Данные же, полученные американ­ скими учеными Поллаком и Моррисоном, показывают, что тем­ пература поверхности Венеры мало зависит от времени суток и широты места и разность температур между экватором и по­ люсами не превышает 15°. Окончательное решение вопроса о ха­ рактеристиках температурного режима поверхности планеты будет возможно в результате последующих исследований Вене­ ры с помощью АМС.

§ 2. АТМОСФЕРА ВЕНЕРЫ

Вопрос о строении и химическом составе атмосферы Венеры до самого последнего времени оставался предметом жарких спо­ ров и противоречивых гипотез, разрешить которые не могли даже данные радиометрических и спектрометрических наземных на­ блюдений. Наиболее противоречивые результаты были получены при определении температуры атмосферы на основе измерений ее теплового радиоизлучения. На рис. 16.1 приведены яркостные температуры Венеры (температуры излучения), измеренные на различных длинах волн. Температура атмосферы, полученная в инфракрасной области спектра излучения и равная 220—240 °К, относится, вероятно, к верхней границе облачного слоя. На са­ мых коротких миллиметровых радиоволнах (4—8 мм) температу­ ра начинает возрастать, достигая максимума (порядка 600°К и более) на волне 3—4 см. На более длинных (дециметровых) вол­ нах температура медленно падает примерно до 520°К. Оконча­ тельная интерпретация приведенного изменения температуры еще отсутствует. Однако большинство исследователей предпола­ гает, а данные прямых измерений подтверждают, что более

300

длинные сантиметровые и дециметровые волны проникают сквозь всю толщу атмосферы Венеры и дают сведения о температуре ее приповерхностного и поверхностного слоев.

Химический состав атмосферы был определен с помощью спе­ циальных газоанализаторов, установленных на АМС серии «Ве­ нера». Среднее относительное содержание газов на ночной сто­ роне Венеры по данным измерений на траекториях спуска АМС приведено в табл. 16.1. Из таблицы видно, что основной газовой компонентой атмосферы Венеры является углекислый газ СОг, содержание которого по объему может достигать 97% и более.

301