Космические объекты: Планета Венера

   Венера - ближайшая соседка Земли, вторая по

порядку планета Солнечной системы, ее среднее

расстояние до Солнца 108,2 миллиона километров.

Размеры и массы Венеры и Земли также очень близки:

радиус Венеры 6051 км (6378 км у Земли) , масса

Венеры составляет 0,815 массы Земли, средняя

плотность 5240 кг/м, ускорение свободного падения на

экваторе 8,76 м/с, что составляет 0,89 земного. После

Солнца и Луны Венера является самым ярким

светилом на земном небе: ее звездная величина в

максимуме достигает 4,45 м, и при благоприятных

условиях можно даже наблюдать тень от предметов,

создаваемую светом Венеры. Она совершает один

оборот по орбите вокруг Солнца за 225 земных суток.

Собственное вращение Венеры необычно:

длительность одного оборота превышает

венерианский год и равна 243 земным суткам,

направление вращения противоположно вращению

других планет. При этом солнечные сутки длятся около

117 дней. Средняя скорость движения Венеры по

орбите 34,99 км/с. Угол между плоскостями экватора и

орбиты равен 2506, орбита планеты круговая, и

поэтому на Венере не происходит смены времен года.

   В 1610 году Галилей впервые наблюдал смену

фаз у Венеры, т.е. изменение ее видимой формы от

диска до узкого серпа. В 1761 году Ломоносов,

наблюдая прохождение планеты по диску Солнца,

обнаружил у Венеры атмосферу. Начиная с XVII века,

астрономы не раз пытались "разглядеть" Венеру,

однако из-за плотного облачного покрова Венера в

видимом диапазоне длин волн представляется

однородной.

   Совершенствование техники астрономических

наблюдений, использование поляриметрических и

стереоскопических измерений, освоение

инфракрасного и ультрафиолетового диапазонов длин

волн позволили получить некоторую информацию о

характеристиках атмосферы Венеры на уровне верхней

границы облаков.

   В двадцатых - тридцатых годах нашего столетия

были проведены первые наблюдения Венеры в

инфракрасной области 8-13 микрон, позволившие

определить температуру атмосферы у верхней границы

облаков (Петтит и Никольсон, 1929 год) , обнаружены

полосы углекислого газа (Адамс и Данхэм, 1932 год) ,

проведены первые поляриметрические измерения

(Лио, 1929 год) . Дальнейшее развитие наземных

спектроскопических наблюдений позволило Конну и

др. в 1969 году получить прекрасный атлас

инфракрасных спектров Венеры и других планет со

спектральным разрешением порядка 1055, обнаружить

линии окиси углерода, соляной и фтористоводородной

кислот в спектре Венеры и оценить содержание этих

компонент. Рядом исследователей в шестидесятые

годы были обнаружены в атмосфере планеты пары

воды.

   До полетов космических станций к Венере

единственную возможность зондирования

подоблачной атмосферы планеты предоставляли

радиоастрономические наблюдения в сантиметровом

и дециметровом диапазонах длин волн. Эти

наблюдения, выполненные в конце пятидесятых -

начале шестидесятых годов в СССР и США, а также

совместные наблюдения ученых обеих стран показали,

что нижняя атмосфера Венеры имеет температуру 500

700 К или 250-450 С. Тогда же в 1961-1962 годах в

СССР, США и Великобритании была проведена

радиолокация Венеры, которая позволила определить

направление и скорость собственного вращения,

изучить топографические характеристики поверхности,

уточнить размер Венеры.

   Хотя наземные астрономические наблюдения

Венеры продолжают развиваться и поныне, основная

информация об этой планете за последние два

десятилетия была получена с космических аппаратов.

   Первым исследовательским аппаратом,

направленным землянами к другой планете, стала

советская автоматическая станция "Венера-1",

стартовавшая 12 февраля 1961 года. Через три месяца

она прошла на расстоянии около 100 тысяч

километров от Венеры и вышла на орбиту спутника

Солнца. Основными задачами станции "Венера-1"

являлись проверка методов вывода космических

объектов на межпланетную трассу, проверка

сверхдальней радиосвязи и управления станцией,

проведение физических исследований в космосе.

   В декабре 1962 года американский зонд

"Маринер-2" пролетел на расстоянии 35 тысяч

километров от Венеры, имея на борту радиометр

сантиметрового диапазона, магнитометр и ряд

приборов для исследования заряженных частиц в

космической пыли. Магнитное поле не было

обнаружено; по данным радиометра был сделан

вывод, что радиоизлучение формируется в нижней

атмосфере Венеры, а не в ионосфере, как это

допускалось ранее.

   В 1965 году к "прекраснейшей из звезд

небесных", так назвал Венеру Гомер, ушла "Венера-2",

которая провела так называемые полетные

исследования. Надежно работали приборы для

измерения космических лучей, магнитных полей,

потоков заряженных частиц и микрометеоритов,

радиопередатчики и вся система передачи результатов

научных наблюдений. Расправленные крылья

солнечных батарей питали приборы и аппаратуру

электроэнергией.

   Основная техническая проблема, стоявшая

перед конструкторами межпланетной станции,

заключалась в обеспечении ее работы во время спуска

в атмосфере Венеры в условиях огромных температур

и давления, а также в период аэродинамического

торможения.

   И вот наступил качественно новый этап: в 1965

году "Венера-3" впервые достигла поверхности

планеты, а 1967 году "Венера-4" впервые осуществила

плавный спуск в ее атмосфере и провела

непосредственные физико-химические исследования.

   Первый в истории человечества сеанс

межпланетной радиосвязи продолжался 93 минуты.

Были измерены в зависимости от высоты плотность,

давление и температура атмосферы, проведен

химический анализ состава атмосферы. Спускаемый

аппаррат был рассчитан на давление до 20 атмосфер, и

передача данных прекратилась до посадки на твердую

поверхность Венеры. Было установлено, что

углекислый газ является основной компонентой

атмосферы (не менее 95%) , получены пределы

содержания ряда других компонент, однозначно

установлено существование высоких давлений и

температур в атмосфере планеты. На пролетном

аппарате измерена водородная корона Венеры,

проведены наблюдения заряженных частиц и

микрометеоритов.

   Через день после посадки "Венеры-4" мимо

планеты мимо планеты на расстоянии 4000 км

пролетел "Маринер-5", с помощью которого было

исследовано прохождение радиосигнала через

атмосферу и ионосферу (радиопросвечивание) и

проведены измерения водородной короны. По данным

радиопросвечивания были получены зависимости

температуры и давления от высоты в пределах 90-35

км и концентрация электронов ионосфере.

   Существование менее плотной, чем земная,

водородной короны у Венеры было обнаружено

измерениями на космических аппаратах "Венера-4" и

"Маринер-5". Для верхних областей Венеры характерен

ряд особенностей, определяемых фотохимией CO2 c

возможным участием в комплексе реакций воды и

галогенов, в условиях атомных и молекулярных

взаимодействий и взаимодействия с солнечным

ветром.

   Основная цель запуска в 1969 году двух

станций "Венера-5" и "Венера-6" - увеличение

проникновения в атмосферу Венеры, повышение

точности измерений химического состава, параметров

атмосферы и соответствующих им высот. Корпус

спускаемого аппарата был несколько упрочен, что

позволило провести измерения подоблачной

атмосферы на более низких высотах (до 19 км над

поверхностью планеты) .

   Спускаемый аппарат новой конструкции был

создан и вошел в состав станции "Венера-7", которая

достигла окрестностей планеты в декабре 1970 года. Ее

аппаратура проводила измерения не только во время

спуска во всей толще атмосферы, но и в течение 23

минут на самой поверхности планеты. Условия

оказались необыкновенно суровыми: давление

достигало 90 атмосфер, а температура - до 500оС; в

облачном покрове, окутывающем планету, очень много

углекислого газа и мало кислорода. Получены данные о

характере пород поверхностного слоя - 6 Венеры.

   С помощью спускаемого аппарата станции

"Венера-8" в 1972 году были проведены

разносторонние исследования атмосферы и

поверхности Венеры. Кроме измерений атмосферного

давления, плотности и температуры были измерены

освещенность и вертикальная структура аэрозольной

среды, в том числе и облачного слоя, определены

скорости ветра на различных высотах в атмосфере по

доплеровскому сдвигу частоты радиопередатчика,

проведена гамма-спектроскопия поверхностных пород.

Фотометрические измерения показали, что облачный

слой простирается до высот около 40 км, оценена его

оптическая толщина и прозрачность; освещенность на

поверхности дневной стороны Венеры оказалась

достаточной для съемки изображения места посадки.

Впервые получен высотный профиль скорости ветра,

который характеризуется возрастанием скорости от 0,5

м/сек у поверхности до 100 м/сек у верхней границы

облаков. По содержанию естественных радиоактивных

элементов (уран, торий, калий) поверхностные породы

на Венере занимают промежуточное положение между

базальтами и гранитами.

   В феврале 1974 года на расстоянии 6000 км от

Венеры прошел американский зонд "Маринер-10", на

котором были установлены телевизионная камера,

ультрафиолетовый спектрометр и инфракрасный

радиометр. Полученные телевизионные изображения

облачного слоя использовались для исследования

динамики атмосферы. С помощью ультрафиолетового

спектрометра обнаружены и измерены количества

гелия в атмосфере.

   Станции нового поколения "Венера-9" и

"Венера-10", достигшие планеты в октябре 1975 года,

стали первыми искусственными спутниками Венеры, а

их спускаемые аппараты совершили мягкую посадку на

освещенной стороне планеты. Впервые были

переданы панорамные телевизионные изображения с

другой планеты, измерены на спускаемых аппаратах

плотность, давление, температура атмосферы,

количество водяного пара, проведены

нефелометрические измерения частиц облаков,

измерения освещенности в различных участках

спектра. Для измерений характеристик грунта помимо

гамма-спектрометра использовался радиационный

плотнометр. Искусственные спутники позволили

получить телевизионные изображения облачного слоя,

распределение температуры по верхней границе

облаков, спектры ночного свечения планеты, провести

исследования водородной короны, многократное

радиопросвечивание атмосферы и ионосферы,

измерение магнитных полей и околопланетной

плазмы. На станциях второго поколения информация

со спускаемых аппаратов предавалась на орбитальный

аппарат, а затем ретранслировалась на Землю. Это

привело к значительному увеличению количества

получаемой информации.

   На панорамах видны выходы коренных пород

наряду с эродированным материалом; развалы камней

могут быть результатом смещений в коре и служить

подтверждением тектонической активности на Венере.

В целом поверхность Венеры - это горячая сухая

каменистая пустыня.

   В 1978 году по межпланетной трассе прошли и

достигли заданной цели еще два посланца - "Венера-

11" и "Венера-12", основной задачей которых, было

детальное исследование химического состава нижней

атмосферы методами масс-спектрометрии, газовой

хроматографии, оптической и рентгеновской

спектроскопии. Были измерены количества азота,

окиси углерода, двуокиси серы, водяного пара, серы,

аргона, неона и определены изотопные отношения

аргона, неона, кислорода, углерода, обнаружены хлор и

сера в частицах облаков, получены детальные данные

по поглощению солнечного излучения на различных

высотах в атмосфере, необходимые для изучения его

теплового режима. Специальным приемником были

зарегистрированы импульсы электромагнитного

излучения, указывающие на существование

электрических зарядов в атмосфере наподобие земных

молний. На пролетных аппаратах были установлены

ультрафиолетовые спектрометры для исследования

состава верхней атмосферы.

   Основная составляющая атмосферы Венеры -

углекислый газ (96% по объему) , азот (4%) , окись

углеродадвуокись серы, кислорода практически нет,

содержание водяного пара, по-видимому, колеблется

от 0,1 - 0,4% под облачными слоями до 15-30% выше

них. Наземными спектроскопическими

исследованиями найдены также молекулы HCl.

   Температура атмосферы Венеры у поверхности

планеты (на уровне, соответствующем радиусу 6052

км) 735 К, давление 9 МПа, плотность газа в 60 раз

больше, чем в земной атмосфере.

   Атмосфера Венеры до 50 км от поверхности

сохраняется близкой к адиабатической, а выше 50 км

температурный градиент уменьшается приблизительно

вдвое. Суточные колебания температуры у

поверхности 1 К, а на высоте 50-80 км достигают 15-

20 К.

   Температура верхней границы облачного слоя в

приполярной зоне на 5-10 К выше, чем у экватора, что,

видимо, связано с изменением высоты расположения

облаков. Высокая температура атмосферы у

поверхности объясняется действием парникового

эффекта: согласно данным прямых измерений,

значительная часть солнечного излучения (3 - 4%)

достигает поверхности и нагревает ее, а сильная

непрозрачность для собственного инфракрасного

излучения плотной углекислой атмосферы с примесью

водяного пара препятствует остыванию поверхности.

   Обнаружена высокая грозовая активность

Венеры: интенсивность электрических разрядов,

регистрировавшаяся по частоте следования

низкочастотных импульсов на спускаемых аппаратах

"Венера-11" и "Венера-12", оказалась во много раз

выше, чем на Земле. Очевидно, вблизи поверхности

Венеры возникают электрические поля с

напряженностью в сотни кВ/м. Высокая грозовая

активность предположительно объясняется наличием

действующих вулканов на поверхности Венеры.

   Космические исследования показали, что

собственного магнитного поля у Венеры нет.

   Одновременно с "Венерой-11" и "Венерой-12"

проходила работа американского проекта "Пионер-

Венера", который включал спутник и четыре

атмосферных зонда с аппаратурой для измерения

давления, плотности, температуры, оптической

толщины облаков и теплового излучения в атмосфере.

На одном из зондов были дополнительно установлены

масс-спектрометр, газовый хроматограф, спектрометр

размеров аэрозольных частиц и два фотометра. На

борту спутника находились масс-спектрометры

нейтрального и ионного состава, ультрафиолетовый

спектрометр, инфракрасный радиометр, поляриметр,

магнитометр, анализаторы плазмы и электрических

полей, радар для исследования рельефа. 4 декабря 1978

года на околопланетную орбиту выведен

американский космический аппарат "Пионер-Венера-

1", а 9 декабря на Венере в четырех точках планеты

совершили посадку один большой и три малых зонда

(большой и один малый на дневную сторону, 2 других

малых - на ночную поверхность) , доставленные

космическим аппаратом "Пионер-Венера-2" (сам

космический аппарат сгорел в атмосфере Венеры) . Во

время этих экспериментов были проведены

исследования структуры, химического состава,

оптических свойств и теплового режима атмосферы,

свойств облаков. Проведены также измерения

нейтрального и ионного состава верхней атмосферы;

плазменные и магнитные измерения; методом

радиовысотометрии исследован рельеф значительной

части планеты.

   На спускаемых аппаратах "Венера-13" и

"Венера-14" (1982 год) была установлена

усовершенствованная аппаратура химического анализа

атмосферы (масс-спектрометры, газовые

фроматографы, оптические и рентгеновские

спектрометры) , для исследования частиц облачного

слоя. На этих станциях впервые были получены

цветные панорамы поверхности планеты, проведены

бурение и анализ грунта. Была решена проблема

создания и обработки грунтозаборного устройства,

взятые образцы грунта доставлены внутрь спускаемых

аппаратов и подвергнуты рентгеновскому анализу,

который дал содержание основных элементов в

исследованных образцах грунта.

   Главной целью космического эксперимента на

искусственных спутниках Венеры автоматических

межпланетных станциях "Венера-15" и "Венера-16"

(1983 год) являлось радиолокационное

картографирование поверхности северного полушария

с по - 11 мощью радиолокаторов бокового обзора.

Впервые получены радиолокационные изображения

северной приполярной области Венеры. На

изображениях различаются кратеры, гряды,

возвышенности, крупные разломы, горные хребты и

детали рельефа размером 1-2 км. На спутниках были

также установлены приборы для зондирования

поверхности и атмосферы планеты в радиодиапазоне и

инфракрасный Фурье-спектрометр, созданный

учеными ГДР и СССР для исследования химического

состава, строения, теплового режима и динамики

атмосферы на высотах 55-100 км.

   Получение с помощью разведчиков космоса

разнообразной информации о районах дальних и

ближних, Венере, других уголках Солнечной системы

имеет огромное научное и познавательное значение.

Познав прошлое люди смогут предсказать будущее.

   Литература.

   "ВЕГА" Международный проект "Венера-

Галлей" Центр Управления Полетом, 1985 год

   "К звездам - To the stars" Шаталов В. А.

   Ребров М. Ф., Баскевич Э. А. "Планета",

Москва, 1982 год

   "Космонавтика" Энциклопедия "Советская

энциклопедия", Москва, 1985 год