П Л А Н Е Т А В Е Н Е Р А
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 Зем-
ли), масса Венеры составляет 0,815 массы Земли, средняя
плотность 5240 кг/м , ускорение свободного падения на эква-
торе 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 4,45m, и при бла-
гоприятных условиях можно даже наблюдать тень от предметов,
создаваемую светом Венеры. Она совершает один оборот по ор-
бите вокруг Солнца за 225 земных суток. Собственное вращение
Венеры необычно : длительность одного оборота превышает ве-
нерианский год и равна 243 земным суткам, направление враще-
ния противоположно вращению других планет. При этом солнеч-
ные сутки длятся около 117 дней. Средняя скорость движения
Венеры по орбите 34,99 км/с. Угол между плоскостями экватора
и орбиты равен 25о06, орбита планеты круговая, и поэтому на
Венере не происходит смены времен года.
В 1610 году Галилей впервые наблюдал смену фаз у Вене-
ры, т.е. изменение ее видимой формы от диска до узкого сер-
па. 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
- 2 -
длин волн представляется однородной.
Совершенствование техники астрономических наблюдений,
использование поляриметрических и стереоскопических измере-
ний, освоение инфракрасного и ультрафиолетового диапазонов
длин волн позволили получить некоторую информацию о характе-
ристиках атмосферы Венеры на уровне верхней границы облаков.
В двадцатых - тридцатых годах нашего столетия были про-
ведены первые наблюдения Венеры в инфракрасной области 8-13
микрон, позволившие определить температуру атмосферы у верх-
ней границы облаков (Петтит и Никольсон, 1929 год), обнару-
жены полосы углекислого газа (Адамс и Данхэм, 1932 год),
проведены первые поляриметрические измерения (Лио, 1929
год). Дальнейшее развитие наземных спектроскопических наблю-
дений позволило Конну и др. в 1969 году получить прекрасный
атлас инфракрасных спектров Венеры и других планет со спект-
ральным разрешением порядка 1055, обнаружить линии окиси уг-
лерода, соляной и фтористо-водородной кислот в спектре Вене-
ры 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 пре-
доставляли радиоастрономические наблюдения в сантиметровом и
дециметровом диапазонах длин волн. Эти наблюдения, выполнен-
ные в конце пятидесятых - начале шестидесятых годов в СССР и
США, а также совместные наблюдения ученых обеих стран пока-
зали, что нижняя атмосфера Венеры имеет температуру 500 -
700 К или 250-450оС. Тогда же в 1961-1962 годах в СССР, США
- 3 -
и Великобритании была проведена радиолокация Венеры, которая
позволила определить направление и скорость собственного
вращения, изучить топографические характеристики поверхнос-
ти, уточнить размер Венеры.
Хотя наземные астрономические наблюдения Венеры продол-
жают развиваться и поныне, основная информация об этой пла-
нете за последние два десятилетия была получена с космичес-
ких аппаратов.
Первым исследовательским аппаратом, направленным земля-
нами к другой планете, стала советская автоматическая стан-
ция "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 зада-
чами станции "Венера-1" являлись проверка методов вывода
космических объектов на межпланетную трассу, проверка сверх-
дальней радиосвязи и управления станцией, проведение физи-
ческих исследований в космосе.
В декабре 1962 года американский зонд "Маринер-2" про-
летел 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 радиомет-
ра 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
- 4 -
для измерения космических лучей, магнитных полей, потоков
заряженных частиц и микрометеоритов, радиопередатчики и вся
система передачи результатов научных наблюдений. Расправлен-
ные крылья солнечных батарей питали приборы и аппаратуру
электроэнергией.
Основная техническая проблема, стоявшая перед конструк-
торами межпланетной станции, заключалась в обеспечении ее
работы во время спуска в атмосфере Венеры в условиях огром-
ных температур и давления, а также в период аэродинамическо-
го торможения.
И вот наступил качественно новый этап: в 1965 году "Ве-
нера-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 хими-
ческий анализ состава атмосферы. Спускаемый аппрарат был
расчитан на давление до 20 атмосфер, и передача данных прек-
ратилась до посадки на твердую поверхность Венеры. Было ус-
тановлено, что углекислый газ является основной компонентой
атмосферы (не менее 95%), получены пределы содержания ряда
других компонент, однозначно установлено существование высо-
ких давлений и температур в атмосфере планеты. На пролетном
аппарате измерена водородная корона Венеры, проведены наблю-
дения заряженных частиц и микрометеоритов.
Через день после посадки "Венеры-4" мимо планеты мимо
планеты на расстоянии 4000 км пролетел "Маринер-5", с по-
- 5 -
мощью которого было исследовано прохождение радиосигнала че-
рез 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 ко-
роны у Венеры было обнаружено измерениями на космических ап-
паратах "Венера-4" и "Маринер-5". Для верхних областей Вене-
ры характерен ряд особенностей, определяемых фотохимией CO2
c возможным участием в комплексе реакций воды и галогенов, в
условиях атомных и молекулярных взаимодействий и взаимодейс-
твия с солнечным ветром.
Основная цель запуска в 1969 году двух станций "Вене-
ра-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 вы-
сотах (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 измере-
ния 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 ат-
мосфер, а температура - до 500оС; в облачном покрове, окуты-
вающем планету, очень много углекислого газа и мало кислоро-
да. Получены данные о характере пород поверхностного слоя
- 6 -
Венеры.
С помощью спускаемого аппарата станции "Венера-8" в
1972 году были проведены разносторонние исследования атмос-
феры и поверхности Венеры. Кроме измерений атмосферного дав-
ления, плотности и температуры были измерены освещенность и
вертикальная структура аэрозольной среды, в том числе и об-
лачного слоя, определены скорости ветра на различных высотах
в атмосфере по доплеровскому сдвигу частоты радиопередатчи-
ка, проведена гамма-спектроскопия поверхностных пород. Фото-
метрические измерения показали, что облачный слой простира-
ется до высот около 40 км, оценена его оптическая толщина и
прозрачность; освещенность на поверхности дн
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 со-
держанию 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 уста-
новлены телевизионная камера, ультрафиолетовый спектрометр и
инфракрасный радиометр. Полученные телевизионные изображения
облачного слоя использовались для исследования динамики ат-
мосферы. С помощью ультрафиолетового спектрометра обнаружены
и измерены количества гелия в атмосфере.
Станции нового поколения "Венера-9" и "Венера-10", дос-
тигшие планеты в октябре 1975 года, стали первыми искусс-
- 7 -
твенными спутниками Венеры, а их спускаемые аппараты совер-
шили мягкую посадку на освещенной стороне планеты. Впервые
были переданы панорамные телевизионные изображения с другой
планеты, измерены на спускаемых аппаратах плотность, давле-
ние, температура атмосферы, количество водяного пара, прове-
дены нефелометрические измерения частиц облаков, измерения
освещенности в различных участках спектра. Для измерений ха-
рактеристик грунта помимо гамма-спектрометра использовался
радиационный плотнометр. Искусственные спутники позволили
получить телевизионные изображения облачного слоя, распреде-
ление температуры по верхней границе облаков, спектры ночно-
го свечения планеты, провести исследования водородной коро-
ны, многократное радиопросвечивание атмосферы и ионосферы,
измерение магнитных полей и околопланетной плазмы. На стан-
циях второго поколения информация со спускаемых аппаратов
предавалась на орбитальный аппарат, а затем ретранслирова-
лась на Землю. Это привело к значительному увеличению коли-
чества получаемой информации.
На панорамах видны выходы коренных пород наряду с эро-
дированным материалом; развалы камней могут быть результатом
смещений в коре и служить подтверждением тектонической ак-
тивности 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 хими-
ческого состава нижней атмосферы методами масс-спектромет-
рии, газовой хроматографии, оптической и рентгеновской
- 8 -
спектроскопии. Были измерены количества азота, окиси углеро-
да, двуокиси серы, водяного пара, серы, аргона, неона и оп-
ределены изотопные отношения аргона, неона, кислорода, угле-
рода, обнаружены хлор и сера в частицах облаков, получены
детальные данные по поглощению солнечного излучения на раз-
личных высотах в атмосфере, необходимые для изучения его
теплового режима. Специальным приемником были зарегистриро-
ваны импульсы электромагнитного излучения, указывающие на
существование электрических зарядов в атмосфере наподобе
земных молний. На пролетных аппаратах были установлены уль-
трафиолетовые 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-ви-
димому, колеблетсяот 0,1 - 0,4% под облачными слоями до
15-30% выше них. Наземными спектроскопическими исследования-
ми 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 умень-
шается 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 зо-
не на 5-10 К выше, чем у экватора, что, видимо, связано с
- 9 -
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 инф-
ракрасного излучения плотной углекислой атмосферы с примесью
водяного пара препятствует остыванию поверхности.
Обнаружена высокая грозовая активность Венеры : интен-
сивность электрических разрядов, регистрировавшаяся по час-
тоте следования низкочастотных импульсов на спускаемых аппа-
ратах "Венера-11" и "Венера-12", оказалась во много раз вы-
ше, чем на Земле. Очевидно вблизи поверхности Венеры возни-
кают электрические поля с напряженностью в сотни кВ/м. Высо-
кая грозовая активность предположительно объясняется наличи-
ем 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 вклю-
чал спутник и четыре атмосферных зонда с аппаратурой для из-
мерения давления, плотности, температуры, оптической толщины
облаков и теплового излучения в атмосфере. На одном из зон-
дов 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 спектро-
метр, инфракрасный радиометр, поляриметр, магнитометр, ана-
лизаторы плазмы и электрических полей, радар для исследова-
- 10 -
ния 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 по-
садку 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 нейт-
рального 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 хими-
ческого анализа атмосферы (масс-спектрометры, газовые фрома-
тографы, оптические и рентгеновские спектрометры), для исс-
ледования частиц облачного слоя. На этих станциях впервые
были получены цветные панорамы поверхности планеты, провед-
ены бурение и анализ грунта. Была решена проблема создания и
обработки грунтозаборного устройства, взятые образцы грунта
доставлены внутрь спускаемых аппаратов и подвергнуты рентге-
новскому анализу, который дал содержание основных элементов
в исследованных образцах грунта.
Главной целью космического эксперимента на искусствен-
ных спутниках Венеры автоматических межпланетных станциях
"Венера-15" и "Венера-16" (1983 год) являлось радиолокацион-
ное картографирование поверхности северного полушария с по-
- 11 -
мощью радиолокаторов бокового обзора. Впервые получены ради-
олокационные изображения северной приполярной области Вене-
ры. На изображениях различаются кратеры, гряды, возвышеннос-
ти, крупные разломы, горные хребты и детали рельефа размером
1-2 км. На спутниках были также установлены приборы для зон-
дирования 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 угол-
ках Солнечной системы имеет огромное научное и познаватель-
ное значение. Познав прошлое люди смогут предсказать будущее.
Литература.
"В Е Г А" 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