Через сутки после «Венеры-4» в околопланетном пространстве Венеры появился американский космический аппарат «Маринер-5», приблизившийся к планете на расстояние 4100 километров. Было осуществлено радиозондирование, построен вертикальный разрез ионосферы и нейтральной атмосферы вплоть до уровня 5 атм.
5 января 1969 г. стартовала «Венера-5», а 10 января - «Венера -6». 16 и 17 мая того же года они вошли в атмосферу Венеры и провели исследование ее глубоких слоев. Были уточнены данные о параметрах атмосферы, полученные станцией «Венера-4». В химическом составе венерианской атмосферы оказалось 97% углекислого газа. Хотя спускаемые аппараты станции «Венера-5» и «Венера-6» имели более прочную конструкцию, все же и они не выдержали огромного давления и разрушились на высоте 20 км над поверхностью.
Лишь спускаемому аппарату следующей советской космической станции «Венера-7» , имевшему усовершенствованную конструкцию, впервые в истории космонавтики удалось пересечь всю толщу венерианской атмосферы и достичь поверхности планеты. Станция была запущена 17 августа 1970 года, а 15 декабря спускаемый отсек совершил посадку. В течение всего времени спуска и 23-х минут после посадки отсек передавал информацию о параметрах атмосферы. В месте посадки температура оказалась около +500ºС, а давление порядка 100 атмосфер (как на километровой глубине земного океана).
Автоматическая станция «Венера-8» стартовала 27 марта 1972 года с промежуточной околоземной орбиты. Через 117 суток полета, 22 июля 1972 года, станция достигла окрестностей Венеры и отделила от себя спускаемый аппарат. На всех траектории спуска и на поверхности планеты были выполнены замеры скорости ветра. Была зафиксирована сложная динамика атмосферы и движения облаков. Наиболее интенсивные ветры были отмечены на высотах более 40 км (до 100 м/с). На поверхности планеты ветры очень слабые и не превышают 1-2м/с. В месте посадки СА на поверхность планеты было зафиксировано давление в 90 раз выше, чем на Земле, а температура – +470ºС.
В феврале 1974 года околопланетное пространство Венеры пересек американский космический аппарат «Маринер-10» (максимальное приближение к планете составило 5784 километра). На нем была установлена телевизионная аппаратура, позволившая получить несколько тысяч доброкачественных изображений диска с разрешением 130 километров, что вдвое превосходило возможности наземных наблюдений. Анализ этих снимков, выполненных с применением УФ-фильтров, впервые позволил получить представление о циркуляции атмосферы Венеры: выявлена глобальная симметрия структуры облачного покрова относительно экватора и подтверждено четырехсуточное вращение «УФ-деталей» в направлении, противоположном вращению планеты. Радиозатменные эксперименты на КА «Маринер-10» позволили определить электронную плотность дневной и ночной ионосферы и выявить ее структуру, а также получить новые температурные профили нижней атмосферы в интервале 50 – 100 километров. На «Маринер-10» вновь проводились измерения магнитного поля и оценки параметров гравитационного поля Венеры. Последние послужили основой для создания представлений о большой мощности венерианской литосферы.
АМС «Венера-9» и «Венера-10» были запущены соответственно 8 и 14 июня 1975 года, а 22 и 25 октября того же года их спускаемые аппараты достигли поверхности планеты, а сами станции стали первыми искусственными спутниками Венеры. Телевизионные камеры спускаемых аппаратов впервые в истории космонавтики передали на Землю панорамные телевизионные изображения поверхности другой планеты. Кроме этого при спуске измерялась плотность, давление и 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 плотномер. 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 телевизионных панорамах поверхности были 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.
9 и 14 сентября 1978 г. соответственно стартовали межпланетные космические станции «Венера-11» и «Венера-12». Спускаемые аппараты этих станций совершили мягкую посадку, зафиксировав в невысоких слоях атмосферы многократные электрические разряды - предположительно вспышки молний. Интенсивность электрических разрядов, регистрировавшаяся по частоте следования низкочастотных импульсов 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. Отделив спускаемые аппараты, станции продолжали всестороннее исследование космического пространства.
Одной из наиболее насыщенных и успешных космических программ был осуществленный в декабре 1978 года учеными США проект «Пионер-Венера». Его основные результаты были опубликованы в двух выпусках журнала «Science» и «Journal of Geophysical Research». На борту выведенного на околопланетную орбиту искусственного спутника Венеры и орбитального модуля, от которого были отделены и совершили жесткую посадку 4 спускаемых аппарата-зонда, было установлено более 30 различных приборов и устройств, выполнивших исследования структуры и химического состава нижней атмосферы и облаков, теплового баланса и динамики атмосферы. С помощью спутника Венеры впервые осуществлена радиолокационная съемка почти всей (93 %) поверхности планеты с построением топографической карты масштаба 1:50000000 с разрешением по площади 30 километров, а по высоте – 200 метров. Всего в исследованиях по проекту «Пионер-Венера» приняли участие 114 ученых под руководством Т.М. Донахью, Д.М. Хантена и Л. Колина.
Выполнение программы «Пионер-Венера» расширило и существенно дополнило существовавшие ранее представления о верхней и нижней атмосфере и облаках, полученные прежде всего на основании результатов исследований советских АМС серии «Венера». Принципиально новым вкладом в наши знания о Венере бесспорно стала радарная съемка, на основе которой была построена топографическая карта планеты. Кроме того, создана гравиметрическая карта, получены новые результаты в области изотопной космохимии атмосферы и открыта «криосфера» – зона резкого падения температуры на ночном полушарии Венеры на высотах, превышающих 100 километров.
30 октября 1981 г. была запущена автоматическая межпланетная станция «Венера-13». Преодолев за 4 месяца расстояние более 300 млн. км, станция 1 марта 1982 г. отделила от себя спускаемый аппарат, прошла на расстоянии 36000 км от поверхности Венеры и продолжала полет по гелиоцентрической орбите как искусственная планета вокруг Солнца. Спускаемый аппарат провел цветное фотографирование поверхности и установил базальтовый состав грунта. Температура оказалась равной 457ºС, а давление – 89 атмосфер.
4 ноября 1981 г. произошел запуск «Венеры-14». Она имела такую же программу исследования, что и «Венера-13». Ее спускаемый аппарат регистрировал температуру, давление, состав атмосферы, брал пробы грунта; фиксировались электрические разряды в нижней атмосфере. После отделения спускаемого аппарата станция продолжала исследование космического пространства. Спускаемые аппараты станций были снабжены устройствами для бурения грунта и химического анализа его образцов. В месте посадки спускаемого аппарата станции «Венера-14» температура оказалась 465ºС, а давление 94 атмосферы. Передачи на Землю панорамных изображений окружающей местности осуществлялись через цветные светофильтры. В получаемых изображениях преобладали желтовато-оранжевые, зеленоватые цвета любых предметов на поверхности, оранжеватое небо и такого цвета облака над головой. Дело в том, что синяя часть спектра солнечной радиации поглощается в верхней части атмосферы Венеры, поэтому ее поверхность и нижняя часть атмосферы освещаются не белым, как на Земле, а желтым светом. Таковы законы оптики.
С октября 1983 года на околопланетной орбите вокруг Венеры начали работу советские искусственные спутники «Венера-15» и «Венера-16, основной научной задачей которых была радиолокационная съемка планеты в масштабе 1:5000000. Космические аппараты были выведены на близкие к полярным сильно вытянутые эллиптические орбиты. За 8 месяцев работы до июля 1984 года было заснято все северное полушарие Венеры от полюса до 30º с.ш. (около ¼ всей поверхности). Ежедневно передавались радиолокационные изображения полосы шириной около 160 километров и длиной до 8 тысяч километров. Разрешающая способность по площади составляла 0,9 – 2,5 километров, а по высоте около 30 метров. В общей сложности было получено изображение приполярной области Венеры площадью более миллиона квадратных километров. Съемка велась с использованием радиолокатора бокового обзора. На изображении различаются гряды возвышенностей, крупные разломы, горные хребты, ударные кратеры, уступы и детали рельефа размером 1 – 2 км.
В апреле 1984 г. по московскому телевидению передавалось сообщение о продолжающейся радиолокационной съемке северной полярной области Венеры и детальной обработке информации, поступающей с орбитальных станций «Венера -15» и «Венера-16».
По предварительным данным обработки радиояркостных изображений была составлена первая геолого-морфологическая карта Венеры, причем удалось получить изображения той части полушария, которая не могла быть закартирована со спутника «Пионер-Венера». На всей исследованной площади выявлены очень немногочисленные круговые структуры, идентифицируемые как ударные кратеры, что позволило оценить геологический возраст поверхности интервалом 0,5 – 1,0 млрд. лет. Согласно мнению авторов эксперимента, геологическое строение Венеры характеризуется отсутствием признаков проявления тектоники плит в земном понимании этого термина, в то же время на планете протекали специфические вулканотектонические процессы, приведшие к формированию гигантских кольцевых структур (овоидов), которые считают мантийными диапирами. Кроме того, развиты рифтоподобные структуры. Особенность Венеры заключается еще в том, что на ее поверхности обнаружен тип местности – тессеры, формирование которых определяется широким развитием площадных пластических деформаций, не имеющих аналогов на других планетах. Наконец, оказалось, что на Венере отсутствуют древние сильно кратерированные поверхности, известные на Луне, Марсе и Меркурии и соответствующие полевошпатовым корам этих планет.
Дальнейшие космические исследования Венеры связаны с успешным спуском в ее атмосфере и мягкой посадкой на ночном полушарии 11 и 15 июня 1985 года советских спускаемых аппаратов «Вега-1» и «Вега-2», отделившихся от соответствующих пролетных аппаратов, продолживших свой путь к комете Галлея.
В рамках проекта «Вега» совместно с французскими учеными впервые была осуществлена доставка в атмосферу Венеры автономных аэростатных зондов. После отделения от спускаемых аппаратов зонды совершили дрейф на высоте 50 километров со средней скоростью 200 км/ч и, переместившись с ночной стороны планеты на дневную, преодолели расстояние около 10 тыс. километров. Международная и советская сеть наземных радиотелескопов приняла с этих зондов информацию, позволившую впервые получить прямые данные о метеорологии Венеры.
Спускаемые аппараты аэростатных зондов осуществили обширных комплекс исследований по составу и свойствам атмосферы и облаков, а на спускаемом аппарате «Вега-2» выполнен элементный анализ грунта в районе равнины Русалки.
Исследования Венеры и других планет солнечной системы космическими автоматами-разведчиками продолжается. В глубинах космоса посланцы Земли движутся на сближение с Юпитером и более удаленными планетами, а на Земле уже готовится экспедиция на Марс с экипажем космонавтов-исследователей на борту.
ОБОБЩЕНИЯ И ВЫВОДЫ
Нам остается подвести сравнительные итоги результатов исследований планеты Венера до и после начала ее исследований космическими аппаратами.
Итак, что узнало человечество об этой планете за 250 лет ее изучения оптической астрономией?
1. Планета Венера занимает второе место после Меркурия по своему удалению от солнца.
2. Движется вокруг солнца по слабо вытянутой (близкой к круговой) орбите с эксцентриситетом 0,007.
3. Полный оборот вокруг солнца (венерианский год) совершает за 224,7 земных суток с орбитальной скоростью 35 м/с.
4. Планета всегда закрыта плотным слоем облаков.
5. Планета относится к космическим объектам земной группы, имеет близкие к ней объем и массу.
Развитие радиоастрономии в начале 60-х годов XX века дополнило эти сведения следующими данными:
- планета Венера имеет ярко выраженные радиоконтрастные элементы, т.е. обладает рельефом;
- это позволило установить продолжительность венерианских суток – они оказались равными 243,2 земных;
- в отличии от всех других планет солнечной системы суточное вращение Венеры вокруг своей оси противоположно направлению ее движения по орбите – Солнце на Венере восходит на западе;
- угол наклона оси вращения планеты к плоскости ее орбиты незначителен и составляет всего 3º (наклон земной оси ≈23º). Это значит, что смена времен года на планете не происходит – один день похож на другой, имеет одинаковую продолжительность и одинаковую погоду;
- поверхность планеты имеет довольно высокую температуру – порядка 500º – 700ºК.
Однако ни оптическая ни радиоастрономия не смогли дать ответа на самые главные вопросы:
- химический состав, плотность и давление венерианской атмосферы;
- наличие воды в атмосфере и на поверхности Венеры;
- структура и состояние рельефа поверхности планеты, ее температура;
- возможна ли жизнь на планете?
Двадцатилетняя эпопея исследования планеты Венера с помощью автоматических межпланетных станций позволила дать ответы практически на все поставленные вопросы.
Атмосфера
Загадочная атмосфера Венеры была центральным пунктом программы исследований при помощи автоматический аппаратов за последние два десятилетия. Важнейшими аспектами ее исследований были химический состав, вертикальная структура и динамика воздушной среды. Большое внимание отводилось облачному покрову, играющему роль непреодолимого барьера для проникновения в глубь атмосферы электромагнитных волн оптического диапазона. При телевизионной съемке Венеры удавалось получить изображение только облачного покрова. Непонятными были необычайная сухость воздушной среды и ее феноменальный парниковый эффект, за счет которого фактическая температура поверхности и нижний слоев тропосферы оказалась более чем на 500 выше эффективной (равновесной).
Состав атмосферы . Впервые химический состав атмосферы прямыми методами был осуществлен советскими аппаратами «Венера-4, -5 и -6». Он оказался таким: СО2 -97, N2 - 2, О2 - 0,1, Н2 О - 0,05%. Последующие полеты космических аппаратов подтвердили приведенные данные с небольшими коррективами. Крайне незначительное содержание водяного пара в атмосфере, а в ней сосредоточена вся планетная масса гидросферы внешней области Венеры, представляет собой на сегодняшний день загадку.
Атмосферы планет земной группы формировались за счет выхода из недр вулканических газов при дифференциации вещества в стадию его расплавления. Основную часть вулканических газов составляют водяной пар и углекислый газ, находящиеся между собой в объемном соотношении 5:1. Свободные азот, кислород и водород в состав вулканических газов не входят, а представляют собой продукты последующих реакций.
По оценкам, общее количество углекислого газа на Венере и Земле приблизительно одинаковое. Только на Земле он связан в осадочных породах и отчасти поглощен водными массами океанов, на Венере же весь он сконцентрирован в атмосфере. Обилие углекислого газа в современной атмосфере Венеры в тысячи раз превышает общее его количество в земной атмосфере.
В соответствии с приведенной пропорцией выделения водяного пара и углекислого газа при дифференциации планетного вещества Венера должна была бы иметь мощнейшую гидросферу, вполне сопоставимую с земной - с толщиной эквивалентного слоя воды на поверхности порядка 2,7 км. Приблизительно такого же колоссального масштаба должна была бы быть и гидросфера Венеры - планеты, по своим размерам и эволюции очень сходной с Землей. Куда же девались с Венеры огромные массы воды? Надежного ответа на поставленный вопрос пока нет.
Вертикальная структура . В соответствии с температурным профилем атмосфера Венеры делится на две области: тропосферу, простирающуюся от поверхности планеты приблизительно до 100 км, и термосферу.
Тропосфера. Названа по аналогии с земной тропосферой по температурному вертикальному профилю. В венерианской тропосфере температура с высотой понижается. На поверхности температура равняется + 460ºС, она мало меняется днем и ночью. К верхней границе тропосферы температура понижается до 180 К (- 93ºС). Состав газов тропосферы в общем сохраняется по всему профилю, т.е. это в основном атмосфера из углекислого газа.
В тропосфере на высотах между 45 – 50 и 60 – 65 км находится облачный покров, у него очень высокое альбедо: он отражает около 78% приходящей солнечной радиации. Только небольшая часть солнечной энергии проходит через облака и тропосферный воздух и достигает поверхности планеты.
Несмотря на то, что прямая солнечная радиация почти не достигает поверхности планеты, температура ее, а также нижних слоев тропосферы очень высока -
28-04-2015, 23:36