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 собственное магнитное поле планеты невелико (магнитный момент Венеры не превышает 5 - 10 % магнитного поля Земли).
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 нейтронного 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 "Пиоиер-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.
Один из самых сложных за всю историю исследований Венеры комплексный эксперимент был осуществлен с помощью АМС "Венера-13" и "Веиера-14" (1982 год). На спускаемых аппаратах была установлена усовершенствованная аппаратура химического анализа атмосферы (масс-спектрометры, газовые хроматографы, оптические и рентгеновские спектрометры) для исследования частиц облачной слоя. На этих станциях впервые были получены Цветные панорамы поверхности планеты. Спускаемые аппараты провели бурение грунта (при температуре 470° С и давлении у поверхности 93,5*105 Па.). Раскаленный грунт, добытый буровой установкой, транспортировался по сложной системе трубопроводов внутрь прочного корпуса спускаемого аппарата, где был проведен его химический анализ. Анализ позволил определить содержание в грунте окислов магния, алюминия, кремния, железа, калия, кальция, титана и магния. Впервые измерены электропроводность и механическая прочность грунта, а также выполнен простейший сейсмический эксперимент. Программа атмосферных измерений позволила провести измерение содержания инертных газов - аргона, неона, криптона, ксенона - и большинства их изотопов, что очень важно для понимания процесса формирования атмосферы Венеры. Ведь большинство изотопов являются реликтовыми, т. е. их содержание не изменялось со времени формирования атмосферы. Кроме того, был выполнен комплекс измерений содержания серосодержащих и других малых компонентов атмосферы. Эти измерения подтвердили, что сера является основным элементом, определяющим состав венерианских облаков.
Главной целью космического эксперимента на искусственных спутниках Венеры автоматических межпланетных станциях "Венера-15" и "Вепера-16" (1983 год) являлось радиолокационное картографирование поверхности северного полушария с помощью 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.
В декабре 1984г. с интервалом в 6 суток в Советском Союзе были запущены идентичные АМС "Вега-1" и "Вега-2". Каждая из этих станций состояла из пролетного и спускаемого аппаратов. Целью запуска явилось исследование Венеры с помощью спускаемых аппаратов и изучение кометы Галлея пролетными аппаратами с расстояния около 10000км. Спускаемый аппарат состоял из аэростатного зонда и посадочного аппарата. За двое суток до входа в атмосферу Венеры от пролетного аппарата отделился спускаемый аппарат, который при входе в атмосферу планеты разделился на аэростатный зонд и посадочный аппарат. 11 и 15 июля 1985 года впервые в атмосфере Венеры наполнились гелием оболочки аэростатов диаметром 3,4 м (200 лет назад, в 1783 году, подобный эксперимент был выполнен на Земле братьями Жозефом и Жакком Монгольфье). Аэростатные зонды, рассчитанные на работу в течение двух земных суток, несли комплекс метеоприборов (датчик давления, два датчика температуры, анемометр для измерения вертикального компонента скорости ветра), нефелометр для измерения плотности аэрозоля и индикатор наличия световых вспышек. По сигналам, передаваемым аэростатами на пролетные аппараты и далее на Землю, с помощью 17 наземных радиотелескопов, расположенных на территории СССР, Европы. Северной и Южной Америки, Австралии, Африки, определялись координаты и скорость движения аэростатов. На каждом посадочном аппарате имелся комплекс из девяти приборов для исследования характеристик атмосферы и поверхности Венеры. Осуществление программы АМС "Вега 1, 2" позволило впервые выполнить уникальный эксперимент по прямому измерению скорости ветра в верхней части облачного венерианского покрова.
Программа "Магеллан"
Хотя наши знания об атмосфере Венеры и крупномасштабных характеристиках ее поверхности, полученные в результате исследовании с помощью АМС, очень обширны, мы знаем очень мало о горах и долинах, кратерах и потоках лавы - о деталях геологии Венеры. Мы хотели бы знать, как форма венерианской поверхности менялась под воздействием вулканической и тектонической деятельности недр планеты, под влиянием водной и ветровой эрозии. Активны ли до сих пор все эти процессы? В поисках ответов на эти важнейшие вопросы американскими учеными запланирована программа "Магеллан". Эта программа впервые для США будет использовать спутниковые измерения характеристик планеты Венера. Космический корабль с аппаратурой активной локации "Магеллан", позволяющей получать изображения планеты и ее под поверхностного слоя, будет запущен с земного космического корабля Шаттл Антлантис. Через год и три месяца он выйдет на орбиту вокруг Венеры.
В течение следующих 243 дней (период обращения Венеры) будут проводиться радиометрические, альтиметрические измерения и картографическая съемка Венеры с помощью радара при каждом облете этой планеты за 3,5 часа. От 70 до 90% венерианской поверхности будет охвачено радарным картированием с высоким разрешением (от 250 до 600 м), т. е. с разрешением, которое почти в 10 раз лучше, чем все предыдущие карты Венеры. Тот факт, что "Магеллан" будет посылать данные на Землю в течение каждого облета планеты, позволит ученым на Земле точно измерить легкие изменения в орбитальном движении АМС, вызванные изменениями венерианского гравитационного поля. Данные этих измерений внесут существенный вклад в наши знания о природе внутренней структуры тела Венеры.
Космические исследования Сатурна
В 1979 – 1981 г. г. космические аппараты "Пионер – 11", "Вояджер – 1" и "Вояджер – 2" прошли близ Сатурна. Удалось исследовать планету, ее кольца и спутники с расстояния 1000 раз более близких, чем при наблюдении с Земли.
С Земли в телескоп хорошо видны три кольца: внешнее, средней яркости кольцо А; среднее, наиболее яркое кольцо В и внутреннее, неяркое полупрозрачное кольцо С, которое иногда называется креповым. Кольца чуть белее желтоватого диска Сатурна. Расположены они в плоскости экватора планеты и очень тонки: при общей ширине в радиальном направлении примерно 60 тыс. км. они имеют толщину менее 3 км. Спектроскопически было установлено, что кольца вращаются не так, как твердое тело, - с расстоянием от Сатурна скорость убывает. Более того, каждая точка колец имеет такую скорость, какую имел бы на этом расстоянии спутник, свободно движущийся вокруг Сатурна по круговой орбите. Отсюда ясно: кольца Сатурна по существу представляют собой колоссальное скопление мелких твердых частиц, самостоятельно обращающихся вокруг планеты. Размеры частиц столь малы, что их не видно не только в земные телескопы, но и с борта космических аппаратов.
Характерная особенность строения колец - темные кольцевые промежутки (деления), где вещества очень мало. Самое широкое из них (3500 км) отделяет кольцо В от кольца А и называется "делением Кассини" в честь астронома, впервые увидевшего его в 1675 году. При исключительно хороших атмосферных условиях таких делений с Земли видно свыше десяти. Природа их, по-видимому, резонансная. Так, деление Кассини - это область орбит, в которой период обращения каждой частицы вокруг Сатурна ровно вдвое меньше, чем у крупного ближайшего спутника Сатурна - Мимаса. Из-за такого совпадения Мимас своим притяжением как бы раскачивает частицы, движущиеся внутри деления, и, в конце концов, выбрасывает их оттуда.
Бортовые камеры "Вояджеров" показали, что с близкого расстояния кольца Сатурна похожи на граммофонную пластинку: они как бы расслоены на тысячи отдельных узких колечек с темными прогалинами между ними. Прогалин так много, что объяснить их резонансами с периодами обращения спутников Сатурна уже невозможно.
Помимо колец А, В и С "Вояджеры" обнаружили еще четыре: D, E, F и G. Все они очень разрежены и потому неярки. Кольца D и Е с трудом видны с Земли при особо благоприятных условиях; кольца F и G обнаружены впервые.
Порядок обозначения колец объясняется историческими причинами, поэтому он не совпадает с алфавитным. Если расположить кольца по мере их удаления от Сатурна, то мы получим ряд: D, C, B, A, F, G, E.
"Вояджерам" удалось получить снимки облачного покрова Сатурна, на которых запечатлена картина атмосферной циркуляции. Обнаружен, в частности, аналог Большого Красного Пятна Юпитера, хотя и меньших размеров. "Вояджер – 1" приблизившись к Сатурну, обнаружил радиоизлучение. Кроме того, было открыто окутывающие кольца газообразная атмосфера из нейтрального атомарного водорода. "Вояджерами" наблюдалась линиями Лайсан-альфа в ультрафиолетовой части спектра.
Исследуя кольца, "Вояджеры" обнаружили неожиданным эффект многочисленные кратковременные всплески радиоизлучения, поступающего от колец. Это не что иное, как сигналы от электростатических разрядов - своего рода молнии. Источник электризации частиц, по-видимому, столкновения между ними.
Практическое использование космоса
Голоса из космоса
В телевизионных (ТВ) программах уже не упоминается о том, что передача ведется через спутник. Это является лишним свидетельством огромного успеха в индустриализации космоса, ставшей неотъемлемой частью нашей жизни. Спутники связи буквально опутывают мир невидимыми нитями. Идея создания спутников связи родилась вскоре после второй мировой войны, когда А. Кларк в номере журнала «Мир радио» (Wireless World) за октябрь 1945г. представил свою концепцию ретрансляционной станции связи, расположенной на высоте 35880 км над Землей. Заслуга Кларка заключалась в том, что он определил орбиту, на которой спутник неподвижен относительно Земли. Такая орбита называется геостационарной или орбитой Кларка. При движении по круговой орбите высотой 35880 км один виток совершается за 24 часа, т.е. за период суточного вращения Земли. Спутник, движущийся по такой орбите, будет постоянно находиться над определенной точкой поверхности Земли.
Первый спутник связи «Телстар-1» был запущен все же на низкую околоземную орбиту с параметрами 950*5630 км, это случилось 10 июля 1962г. Почти через год последовал запуск спутника «Телстар-2». В первой телепередаче был показан американский флаг в Новой Англии на фоне станции в Андовере. Это изображение было передано в Великобританию, Францию и на американскую станцию в шт. Нью-Джерси через 15 часов после запуска спутника. Двумя неделями позже миллионы европейцев и американцев наблюдали за переговорами людей, находящихся на противоположных берегах Атлантического океана. Они не только разговаривали, но и видели друг друга, общаясь через спутник. Историки могут считать этот день датой рождения космического ТВ. Крупнейшая в мире государственная система спутниковой связи создана в России. Ее начало было положено в апреле 1965г. запуском спутников серии «Молния», выводимых на сильно вытянутые эллиптические орбиты с апогеем над Северным полушарием. Каждая серия включает четыре пары спутников, обращающихся на орбите на угловом расстоянии друг от друга 90 гр. На базе спутников «Молния» построена первая система дальней космической связи «Орбита». В декабре 1975г. семейство спутников связи пополнилось спутником «Радуга», функционирующем на геостационарной орбите. Затем появился спутник «Экран» с более мощным передатчиком и более простыми наземными станциями. После первых разработок спутников наступил новый период в развитии техники спутниковой связи, когда спутники стали выводить на геостационарную орбиту, по которой они движутся синхронно с вращением Земли. Это позволило установить круглосуточную связь между наземными станциями , используя спутники нового поколения : американские «Синком», «Эрли берд» и «Интелсат» российские - «Радуга» и «Горизонт». Большое будущее связывают с размещением на геостационарной орбите антенных комплексов.
Помимо систем фиксированной связи в настоящее время получают развитие системы подвижной спутниковой связи. Ведется разработка подобной системы "Марафон" на базе КА "Аркос" на геостационарном и КА "Маяк" на высокоэллиптической орбите типа "Молния" .Первым шагом в направлении обеспечения персональной связи является начало эксплуатации экспериментальных низкоорбитальных спутников типа "Горец" В ближайшее время космические аппараты СССВ постепенно будут заменятся на спутники нового поколения .При создании перспективных КА связи ("Экспресс-Д", "Галс-Р16", "Ямал-2000", "Аркос" и др.) предполагается использовать передовые технологии , которые позволяют повысить пропускную способность и энергетику бортовых ретрансляционных комплексов ,довести срок активного существования КА на орбите до 10-12 лет.
Космическая метеорология
После запусков советских и американских спутников встал вопрос о практическом использовании разработанной техники. Возможности аппаратуры и самих спутников привлекли внимание метеорологов с точки зрения получения обычной регулярной информации о постоянно меняющейся погоде в мировом масштабе.
Первая попытка в этом направлении была предпринята американцами, создавшими семейство метеорологических спутников «Тирос». Девять таких спутников были выведены на орбиту в период 1960-1965гг. На каждом спутнике были установлены две малогабаритные ТВ-камеры и приблизительно на половине спутников сканирующий инфракрасный радиометр для получения изображения облачного покрова Земли. В России метеорологическим космическим аппаратом стал спутник «Метеор». Два или три спутника этой серии находятся на орбите одновременно и собирают информацию о состоянии атмосферы, тепловом излучении Земли и т.д. Полезный груз спутника состоит из оптико-механического ТВ оборудования работающего в видимой области спектра. Кроме того, имеется сканирующая инфракрасная аппаратура для получения данных о содержании влаги в атмосфере и вертикальном профиле температур. Предупреждения о внезапных изменениях погоды по объединенным данным с метеорологических радиолокационных станций и спутников передаются по радио из Москвы, Санкт-Петербурга и других центров, а специальная служба сообщает эту информацию на суда и самолеты. За последние 20 лет существенно возросли количество, качество и надежность обзора с помощью спутников.
Начиная с 1966 г. Землю регулярно фотографируют, по крайней мере, один раз в сутки. Фотоснимки используют в повседневной работе, а также помещают в архивы. Метеорологическая информация, получаемая со спутников, неуклонно приобретает все более важное значение. В настоящее время она широко используется метеорологами и специалистами по окружающей среде всего мира в повседневной практике, и считаются почти обязательной для проведения анализов и краткосрочных прогнозов. Метеорологическая информация со всех света поступает в Национальную службу контроля окружающей среды с помощью спутников, расположенную в Вашингтоне, перерабатывается в материалы широкой номенклатуры и распределяется по всему свету. Спутниковая информация оказалась особенно полезной в двух сферах исследования. Во-первых, существуют обширные районы Земли, из которых метеорологическая информация, обычными средствами, недоступна. Это территории океанов северного и южного полушарий, пустынь и полярных областей. Спутниковая информация заполняет эти пробелы, выявляя крупномасштабные особенности из образований облаков. К таким особенностям относятся штормовые системы, фронты, наиболее значительные междуволновые впадины и гребни, струйные течения, густой туман, слоистые облака, ледовая обстановка, снежный покров и отчасти направление, и скорость наиболее сильных ветров. Во-вторых, спутниковая информация успешно используется для слежения за ураганами, тайфунами и тропическими штормами. Спутниковая информация включает данные о наличии и расположении атмосферных фронтов, бурь и общего облачного покрова. В итоге в настоящее время спутник стал практически признанным инструментом метеорологов в большинстве стран мира. Карты погоды, которые вечером появляются на наших телевизионных экранах, со всей очевидностью свидетельствуют о ценности наблюдения со спутников в обеспечении метеорологических систем.
Изучение Земли из космоса
Человек впервые оценил роль спутников для контроля за состоянием сельскохозяйственных угодий, лесов и других природных ресурсов Земли лишь спустя несколько лет после наступления космической эры. Начало было положено в 1960г.,
28-04-2015, 23:36