Солнечная система - Владимир Сурдин

С 1961 г. в США и СССР были начаты радиолокационные исследования Венеры. Сначала слабый отраженный импульс позволял определять только расстояние до планеты. В 1970-х гг. по разностям сигналов, отраженных правой и левой сторонами диска был определен период вращения Венеры: 243,0185±0,0001сут. в направлении, не характерном для других планет — по ходу часовой стрелки, если смотреть с северного полюса эклиптики. Определить вращение помогли две яркие (в радиоотражении) области, которым временно присвоили названия «Альфа» и «Бета». Но, как это часто бывает, временные названия закрепились. Позже выяснилось, что Альфа и Бета — это гигантские геологические образования, по-видимому, вулканического происхождения. Из-за медленного вращения рассвет и закат на Венере длятся несколько земных суток. Смена времен года там отсутствует, поскольку наклон полярной оси не превышает 3°.

Сложение двух вращений — вокруг оси и вокруг Солнца, — происходящих в разных направлениях, приводит к тому, что солнечные сутки на Венере длятся 116,8 земных суток. Период повторения нижних соединений Венеры (ее максимальных сближений с Землей) составляет 584 земных суток; легко видеть, что за это время на планете проходит точно 5 солнечных суток. Поэтому в каждом нижнем соединении Венера обращена к Земле одной и той же стороной. Причина такой синхронизации не ясна, так как приливное взаимодействие между планетами очень слабое.

Необычное вращение Венеры и роль Меркурия в ее эволюции

Медленное вращение Венеры и его резонанс с движением относительно Земли — нерешенные загадки. Вполне вероятно, что когда-то Венера вращалась столь же быстро, как и другие планеты. Если исходить из принципа изохронизма, утверждающего, что начальные периоды вращения всех планет были близки между собою и составляли 5—8 ч, то для затормаживания Венеры нужны были очень сильные воздействия. При этом должна была выделиться гигантская энергия, около 1030Дж. Не ясно, что стало причиной потери вращательного момента планеты: катастрофическое событие в ее прошлом или длительное воздействие слабых возмущений.

Как уже говорилось в разделе о Меркурии, существует гипотеза, что Венеру затормозил некогда существовавший у нее массивный естественный спутник, которым и был Меркурий. Рассмотрим эту гипотезу подробнее. У нашей Земли очень большая Луна. Часто даже говорят, что Земля и Луна — двойная планета. Еще одна двойная планета, Плутон-Харон, в 20 раз более тесная, чем Земля-Луна, находится на окраине Солнечной системы. Согласно гипотезе, двойной планетой была и Венера, у которой диаметр спутника составлял лишь немного меньше ее радиуса, а масса — до 7% массы планеты. Согласно предположению, под действием приливных сил Меркурий удалялся от Венеры (как Луна удаляется сейчас от Земли) и в конце концов потерял с ней связь. В результате Меркурий сохранил очень вытянутую орбиту. Собственно, предположения о роли спутника в торможении Венеры появились уже после определения ее периода вращения. Поначалу эта гипотеза служила для объяснения особенностей орбиты Меркурия.

В 1976 г. был поставлен математический эксперимент, в котором вычислялась эволюция орбиты Меркурия, помещенного вначале на орбиту спутника Венеры. Эксперимент не только не опроверг предположения о возможном убегании Меркурия, но показал, что оно неизбежно должно было произойти за очень короткое в космогонических масштабах время — менее 500 млн. лет. Благодаря приливному взаимодействию обеих планет одна часть энергии их вращения расходовалась на разогрев недр, другая — на увеличение орбиты спутника. Когда расстояние между ними достигло примерно 460 тыс. км., создались условия для убегания Меркурия через одну из лагранжевых точек системы Венера-Солнце, причем возможны были вторичные неустойчивые его захваты при последующих сближениях планет. Перед убеганием период орбиты Меркурия должен был составлять около 40 сут. Все это довольно близко к периоду обращения нашей Луны (27 сут.) и расстоянию до нее (385 тыс. км.).

В течение предшествовавших 500 млн. лет (или менее) приливы в теле Венеры из-за воздействия в 4,5 раза более массивного, чем наша Луна, спутника выделяли очень много тепловой энергии в коре и недрах Венеры. Должны были происходить сдвиги коры и быстрая дегазация недр Венеры, в результате чего должна была возникнуть горячая планета с плотной, горячей атмосферой, огромными горами и очень медленным вращением, что и наблюдается ныне.

Эта интересная гипотеза, но ее нельзя считать доказанной. Тем не менее, такая трактовка ранней истории Венеры и Меркурия объясняет целый ряд фактов, в частности резонансный, но не синхронный период обращения Меркурия вокруг Солнца (3/2 периода вращения), потерю момента вращения Венеры и Меркурия, отсутствие спутников у этих планет.

Первые полеты к Венере

Как ни странно, старые наземные наблюдения пятен на Венере, из которых был выведен 4-суточный период вращения, оказались правильными: к такому выводу привели космические наблюдения. Только период этот относится к облачному слою, а не к твердой поверхности планеты.

Увидеть Венеру вблизи и заглянуть под ее облачный покров стало возможным с началом полетов к ней автоматических космических аппаратов. 18 октября 1967 г. зонд «Венера-4» при парашютном спуске в атмосфере впервые измерил ее параметры и состав. На высоте 23 км., когда давление достигло 18 атм., аппарат разрушился. Но сопоставление полученных «Венерой-4» данных о высоте и давлении с радиозатменными сведениями зонда «Маринер-5», который прошел вблизи Венеры через 1 сут., позволило рассчитать давление у поверхности планеты — около 100 бар. Последующие зонды были более прочными: например, корпус «Венеры-7» выдерживал 180 бар. Именно этот зонд впервые сел на поверхность и передал, что давление атмосферы там 93 атм., а ее температура 750 К (477°С). Несмотря на специальное жаропрочное покрытие, через 23 мин. работы на поверхности приборы вышли из строя. Зонд «Венера-8» имел такую же конструкцию, но проработал на поверхности вдвое дольше. Более поздние зонды «Венера» кроме спускаемого аппарата имели орбитальный отсек с научными приборами для долговременных исследований.

В 1975 г. на орбиты искусственных спутников планеты вышли «Венера-9 и -10», а их спускаемые аппараты передали первые изображения поверхности. За короткий период исследований космическими аппаратами о Венере удалось получить намного больше данных, чем за всю историю астрономии. Дальнейшее развитие науки позволило увидеть топографию Венеры в глобальном масштабе. Для этого спутники планеты «Венера-15 и -16» имели радиолокаторы бокового обзора; американский аппарат «Магеллан» развил этот эксперимент и детально картировал всю поверхность планеты.

Состав и строение атмосферы

Под туманоподобными облаками Венеры, которые занимают интервал высот от 49 до примерно 75 км., лежит огромный газовый океан, в основном состоящий из раскаленного углекислого газа СО2; его в атмосфере 96,5%. Свет проникает сквозь атмосферу, но рассеяние так велико, что даже находясь под нижней кромкой облаков различить поверхность планеты невозможно. С глубиной плотность углекислотной атмосферы растет и у поверхности Венеры достигает 65кг/м3. Это только в 14 раз меньше плотности воды. Масса газовой оболочки Венеры составляет 5×1020кг, что в сотню раз превосходит массу земной атмосферы и вполне сравнимо с массой земных океанов (1,37×1021кг).