Солнечная система - Владимир Сурдин

Парадокс устойчивости рельефа

Существование на поверхности Венеры высоких гор еще недавно казалось сомнительным. В самом деле, материал, из которого сложена кора Венеры, по составу близок к базальту.

Об этом говорят все измерения. На Земле высокие горы плавают на более плотной мантии за счет «поплавков» — корней из материала относительно малой плотности, например толстого слоя базальта. Однако температура поверхности Венеры (460°С) такая же, как на глубине около 15 км. в земной коре. Если градиент температуры там такой же, как на Земле, то на уровне нижней части корней горных массивов базальт должен быть размягченным. Следовательно, высокие горы Венеры за непродолжительное время, казалось бы, должны «утонуть» в литосфере планеты. Но они не тонут. Объяснить это можно было бы тем, что литосфера имеет более толстый свод, и уровень размягчения коры сдвинут вниз. Но для этого требуется уменьшить градиент температуры в коре, а значит — сократить поток тепла, поступающего снизу.

Известно, что часть теплового потока создается за счет распада радиоактивных элементов, рассеянных в литосфере и, частично, в мантии, главным образом — урана, тория и калия-40. Измерения с зондов «Венера» показали, что эти элементы действительно содержатся в коре Венеры и должны создавать соответствующий градиент температуры.

Другая, значительная часть тепла, выходящего сегодня сквозь кору Земли, родилась на ранней стадии ее истории. Если высокие горы Венеры действительно указывают на малый температурный градиент в ее недрах, то это означает, что начальный запас тепла у нее был меньше, чем у Земли, либо она каким-то образом растеряла запасы своего тепла еще на ранней стадии эволюции.

Анализ рельефа Венеры указывает на большие различия геологических историй ее и Земли. Тектонические явления на Венере не носят глобального характера. Во многих местах сохранилась древняя кора. Не исключено, что поступление в атмосферу малых газообразных составляющих происходит за счет вулканической активности. Литосфера Венеры, несмотря на высокую температуру поверхности, удерживает от погружения в мантию огромные горные массивы. Несмотря на весьма плотную атмосферу во множестве сохранились ударные метеоритные кратеры.

Кроме геологических различий, есть, по-видимому, различия в составе. Если бы химический состав обеих планет совпадал полностью, средняя плотность Венеры была бы 5,34, а не 5,24 г/см3. Что же касается плотности поверхности (2,0—2,9 г/см3), то она близка к плотности поверхностных пород Земли.

«Электрический дракон» Венеры

До 1980-х годов отсутствовали сведения о грозах на других планетах, хотя предположения высказывались. По мере углубления знаний о составе атмосферы Венеры возник вопрос о том, откуда берутся некоторые ее малые составляющие. Была высказана догадка, что их происхождение связано с электрическими разрядами в атмосфере — молниями, под действием которых, например, в земной тропосфере образуются озон, окислы азота и даже циан. Некоторые астрономы сообщали о том, что иногда ночная сторона Венеры слегка светится. Но если это свечение было вызвано молниями, то на Венере они должны были вспыхивать в тысячи раз чаще, чем на Земле.

Специальные радиоприемники «Венеры-11 и -12» в декабре 1978 г. не только обнаружили многочисленные электрические разряды в атмосфере Венеры, но и установили некоторые их особенности. Судя по большому числу принимавшихся радиоимпульсов, венерианские молнии действительно многочисленнее земных. Зонд «Пионер-Венера» также принял низкочастотное радиоизлучение, отождествленное с электромагнитными импульсами молний. Была рассчитана яркость ночных облаков за счет их подсветки изнутри молниями: она оказалась немалой. Наконец, в 1995 г. появилось сообщение, что вспышки молний действительно удалось наблюдать при помощи наземных телескопов.

Но с грозами на Венере еще не все ясно. Анализ показывает, что в облаках планеты слишком мала масса материала, чтобы накопился большой заряд и возникла молния. Далее, высотная зависимость напряженности низкочастотного поля, полученная на зондах «Венера-11, -12, -13 и -14», показала: источник импульсов, возможно, находился на небольших высотах, а не в облаках. Далее поступили сообщения о странных явлениях, происходивших с четырьмя американскими зондами «Пионер-Венера» глубоко под нижней границей облаков. У всех зондов на высоте около 12,5 км. были повреждены датчики температуры и другие устройства. Лабораторные исследования приборов-двойников показали, что наиболее вероятной причиной повреждения мог быть внешний электрический разряд. Если учесть, что зонды опускались в совершенно разных районах планеты, напрашивается вывод, что электрически активная зона в атмосфере расположена низко и имеет глобальную протяженность. Еще раньше отмечались особенности радиосигналов с «Венер», словно они проходили сквозь слой плотной плазмы. Но существование плазмы на этих высотах необъяснимо с точки зрения теории. Природа электрической активности на этих высотах остается непонятной.

Если учесть, что низкочастотные радиоволны в атмосфере Венеры распространяются не на очень большие расстояния, то район, в котором принят импульс, можно грубо считать местом его возникновения. Оказалось, что импульсы действительно концентрируются в нескольких районах планеты, в том числе у горных массивов Бета и Феба, которые относятся к вулканическим, и в восточной части Земли Афродиты. В 1990 г. аппарат «Галилей» на сложном пути к Юпитеру сблизился с Венерой. Его приборы тут же зарегистрировали знакомые электромагнитные всплески, идущие от планеты. И в этом эксперименте был сделан прежний вывод: импульсы рождаются в мощных электрических разрядах на планете. К сожалению, эксперимент не позволял определить, откуда приходят импульсы, хотя область Феба была в пределах видимости.

Именно близ Фебы в 1978 и 1982 гг. опустились аппараты «Венера-11, -12, -13 и -14». Возможно, «Венера-11» попала в одну из самых активных областей. Позже установили, что районы регистрации электромагнитных импульсов обычно соседствуют с областями гравитационных аномалий. На Земле такие аномалии сопутствуют молодому вулканизму, причем при извержениях вулканов часто наблюдаются электрические разряды. Поэтому не исключено, что молнии на Венере связаны не с облаками, а с вулканическими извержениями, которые еще предстоит обнаружить.

Недра Венеры. Отсутствие магнитного поля

Если тепловыделение от распада радиоактивных элементов в коре Земли и Венеры одинаково, то средний тепловой поток через поверхность планеты должен быть около 0,05 Вт/м2. Благодаря конвекции в мантии Земли, тепловой поток выносится на ее поверхность главным образом через «горячие точки» — срединноокеанические рифты и, в меньшей степени, вулканы. Но на Венере, где рифты немногочисленны, основной вынос тепла может происходить лишь при извержении вулканов. Просачивание тепла сквозь кристаллическую кору благодаря молекулярной теплопроводности для Венеры должно играть второстепенную роль, так как при большом тепловом потоке существование высоких гор на планете было бы невозможным. Постоянно извергающиеся вулканы могли бы дать выход теплу и сохранить от плавления корни горных массивов.