Главная » Статьи » Астрономия [ Добавить статью ]

Венера

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 дневной стороны 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.


Чтобы скачать материал, пожалуйста, авторизуйтесь или зарегистрируйтесь! Это быстро ! )