Загадки Венеры

Загадки Венеры

Венера - наша ближайшая соседка. Ее размеры, масса и плотность пород близки к земным. Вместе с тем ее магнитное поле почти в три раза слабее, чем на Земле. Венера очень медленно вращается вокруг своей оси в направлении, обратном вращению Земли. Давление на ее поверхности достигает 10 млн. Па, а температура около +500° С. На высоте 49 км над планетой простирается мощный слой облаков. Этим не исчерпываются загадки Венеры. Оставались неясными до последнего времени также причины резкого обеднения ее атмосферы водой, механизм ураганных ветров на высотах около 60 км, строение ее рельефа, состав слагающих пород и т. д.

Теперь, благодаря планомерному изучению планеты советскими учеными, многие ее тайны раскрыты.

В отличие от других планет земной группы, изучение Венеры с помощью телескопов оказалось невозможным. Ведь еще М. В. Ломоносов, наблюдая 6 июня 1761 г. прохождение планеты по диску Солнца, установил, что она окружена "знатною воздушною атмосферой, таковой (лишь бы не большею), какова обливается около нашего шара земного". Поэтому до последнего времени представления о строении поверхности и составе горных пород на Венере оставались гипотетическими. При этом некоторые исследователи приходили к фантастическим построениям. Предполагалось, например, что в атмосфере Венеры могут образовываться углеводороды. В этом случае, по мнению американского ученого Ф. Хойла, Венера должна быть покрыта океаном нефти. В другом варианте допускалось, что в атмосфере могут создаваться сложные молекулы, близкие к тем пластмассам, которые получают в заводских условиях, а поверхность планеты выстлана слоем природного пластика. По мнению американского исследователя Е. Эпика, для Венеры характерны сильные пыльные бури, нижние слои атмосферы насыщены пылью, что способствует поддержанию высокой температуры. В этом случае поверхность также должна быть покрыта слоем пыли, подобно тому, как это предусматривалось "пылевой гипотезой" Т. Голда для Луны. Даже не верится, что все это всерьез обсуждалось еще совсем недавно. Но, чтобы убедиться, достаточно обратиться к книге Ф. Уиппла "Земля, Луна и планеты", которая в русском переводе была издана в 1967 г. Подобные представления запечатлены и в красочном альбоме "Планеты Солнечной системы", опубликованном в Праге в 1963 г. Этот альбом подготовили чешские исследователи Й. Садил и Л. Пешек, сочетая художественный вымысел с научными представлениями. На выразительных, ярких пейзажах изображены красноватые скалы, приближающаяся пыльная буря, вулканические кратеры с озерами кипящей серы, мрачные морские просторы, чахлые побеги растительности на берегах. На этих пейзажах получили отображение все основные точки зрения на природу поверхности, допускавшие здесь условия влажного климата с развитием органического мира, близкого к палеозойскому на Земле, сухой безводной пустыни или океанических пространств.

В 1961 г. был произведен запуск первого космического аппарата в сторону Венеры. Станция "Венера-1" прошла на расстоянии менее 100000 км от планеты. "Венера-2", стартовавшая в 1965 г., приблизилась к планете на расстояние 24000 км. 1 марта 1966 г. "Венера-3" успешно достигает поверхности планеты.

Станция "Венера-4" совершила межпланетное путешествие в 1967 г. Ее спускаемый аппарат плавно погрузился в атмосферу планеты с помощью парашюта. Были произведены измерения температуры, давления и состава атмосферы. В 1969 г. к Венере были отправлены станции "Венера-5" и "Венера-6". Их спускаемые аппараты провели зондирование атмосферы до высоты 20 км над твердой поверхностью. В 1970 г. спускаемый аппарат станции "Венера-7" совершил мягкую посадку на планету. В течение 23 минут после посадки с него поступали сигналы с информацией о работе приборов. В 1972 г. на поверхность планеты совершил мягкую посадку спускаемый аппарат станции "Венера-8", с которого в течение 50 минут поступала важная информация.

Выдающимися достижениями в изучении Венеры ознаменовался 1975 г. Две станции "Венера-9" и "Венера-10" были выведены на орбиты искусственных спутников этой планеты. Их спускаемые аппараты плавно опустились на поверхность. С обоих аппаратов в течение 53 и 65 минут поступали панорамные телевизионные изображения местности и другая научная информация.

В 1978 г. изучение Венеры было продолжено станциями "Венера-11" и "Венера-12", которые достигли поверхности южнее области Бета. Наконец, в 1982 г. станции "Венера-13" и "Венера-14", совершив мягкую посадку на поверхность планеты, позволили осуществить целый комплекс научных исследований, в том числе бурение и отбор грунта для химического опробования. В результате выдающихся исследований, выполненных АМС серии "Венера", на смену гипотезам пришли строгие научные данные. Появилась возможность приподнять завесу загадочности некоторых явлений на планете.

В настоящее время можно уже определенно говорить о составе венерианской атмосферы. Как предполагалось раньше, она состоит из углекислого газа - на 97%. Кроме него в количестве около 3% присутствует азот. Доли процентов приходятся на инертные газы (главным образом аргон), кислород, сероводород, соляную и плавиковую кислоты, водяные пары и некоторые другие элементы.

Громадное количество углекислого газа в атмосфере Венеры связывается в основном с вулканической деятельностью. И на Земле при извержении вулканов в атмосферу выбрасывается углекислый газ. Периодические изменения климата на Земле, приводившие к оледенениям, некоторые ученые связывают именно с колебанием содержания углекислого газа в атмосфере Земли. На Венере углекислая атмосфера создает своеобразный "парниковый эффект", не пропуская в космическое пространство тепловое излучение планеты. Возможно, этим объясняются высокие температуры у поверхности планеты, достигающие 470° С.

Особый интерес вызывают облака Венеры, полностью скрывающие ее поверхность от наблюдения с Земли. Они находятся на высоте около 49 км и достигают мощности 20 км. По данным советских исследователей Л. В. Ксанфомалити, М. Я. Марова и А. Д. Кузьмина, анализировавших данные, полученные станциями "Венера" и "Пионер-Венера", облака имеют слоистое строение. Верхняя часть облаков, по-видимому, состоит из капелек серной кислоты, а в средней и нижней их частях, по всей вероятности, преобладают соли соляной кислоты в виде кристаллических частиц.

Отмечается сложная динамика атмосферы и движения облаков. По-видимому, существуют мощные полярные вихри и просто сильные ветры, наиболее интенсивные на высотах более 40 км. У поверхности планеты ветры слабые. Этим объясняется и отсутствие пыли в местах посадок спускаемых аппаратов станций "Венера".

Из-за развития мощной атмосферы единственным надежным средством дистанционного изучения поверхности остается зондирование. С помощью наземных радиотелескопов были изучены приэкваториальная полоса и отдельные участки диаметром 1500 км. Эксперименты по радиокартированию Венеры были выполнены со станций "Венера-9" и "Венера-10". Отраженные от поверхности Венеры сигналы принимались земными радиотелескопами. При этом было установлено несколько протяженных уступов в южном полушарии, вытянутых в широтном направлении на несколько сотен километров при высоте до 3 км.

Схематическая карта поверхности Венеры. Составлена по результатам радиолокационной съемки и измерения высот с АМС

Радиолокационная съемка Венеры была осуществлена с американского спутника "Пионер-Венера". Разрешение этих радиоизображений порядка 30-50 км. По данным радиолокационного зондирования, выполненного со спутника, составлена карта, охватывающая 83% поверхности планеты, между 75° с. ш. и 63° ю. ш.

Данные о рельефе Венеры позволяют выделить на ее поверхности низменности, представляющие собой впадины, холмистые равнины и горные массивы.

Низменности, расположенные ниже среднего уровня планеты (6051 км) на 1-2,5 км, занимают 16% ее поверхности. Они образуют две широкие дугообразные полосы впадин, расположенные по обе стороны экватора и соприкасающиеся своими выпуклыми частями почти по нулевому меридиану. Они имеют сглаженный рельеф и слабо насыщены кольцевыми структурами импактного происхождения, что указывает на относительную молодость рельефа.

Холмистые равнины занимают 60% поверхности. Их гипсометрический уровень не превышает 500 м от среднего уровня планеты. Они отличаются однородной отражательной способностью в радиодиапазоне. Основными формами рельефа являются небольшие гряды, холмы и западины. Поверхность равнин осложнена большим числом кольцевых структур-кратеров, диаметры которых достигают 400-600 км, а глубина 200-700 м. У некоторых структур намечаются центральные горки, что подтверждает их импактное происхождение. Относительно малая глубина кратеров вместе со следами разрушения свидетельствует об их древности. Отчетливо выраженные крупные кратеры получили наименования Лиза, Мейтнер, Сапфо и Ева. Многочисленны мелкие кратеры диаметром 150-200 км и глубиной в первые сотни метров. Наличие на поверхности холмистых равнин большого числа сильно разрушенных древних кратеров дает основание сопоставлять их с древними континентальными областями Луны и Марса. В пределах континентальных равнин практически нет крупных щитовых вулканов. Исключением может быть гора Хатор, однако ее вулканическая природа еще строго не установлена.

Возвышенные районы охватывают 24% поверхности, образуя четыре изолированных горных страны: Земля Иштар и Земля Афродиты и области Бета и Альфа. Земля Иштар представляет собой плато, осложненное горными сооружениями. Его высота 3-7 км над средним уровнем. Плато имеет форму широкого овала, вытянутого в широтном направлении на 2000 км. От смежных равнин оно отделено крутыми уступами. Относительно выровненный участок в пределах земли Иштар получил название плато Лакшми. Плато обрамлено горами Акны, Фрейи и Максвелла. В горах Максвелла зарегистрирована высшая точка планеты, возвышающаяся на 11,8 км над средним уровнем и на 9 км над примыкающей к горам местностью. На восточном склоне гор Максвелла расположен кратер диаметром 100 км и глубиной 1 км. Для него предполагается вулканическое происхождение.

Земля Афродиты имеет форму широтно ориентированного овала протяженностью 1500 км. Ее вершины поднимаются до 9 км над средним уровнем. По радиоастрономическим наблюдениям в пределах Земли Афродиты выделены округлые поднятия. Их поперечник составляет 700 км при высоте над окружающей местностью 6-8 км.

Область Бета представляет собой меридионально ориентированное поднятие высотой 5-6 км над средним уровнем, увенчанное двумя крупными щитовыми вулканами - горами Реи и Тейи. Один из вулканов имеет относительную высоту 5 км, а в поперечнике около 700 км. На его вершине находится кальдера диаметром около 90 км. Этот вулкан по своим размерам превышает величайший вулкан Марса - Олимп, однако уступает ему по высоте. Американские исследователи Р. Саундерс и М. Малин предположили, что венерианские вулканы не могут быть слишком высокими из-за большего, чем на Марсе, значения силы тяжести на планете. Кроме того на Венере активно должно происходить разрушение рельефа под действием химического выветривания из-за высокого содержания в атмосфере кислот и других активных компонентов.

Область Альфа представляет собой поднятие высотой 1800 м над средним уровнем. Оно отличается значительной изрезанностью в связи с развитием субпараллельных разломов.

Судить о тектонической природе возвышенных областей Венеры следует с учетом молодости и значительной расчлененности развитого в их пределах рельефа, отсутствия древних крупных разрушенных кратеров импактного происхождения, приуроченности к ним всех наиболее крупных щитовых вулканов, явной связи с рифтогенными структурами. Все это дает полное основание для сопоставления возвышенных областей Венеры с тектоно-вулканическими поднятиями Марса Фарсида и Элизий.

В центральной части планеты прослеживается целый ряд трещин, образующих рифтовую систему, имеющую, возможно, глобальный характер. В плане рифтовая система, по данным А. М. Никишина, напоминает огромный треугольник, ориентированный с востока на запад, основание которого расположено южнее поднятия Бета. В широтном направлении рифтовая система Венеры протягивается вдоль поднятия Афродиты на расстояние свыше 20000 км.

Несмотря на развитие рифтовой системы, можно предположить, что в целом по сравнению с Землей и Марсом количество разрывных нарушений на Венере может быть меньше. Из-за медленного вращения планеты и малых значений сил Кориолиса на ней, по-видимому, не так интенсивно развита система планетарной трещиноватости.

Об основных этапах тектонической эволюции можно судить исходя из особенностей структуры поверхности Венеры с учетом данных сравнительной планетологии. Первоначально возникла древняя кора континентального типа, испытавшая интенсивную метеоритную бомбардировку. По аналогии с Луной, этот процесс завершился примерно на рубеже 4 млрд. лет. Позднее образовались впадины, выполненные базальтами, так же как и на других планетных телах земной группы. Наиболее молодыми тектоническими элементами являются тектоно-вулканические поднятия, увенчанные, как и на Марсе, гигантскими щитовыми вулканами. Будем надеяться, что, в отличие от Марса, эти вулканы еще не прекратили своей активности. В этом случае получат объяснение особенности состава атмосферы Венеры и концентрация молний вблизи вулканов, свежесть обломочного материала и развитие крутых склонов вблизи поднятия Бета с его четко выраженными крупными вулканами.

Определение состава пород Венеры стало возможным после посадок на ее поверхность спускаемых аппаратов со станции серии "Венера", на которых были установлены гамма-спектрографы. Они проводили анализ содержания в грунте естественных радиоактивных элементов: урана, тория и изотопа калия. Тип породы в месте посадки спускаемого аппарата АМС "Венера-8" по содержанию радиоактивных элементов оказался близким к земным гранитам, в районах посадок "Венеры-9" и "Венеры-10" - к базальтам. Спускаемым аппаратом станции "Венера-10" была определена плотность грунта с помощью радиоактивного плотномера. Она оказалась 2,7 г/см³, что полностью подтвердило данные радиолокации. Просмотр последних панорам планеты и результаты химических анализов пород, по мнению советских ученых, позволяют прийти к заключению, что на 70% ее поверхность сложена древнейшими базальтами, аналоги которых на Земле образуются на глубинах 60-80 км. Предварительные данные химического анализа пород указывают, что в районе посадки станции "Венера-13" залегает порода, претерпевшая химическое выветривание и отвечающая по составу лейцитовому базальту. Этот тип глубинных базальтовых пород с высоким содержанием калия и магния встречается в земных условиях достаточно редко. А порода, изученная в районе приземления станции "Венера-14" и представляющая собой толеитовый базальт, распространена на Земле довольно широко.

Для изучения строения поверхности особенно много дают телевизионные панорамные изображения, передаваемые со спускаемых аппаратов. Так, спускаемый аппарат станции "Венера-9" передал изображение поверхности северо-восточной окраины области Бета. Ее поверхность покрыта крупными остроугольными камнями. Поперечник самых крупных из них составляет 50-70 см при высоте 15-20 см. Они имеют форму пластин со ступенчатыми отколами. Между камнями поверхность покрыта светлым мелкоземистым материалом. На отдельных камнях видны темные пятна, напоминающие ячеи выветривания. Аппарат находится на склоне крутизной около 30°. Склон покрыт каменистой осыпью. Острые грани осколков свидетельствуют о том, что они образовались совсем недавно и не подверглись значительным разрушениям.

Спускаемый аппарат станции "Венера-10" совершил посадку к юго-востоку от области Бета, примерно в 2000 км от места посадки спускаемого аппарата станции "Венера-9". Он передал изображение местности, представляющей собой ровную каменистую пустыню. Крупные глыбы имеют поперечник более 3 м, покрыты темными пятнами, отвечающими углублениям типа ячей выветривания. Каменные глыбы погружены в темный грунт. Глыба расколота трещинами. По облику она напоминает земные магматические породы, подвергшиеся значительным изменениям.

На панорамах области Бета, полученных со станций "Венера-13" и "Венера-14", отчетливо изображены крупные глыбы скалистой слоистой породы темно-серого цвета с ячеистой поверхностью. Пространство между глыбами покрыто мелкозернистым буровато-черным материалом. Отсутствие заметных вторичных изменений изученных пород может свидетельствовать об их молодом возрасте.

Очень интересно решалась проблема отбора грунта на станциях "Венера-13" и "Венера-14". Как рассказывает В. Л. Барсуков, специальные грунтозаборные устройства произвели отбор проб пород, затем механизмы подачи грунта передали их внутрь герметичных отсеков. При этом был произведен сброс температуры отобранных проб с 457° до 20-30° С, а давления - с 10 млн. Па до 10 тыс. Па. После этого пробы были поданы в приемные камеры рентген-флюоресцентных анализаторов, которые определили в них содержание основных породообразующих химических элементов (от натрия до железа) и передали полученные спектры на Землю. Вероятно, что состав атмосферы Венеры не может не оказывать влияния на породы ее поверхности. Этот вопрос был рассмотрен советскими учеными В. Л. Барсуковым и В. П. Волковым. Они исходили из новейших данных о различиях в составе восходящих и нисходящих потоков подоблачной тропосферы. Нисходящие потоки содержат повышенные концентрации водяного пара и серу. В состав восходящих потоков включаются газообразные продукты взаимодействия газов с горными породами, а также газы глубинного происхождения. Расчеты показали, что при взаимодействии нисходящих потоков тропосферы с базальтами возникают пирит, ангидрит и амфиболы, тогда как в случае восходящих потоков образуются только пирит и ангидрит. При этом породы типа гранитов не должны испытывать существенных преобразований. Однако авторы справедливо замечают, что величина такого рода химического выветривания не может быть надежно определена, поэтому неясно, покрыта ли Венера сплошь измененными породами или только тонкими поверхностными пленками.

Панорама поверхности Венеры (АМС 'Венера-13' и 'Венера-14')

Изучение Венеры продолжается. В соответствии с программой исследований космического пространства и планет Солнечной системы в июне 1983 г. в Советском Союзе осуществлены запуски АМС "Венера-15" и "Венера-16". Обе станции аналогичны по конструкции и назначению. Полет двух станций даст возможность провести независимые комплексные измерения над различными районами Венеры с орбит искусственных спутников этой планеты.

Каждый новый результат изучения планет приближает нас к более глубокому познанию Земли, и в этом существенная роль принадлежит достижениям советской науки, благодаря которым представилось возможным раскрыть некоторые тайны Венеры.