Есть ли на венере атмосфера – состав, давление, ускорение свободного падения

Атмосфера Венеры | Живой космос

Поделитесь с друзьями!

Венера имеет очень плотную атмосферу. Она состоит в основном из углекислого газа, который создает поверхностное давление в 90 раз большее, чем на Земле. Это массивное одеяло из углекислого газа является причиной парникового эффекта, который нагревает поверхность планеты до средней температуры 467 ° C. Этого достаточно для того, чтобы расплавить свинец.

Облака Венеры содержат капли серной кислоты, а также соединения хлора и фтора. Они испускают кислотный дождь, называемый вирга. Этот дождь испаряется до того, как достигает поверхности. В верхней части атмосферы облака движутся со скоростью около 300 километров в час под воздействием сильных ветров.

Состав атмосферы Венеры на уровне поверхности	Основные компоненты (по объему) 96,5% диоксида углерода (CO 2 ) 3,5% азота (N 2 )Незначительные компоненты  (части на миллион) 150 диоксид серы (SO 2 ) 70 аргон (Ar) 20 водяной пар (H 2 O) 17 углерода монооксид (CO) 12 гелий (He) 7 неон (Ne)
Поверхностное давление	92 бара
Поверхностная плотность	~ 65 кг / м 3
Скорость ветра на поверхности	0,3-1,0 м / с

История наблюдений

Астрономам давно известен факт, что Венера постоянно окутана плотным слоем белых облаков. Но после появления телескопов это стало очевидно. По аналогии с Землей обычно предполагалось, что эти облака состоят из водяного пара. И этот вывод был подтвержден ранними спектроскопическими исследованиями. И все же состав атмосферы оставался предметом догадок. Это продолжалось до тех пор, пока в 1932 году Уолтер Адамс и Теодор Данхэм не установили, что ее основой является углекислый газ.

Размышления о свойствах облаков Венеры продолжались. В 1937 году Р. Вильдт предположил, что они состоят из метонала (формальдегида). В 1954 году Фред Уиппл и Дональд Мензел предложили в качестве их основы кристаллы льда. Сейчас известно, что состоят они в основном из серной кислоты.

Гидроксильный радикал в атмосфере Венеры

В майском выпуске Astronomy & Astrophysics за 2008 год сообщалось об обнаружении гидроксильного (-ОН) радикала в ночном потоке атмосферы Венеры. Открытие было сделано с помощью прибора, находящегося на борту аппарата Venus Express. Это было первое обнаружение -ОН в атмосфере другой планеты. Открытие было очень важным, поскольку оно позволило получить новое понимание динамики верхних слоев атмосферы и климатической системы Венеры.

Холодный слой

Хотя поверхность Венеры и разогрета до температуры 467 ° C, и значительная часть атмосферы планеты также имеет высокую температуру, в атмосфере есть слой, который на удивление холодный – на самом деле он холоднее, чем какая-либо часть атмосферы Земли. Измерения, сделанные зондом Venus Express, показали, что на высоте около 125 километров над поверхностью температура падает до удивительно низкой температуры в -175 ° C. Теоретически этого достаточно для образования снега из углекислого газа.

Поделитесь с друзьями!

alivespace.ru

Атмосфера Венеры — объяснение для детей

Астрономия для детей > Ответы на частые вопросы > Атмосфера Венеры

Какая атмосфера у Венеры: описание планеты для детей с фото, состав, есть ли атмосфера, температура, наличие газа и парниковый эффект, климат, погодные условия.

Для самых маленьких это может быть новостью, но Венера, хоть и занимает вторую позицию в нашей системе, но завоевала титул самой горячей планеты. Как так вышло?

Атмосферный макияж Венеры — объяснение для детей

Напомним, что Венера — самая горячая планета Солнечной системы. У ребят и взрослых может сразу сложиться впечатление, что при таких условиях крайне сложно удерживать атмосферу. Однако все совершенно не так. Далее вы узнаете не только много интересных фактов о планете Венера, но и сможете понять состав атмосферы, причины наличия атмосферного слоя и что скрывается на поверхности. Обязательно подключайте к описанию планеты рисунки и наши фото, полученные телескопами и космическими аппаратами.

Начать объяснения для детей родители или учителя в школе могут с того, что атмосфера Венеры состоит из углекислого газа. В небольших количествах присутствует также азот и облака из серной кислоты. Многие удивятся, но воздух там настолько плотный, что азотных следов в 4 раза больше, чем на нашей планете (это важно, ведь азот занимает ¾ атмосферы Земли). Из-за такого состава сформировался сильный парниковый эффект. Именно он удерживает тепло и не позволяет планете остыть. Так случилось еще при формировании ядра планеты, которое гравитацией притягивало газ.

Искусственный цвет облаков Венеры, запечатленный на камеру Венеры-Экспресс.

Но облака не только нагревают планету, но и служат защитной пленкой. Важно объяснить детям, что они не позволяют рассмотреть поверхность с космоса и спасают от метеоритов (кроме самых крупных).

Хотя Венера и Земля похожи по многим параметрам, но если вы окажетесь на планете, то воздух покажется в 90 раз тяжелее, чем наш. Вы почувствуете давление, напоминающее то, когда ныряешь на глубину 900 метров.

Атмосфера состоит из двуокиси углерода (96%), азота (3.5%), монооксида углерода, водяного пара и диоксида серы (меньше 1%).

Климат и погодные условия Венеры — объяснение для детей

Дети должны запомнить, что ветер разгоняется до 360 км/ч, поэтому облака Венеры не прекращаются двигаться. Хотя вращение планеты происходит очень медленно (раз в 243 дня), облака скапливаются в верхней части каждые 4 дня. Ближе к поверхности ветер утихает.

Чтобы дать понятное объяснение для детей, важно напомнить, что земные времена года существуют, так как планета вращается под наклоном. Ближайшее полушарие к Солнцу получает больше тепла и переживает весну и лето. Но Венере это не грозит, так как толстый атмосферный слой не позволяет вмешиваться в дела планеты. Поэтому на ней царствует постоянная жара.

Облака кажутся желтыми или белыми. Здесь нет штормов или полос, которые наблюдаются на Юпитере и Сатурне.

Теперь вы знаете, как выглядит атмосфера Венеры и ее особенности. Если детям или школьникам любого возраста будет любопытно узнать больше интересных фактов и подробностей о второй планете от Солнца, то обязательно посетите остальные страницы раздела. Не забудьте воспользоваться 3D-моделью Солнечной системы, где показаны все планеты, а также карта Венеры, ее поверхность и особенности вращения по орбите. В остальном вам всегда помогут наши, фото, картинки, рисунки, а также онлайн телескоп, функционирующий в режиме реального времени.

---

v-kosmose.com

Атмосфера Венеры — Википедия (с комментариями)

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Атмосфера Венеры — газовая оболочка, окружающая Венеру. Состоит в основном из углекислого газа и азота; другие соединения присутствуют только в следовых количествах^[3][1]. Содержит облака из серной кислоты, которые делают невозможным наблюдение поверхности в видимом свете, и прозрачна лишь в радио- и микроволновом диапазонах, а также в отдельных участках ближней инфракрасной области^[4]. Атмосфера Венеры намного плотнее и горячее атмосферы Земли: её температура на среднем уровне поверхности составляет около 740 К (467 °С), а давление — 93 бар^[1].

Атмосфера Венеры находится в состоянии сильной циркуляции и вращения

[5]. Она делает полный оборот всего за четыре земных дня, что во много раз меньше периода вращения планеты (243 дня)^[6]. Ветра́ на уровне верхней границы облаков достигают скорости 100 м/с (~360 км/ч)^[1][5], что превышает скорость вращения точек на экваторе планеты в 60 раз. Для сравнения, на Земле самые сильные ветра имеют от 10 % до 20 % скорости вращения точек на экваторе^[7]. Но по мере уменьшения высоты скорость ветра снижается, и у поверхности достигает значений порядка метра в секунду^[1]. Над полюсами существуют антициклонические структуры, называемые полярными вихрями. Каждый вихрь имеет двойной глаз и характерный S-образный рисунок облаков^[8].

В отличие от Земли, Венера не имеет магнитного поля, и её ионосфера отделяет атмосферу от космического пространства и солнечного ветра. Ионизированный слой не пропускает солнечное магнитное поле, придавая Венере особое магнитное окружение. Оно рассматривается как индуцированная магнитосфера Венеры. Лёгкие газы, в том числе водяной пар, постоянно сдуваются солнечным ветром через индуцированный хвост магнитосферы

[5]. Предполагается, что около 4 миллиардов лет назад атмосфера Венеры была больше похожа на земную, а на поверхности была жидкая вода. Необратимый парниковый эффект, возможно, был вызван испарением поверхностной воды и последующим повышением уровней других парниковых газов^[9][10].

Несмотря на экстремальные условия на поверхности планеты, на высоте 50—65 км атмосферное давление и температура практически такие же, как на поверхности Земли. Это делает верхние слои атмосферы Венеры наиболее похожими на земные в Солнечной системе (причем даже больше, чем на поверхности Марса). Из-за сходства давления и температуры, а также того факта, что воздух для дыхания (21 % кислорода, 78 % азота) на Венере является поднимающимся газом (так же, как гелий является поднимающимся газом на Земле), верхние слои атмосферы были предложены учёными в качестве подходящего места для исследования и колонизации

[11].

Структура и состав

Состав

Атмосфера Венеры состоит из углекислого газа, небольшого количества азота и ещё меньшего — других веществ. Хотя процентное содержание азота там намного меньше, чем в атмосфере Земли (3,5 % против 78 %), его общая масса примерно вчетверо больше. Это результат того, что атмосфера Венеры значительно плотнее земной^[1][12].

В атмосфере Венеры есть и другие компоненты, но в очень малом количестве. Это диоксид серы (SO₂), водяной пар (H₂O), угарный газ (CO), инертные газы, хлороводород (HCl) и фтороводород (HF)^[3][2][5]. Водорода в атмосфере Венеры относительно мало. Вероятно, большое количество водорода было рассеяно в космосе^[13], а остальная часть связана, в основном в составе серной кислоты и сероводорода. На потерю планетой большого количества водорода указывает высокое содержание в оставшемся водороде дейтерия (он, как тяжёлый изотоп, теряется медленнее)

[5]. Доля дейтерия составляет 0,015—0,025, что в 100—150 раз выше, чем земное значение 0,00016^[2][14]. В верхних слоях атмосферы Венеры это соотношение в 1,5—2 раза выше, чем в целом по атмосфере^[2][3].

Тропосфера

Общая характеристика

Атмосфера Венеры разделена на несколько слоёв. Наиболее плотная часть атмосферы — тропосфера — начинается на поверхности планеты и простирается до 65 км. Ветры у раскалённой поверхности слабые^[1], однако в верхней части тропосферы температура и давление уменьшаются до земных значений, и скорость ветра возрастает до 100 м/с^[5][15].

Атмосферное давление на поверхности Венеры в 92 раза выше, чем на поверхности Земли, и равно давлению на глубине около 910 метров под водой. Из-за этого углекислый газ фактически является уже не газом, а сверхкритическим флюидом. Таким образом, нижние 5 км тропосферы представляют собой полужидкий-полугазообразный океан. Атмосфера Венеры имеет массу 4,8·10²⁰ кг, что в 93 раза превышает массу всей атмосферы Земли^[1], а плотность воздуха у поверхности составляет 67 кг/м³, то есть 6,5 % от плотности жидкой воды на Земле^[1].

Большое количество CO₂ в атмосфере вместе с парами воды, сернистым газом и составляющими облаков создаёт сильный парниковый эффект. Он делает Венеру самой горячей планетой Солнечной системы, хотя она расположена вдвое дальше от Солнца и получает на единицу площади вчетверо меньше энергии, чем Меркурий. Средняя температура её поверхности — 740 К^[3] (467 °С). Это выше температуры плавления свинца (600 К, 327 °C), олова (505 К, 232 °C) и цинка (693 K, 420 °C). Из-за плотной тропосферы разница температур между дневной и ночной сторонами незначительна, хотя сутки на Венере очень длинны: в 116,8 раз дольше земных^[1].

Атмосфера

Высота (км)	Темп. (°C)	Атмосферное давление (× Земли)[16]:3
0	462	92,10
5	424	66,65
10	385	47,39
15	348	33,04
20	308	22,52
25	266	14,93
30	224	9,851
35	182	5,917
40	145	3,501
45	112	1,979
50	77	1,066
55	29	0,5314
60	−10	0,2357
65	−30	0,09765
70	−43	0,03690
80	−76	0,004760
90	−104	0,0003736
100	−98	0,00002660

Тропосфера Венеры содержит 99 % всей атмосферы планеты по массе. 90 % атмосферы Венеры находится в пределах 28 км от поверхности. На высоте 50 км атмосферное давление примерно равно давлению на поверхности Земли^[17]. На дневной стороне Венеры облака достигают высоты около 65 км, а на ночной — 90 и более км^[18].

Тропопауза — граница между тропосферой и мезосферой — расположена чуть выше 50 км^[15]. Это высота, где условия наиболее похожи на условия на поверхности Земли. По данным измерений советских зондов от «Венера-4» до «Венера-14» и американских «Пионер-Венера-2», область от 52,5 до 54 км имеет температуру между 293 К (20 °C) и 310 K (37 °C), а на высоте 49,5 км давление становится таким же, как на Земле на уровне моря^[15][19]. Это оптимальная область для исследовательских кораблей или колоний, где температура и давление будут подобными земным^[11][16].

Циркуляция

Циркуляция в тропосфере Венеры примерно соответствует так называемому циклострофическому приближению^[5]. При этом скорость воздушных потоков определяется балансом барического градиента и центробежных сил в почти правильном зональном воздушном течении. Для сравнения, циркуляция в земной атмосфере определяется геострофическим балансом^[5]. Скорость ветров на Венере может быть непосредственно измерена только в верхних слоях тропосферы (тропопаузе) между 60 и 70 км, что соответствует верхнему слою облаков^[20]. Движение облаков, как правило, наблюдается в ультрафиолетовой части спектра, где контраст между облаками является самым высоким^[20]. На снимках в ультрафиолетовом диапазоне АМС «Маринер-10» были обнаружены три V-образные неоднородности атмосферы, равномерно расположенные вдоль экватора^[21]:113. Линейная скорость ветров на этой высоте ниже широты 50° составляет около 100 ± 10 м/с, и они являются ретроградными, то есть дуют в направлении, обратном вращению планеты^[20]. С увеличением широты ветра быстро ослабевают, и на полюсах исчезают полностью. Такие сильные ветра около верхней границы облаков делают круг вокруг планеты быстрее, чем вращается сама планета (супервращение атмосферы)^[5][16]. Супервращение на Венере является дифференциальным, то есть экваториальная тропосфера вращается медленнее, чем тропосфера средних широт^[20]. У ветров также есть сильный вертикальный градиент: их скорость по мере снижения уменьшается со скоростью 3 м/с на км^[5]. Ветра вблизи поверхности Венеры намного медленнее, чем на Земле, и имеют скорость всего несколько километров в час (как правило, менее 2 м/с — в среднем от 0,3 до 1,0 м/с). Однако из-за высокой плотности атмосферы у поверхности этого вполне достаточно для переноса пыли и мелких камней по всей поверхности, подобно медленному течению воды^[1][22].

Предполагается, что все ветра на Венере, в конечном счёте, обусловлены конвекцией^[5]. Горячий воздух поднимается в экваториальной зоне, где наблюдается наибольший нагрев Солнцем, и направляется к полюсам. Такое явление называется ячейкой Хадли^[5]. Однако меридиональные (север-юг) движения воздуха гораздо медленнее, чем зональные ветра. Граница ячейки Хадли на Венере находится около широт ± 60°^[5]. Здесь воздух начинает спускаться и возвращается к экватору у поверхности. Такая гипотеза движения воздуха подкрепляется распространением угарного газа, который также сосредоточен в районе широт ± 60°^[5]. В диапазоне широт 60—70° существуют холодные полярные воротники^[5][8]. Они характеризуются температурой на 30—40 К ниже, чем верхние слои тропосферы в соседних широтах^[8]. Более низкая температура, вероятно, вызвана подъёмом воздуха в них и адиабатическим охлаждением^[8]. Такая интерпретация подтверждается более плотными и более высокими облаками в этих областях. Облака находятся на высоте 70—72 км, что на 5 км выше, чем на полюсах и меньших широтах^[5]. Между холодными воротниками и высокоскоростными струями средних широт, в которых скорость ветра достигает 140 м/с, может существовать связь. Такие струи являются естественным следствием циркуляции Хадли и должны существовать на Венере между широтами 55—60°^[20].

В холодных полярных воротниках находятся нерегулярные структуры, известные как полярные вихри^[5]. Это гигантские ураганы, аналогичные земным штормам, но в четыре раза больше. Каждый вихрь имеет два «глаза» — центра вращения, которые связаны отчетливой S-образной структурой облаков. Такие структуры с двойным глазом также называют полярными диполями^[8]. Вихри вращаются с периодом около 3 дней в направлении общего супервращения атмосферы^[8]. Вблизи их внешних границ линейная скорость ветра достигает 35—50 м/с и уменьшается до нуля в центрах^[8]. Температура в верхних облаках полярных вихрей гораздо выше, чем в близлежащих полярных воротниках, и достигает 250 К (−23 °С)^[8]. Общепринятое объяснение полярных вихрей состоит в том, что они являются антициклонами с даунвеллингом в центре и апвеллингом в холодных полярных воротниках^[5]. Этот тип циркуляции напоминает зимние полярные антициклоны на Земле, особенно над Антарктидой. Наблюдения показывают, что антициклонная циркуляция, наблюдаемая вблизи полюсов, может проникнуть на высоту 50 км, то есть до основания облаков^[8]. Полярная верхняя тропосфера и мезосфера чрезвычайно динамичны — большие яркие облака могут появляться и исчезать в течение нескольких часов. Один такой случай наблюдался зондом «Венера-экспресс» в период между 9 и 13 января 2007 года, когда южная полярная область стала на 30 % ярче^[20]. Это событие, вероятно, было вызвано выбросом в мезосферу сернистого газа, который затем сконденсировался, образуя яркую дымку^[20].

Первый вихрь на Венере был обнаружен на северном полюсе аппаратом «Пионер-Венера-1» в 1978 году^[23]. Аналогичный вихрь с двойным глазом на южном полюсе был открыт в 2006 году зондом «Венера-экспресс»^[8][24].

Верхняя атмосфера и ионосфера

Мезосфера Венеры находится на высотах между 65 и 120 км. Далее начинается термосфера, достигающая верхней границы атмосферы (экзосферы) на высоте 220—350 км^[15].

Мезосфера Венеры может быть разделена на два уровня: нижний (62—73 км) и верхний (73—95 км)^[15]. В первом слое температура почти постоянна и составляет 230 К (−43 °С). Этот уровень совпадает с верхней границей облаков. На втором уровне температура начинает понижаться, опускаясь на высоте 95 км до 165 К (−108 °C). Это самое холодное место на дневной стороне атмосферы Венеры^[2]. Далее начинается мезопауза^[15], которая является границей между мезосферой и термосферой и находится между 95 и 120 км. На дневной стороне мезопаузы температура возрастает до 300—400 К (27—127 °C) — значений, преобладающих в термосфере^[2]. В противоположность этому, ночная сторона термосферы является самым холодным местом на Венере: её температура — 100 К (−173 °C). Её иногда называют криосферой^[2]. В 2015 году с помощью зонда «Венера-Экспресс» учёные зафиксировали тепловую аномалию в промежутке высот от 90 до 100 километров — средние показатели температур тут выше на 20-40 градусов и равняются 220—224 градусам Кельвина.^{[25][уточнить]}

Циркуляция верхней мезосферы и термосферы Венеры сильно отличается от циркуляции нижних слоёв атмосферы^[2]. На высотах 90—150 км воздух Венеры перемещается с дневной на ночную сторону планеты, с апвеллингом над освещенным полушарием и даунвеллингом над ночной стороной. Даунвеллинг над ночным полушарием вызывает адиабатический нагрев воздуха, который создаёт над этим полушарием на высотах 90—120 км теплый слой^[2] с температурой около 230 К (−43 °С), что гораздо выше, чем средняя температура, зафиксированная на ночной части термосферы — 100 К (−173 °C)^[2]. Воздух с дневной стороны также несёт атомы кислорода, которые после рекомбинации образуют возбужденные молекулы в долгоживущем синглетном состоянии (¹Δ_g), которые затем возвращаются в исходное состояние и испускают инфракрасное излучение на длине волны 1,27 мкм. Это излучение на высотах 90—100 км часто наблюдается с Земли и космических кораблей^[26]. Ночная сторона верхней мезосферы и термосферы Венеры является также источником инфракрасной эмиссии молекул СО₂ и NO, которая не соответствует локальному термодинамическому равновесию и ответственна за низкую температуру ночной стороны термосферы^[26].

Зонд «Венера-экспресс», используя затмения звёзд, показал, что атмосферная дымка на ночной стороне простирается гораздо выше, чем на дневной. На дневной стороне облачный слой имеет толщину 20 км и простирается приблизительно до 65 км, тогда как на ночной стороне облачный слой в виде плотного тумана достигает высоты 90 км и проникает в мезосферу и даже выше (105 км), уже как прозрачная дымка^[18].

Венера имеет вытянутую ионосферу, расположенную на высоте 120—300 км и почти совпадающую с термосферой^[15]. Высокие уровни ионизации сохраняются только на дневной стороне планеты. На ночной стороне концентрация электронов практически равна нулю^[15]. Ионосфера Венеры состоит из трёх слоев: 120—130 км, 140—160 км и 200—250 км^[15]. Также может быть дополнительный слой в районе 180 км. Максимальная плотность электронов (число электронов в единице объёма) 3·10¹¹ м⁻³ достигается во втором слое вблизи подсолнечной точки^[15]. Верхняя граница ионосферы — ионопауза — расположена на высоте 220—375 км^[27][28]. Основные ионы в первом и втором слое — это ионы O₂⁺, в то время как третий слой состоит из ионов O_{^+[15]. Согласно наблюдениям, ионосферная плазма находится в движении, а солнечная фотоионизация на дневной стороне и рекомбинация ионов на ночной являются процессами, главным образом, ответственными за ускорение плазмы до наблюдаемых скоростей. Плазменный поток, видимо, достаточен для поддержания наблюдаемого уровня концентрации ионов на ночной стороне^[29].}

Индуцированная магнитосфера

Венера не имеет магнитного поля^[27][28]. Причина его отсутствия не ясна, но, вероятно, связана с медленным вращением планеты или отсутствием конвекции в мантии. Венера имеет только индуцированную магнитосферу, образованную ионизированными частицами солнечного ветра^[27]. Этот процесс можно представить в виде силовых линий, обтекающих препятствие — в данном случае Венеру. Индуцированная магнитосфера Венеры имеет ударную волну, магнитослой, магнитопаузу и хвост магнитосферы с токовым слоем^[27][28].

В подсолнечной точке ударная волна находится на высоте 1900 км (0,3R_v, где R_v — радиус Венеры). Это расстояние измерялось в 2007 году вблизи минимума солнечной активности^[28]. Вблизи её максимума эта высота может быть в несколько раз меньше^[27]. Магнитопауза расположена на высоте 300 км^[28]. Верхняя граница ионосферы (ионопауза) находится вблизи 250 км. Между магнитопаузой и ионопаузой существует магнитный барьер — локальное усиление магнитного поля, что не позволяет солнечной плазме проникать глубоко в атмосферу Венеры, по крайней мере, вблизи минимума солнечной активности. Значение магнитного поля в барьере достигает 40 нТл^[28]. Хвост магнитосферы тянется на расстояние до десяти радиусов планеты. Это наиболее активная часть венерианской магнитосферы — здесь происходит пересоединение силовых линий и ускорение частиц. Энергия электронов и ионов в хвосте магнитосферы составляет около 100 эВ и 1000 эВ соответственно^[30].

В связи с отсутствием у Венеры собственного магнитного поля солнечный ветер проникает глубоко в её экзосферу, что ведет к существенным потерям атмосферы^[31]. Потери происходят в основном через хвост магнитосферы. В настоящее время основными типами ионов, которые уходят из атмосферы, являются O⁺, H⁺ и He⁺. Отношение ионов водорода к кислороду составляет около 2 (то есть почти стехиометрическое), то есть указывает на непрекращающуюся потерю воды^[30].

Облака

Облака Венеры довольно плотны и состоят из сернистого газа и капель серной кислоты^[32]. Они отражают около 75 % падающего солнечного света^[33] и скрывают поверхность планеты, препятствуя её наблюдению^[1]. Благодаря высокой отражательной способности облаков зонд на солнечных батареях мог бы использовать и отражённый от них свет и, таким образом, получать освещение со всех сторон. Это может значительно упростить проектирование и использование солнечных батарей^[34].

Толщина облачного покрова такова, что поверхности достигает лишь незначительная часть солнечного света, и во время нахождения Солнца в зените уровень освещенности составляет всего 1000—3000 люкс^[35]. Для сравнения, на Земле в пасмурный день освещенность составляет 1000 люкс, а в ясный солнечный день в тени — 10—25 тыс. люкс^[36]. Поэтому на поверхности Венеры солнечная энергия практически не может использоваться зондами. Влажность у поверхности составляет менее 0,1 %^[37]. Из-за высокой плотности и отражающей способности облаков суммарное количество солнечной энергии, получаемой планетой, меньше, чем у Земли.

Серная кислота образуется в верхней атмосфере посредством фотохимического воздействия Солнца на углекислый газ, сернистый газ и пары воды. Фотоны ультрафиолетового света с длиной волны меньше 169 нм могут фотодиссоциировать углекислый газ в угарный газ и атомарный кислород. Атомарный кислород весьма реакционноспособен, и когда он вступает в реакцию с сернистым газом, микрокомпонентом атмосферы Венеры, образуется серный газ, который может в свою очередь соединяться с парами воды, другим микрокомпонентом атмосферы. В результате этих реакций образуется серная кислота:

CO₂ → CO + O

SO₂ + O → SO₃

SO₃ + H₂O → H₂SO₄

Кислотные дожди Венеры никогда не достигают поверхности планеты, а испаряются от жары, образуя явление, известное как вирга^[38]. Предполагается, что сера попала в атмосферу в результате вулканической активности, а высокая температура препятствовала связыванию серы в твёрдые соединения на поверхности, как это было на Земле^[17].

Облака Венеры способны создавать молнии так же, как облака на Земле^[39]. Вспышки в оптическом диапазоне, предположительно, являвшиеся молниями, были зафиксированы станциями «Венера-9 и -10» и аэростатными зондами «Вега-1 и -2»; аномальные усиления электромагнитного поля и радиоимпульсы, также, возможно, вызванные молниями, были обнаружены ИСВ «Пионер—Венера» и спускаемыми аппаратами «Венера-11 и -12»^{[21]:176, 219}. А в 2006 году аппарат «Венера-Экспресс» обнаружил в атмосфере Венеры геликоны, интерпретированные как результат молний. Нерегулярность их всплесков напоминает характер погодной активности. Интенсивность молний составляет по меньшей мере половину земной^[39]. Молнии Венеры примечательны тем, что они, в отличие от молний Юпитера, Сатурна и (в большинстве случаев) Земли, не связаны с водяными облаками. Они возникают в облаках серной кислоты^[40].

В 2009 году астроном-любитель заметил в атмосфере яркое пятно, впоследствии сфотографированное аппаратом «Венера-Экспресс». Причины его появления неизвестны; возможно, они связаны с активностью вулканов^[41].

Наличие жизни

Из-за суровых условий на поверхности планеты наличие жизни на Венере представляется маловероятным. Но на Земле существуют организмы, обитающие в экстремальных условиях (экстремофилы), что свидетельствует о возможности обитания подобных организмов и на второй планете Солнечной системы. Термофилы и гипертермофилы процветают при температурах, достигающих температуры кипения воды, ацидофилы живут при уровне рН, равном 3 или ниже, полиэкстремофилы могут выдерживать разнообразные неблагоприятные условия. Помимо них, на Земле присутствуют многие другие типы экстремофилов^[42].

Однако жизнь может существовать в местах с менее экстремальными, чем на поверхности, условиями, например, в облаках. Существует предположение о наличии там форм жизни, подобных бактериям, обнаруженным в облаках Земли^[43]. Микробы в плотной, облачной атмосфере могут быть защищены от солнечного излучения соединениями серы в воздухе^[42].

В результате анализа данных, полученных зондами «Венера», «Пионер—Венера» и «Магеллан», в верхних слоях атмосферы обнаружены сероводород (H₂S) и сернистый газ (SO₂), а также сульфид карбонила (O=C=S). Первые два газа реагируют друг с другом, а это означает, что должен существовать постоянный источник этих газов. Кроме того, карбонильный сульфид примечателен тем, что его трудно воспроизвести только неорганическим путём. Он производится за счёт эффективных катализаторов, требующих больших объёмов веществ разного химического состава. На Земле таковыми катализаторами являются микроорганизмы^[44]. Кроме того, часто упускается из виду тот факт, что спускаемый аппарат «Венера-12» обнаружил присутствие хлора на высотах 45—60 км^[21]:80, а аэростатные зонды «Вега-1 и -2» подтвердили это^{[21]:219[45][прояснить]}. Было высказано предположение, что микроорганизмы на этом уровне могут поглощать ультрафиолетовый свет Солнца, используя его в качестве источника энергии. Это могло бы объяснить тёмные пятна, видимые на ультрафиолетовых изображениях планеты^[46]. В облаках Венеры были обнаружены и крупные несферические частицы. Их состав пока неизвестен^[42].

Эволюция

Данные по структуре облаков и геологии поверхности в сочетании с теоретическим выводом, что светимость Солнца за последние 3,8 миллиарда лет увеличилась на 25 %^[47], указывают на то, что 4 миллиарда лет назад атмосфера Венеры была больше похожа на земную, а на поверхности планеты была жидкая вода. Неудержимый парниковый эффект мог быть вызван испарением поверхностных вод и последовавшим повышением уровня парниковых газов. Поэтому атмосфера Венеры — объект пристального внимания учёных, занимающихся проблемами изменения климата на Земле^[9].

На поверхности Венеры нет деталей, указывающих на наличие там в прошлом воды. Но возраст современной поверхности планеты не превышает 600—700 млн лет, и про более древние времена она ничего не говорит. Кроме того, нет причин считать, что на Венеру не действовали процессы, снабдившие водой Землю (воду мог содержать сформировавший планеты материал и (или) привнести кометы). По распространённой оценке, вода до испарения могла существовать на поверхности около 600 миллионов лет, но некоторые учёные, такие как астробиолог Дэвид Гринспун, считают, что это время могло достигать 2 миллиардов лет^[48].

Наблюдения и измерения с Земли

6 июня 1761 года во время прохождения Венеры по диску Солнца русский учёный Михаил Ломоносов обратил внимание на то, что при соприкосновении Венеры с диском Солнца вокруг планеты возникло «тонкое, как волос, сияние». При схождении Венеры с солнечного диска наблюдался светлый ореол — «пупырь» — вокруг части планеты, находящейся вне Солнца. М. В. Ломоносов дал правильное научное объяснение этому явлению, считая его результатом рефракции солнечных лучей в атмосфере Венеры^[49][50].

В 1940 году Руперт Вильдт подсчитал, что количество CO₂ в атмосфере Венеры достаточно для повышения температуры поверхности выше точки кипения воды^[51]. Это предположение было подтверждено зондом «Маринер-2», который осуществил радиометрические измерения температуры в 1962 году. А в 1967 году советский аппарат «Венера-4» подтвердил, что атмосфера состоит в основном из углекислого газа^[51].

Верхние слои атмосферы Венеры можно исследовать с Земли в тех редких случаях, когда планета проходит по диску Солнца. Последнее такое событие произошло в 2012 году. Используя количественную спектроскопию, учёные смогли проанализировать солнечный свет, прошедший через атмосферу планеты с целью обнаружения химических веществ, содержащихся в ней. Этот метод применяется и для экзопланет; первые результаты он дал в 2001 году^[52]. Прохождение в 2004 году позволило астрономам собрать много данных, полезных не только для определения состава верхней атмосферы Венеры, но и для усовершенствования методов, используемых в поиске экзопланет. Атмосфера, состоящая в основном из углекислого газа, поглощает ближнее инфракрасное излучение, что делает её доступной для наблюдения этим методом. Во время прохождения 2004 года измерение поглощения солнечного излучения показало свойства газов на этой высоте. Доплеровское смещение спектральных линий позволило измерить характеристики ветров^[53].

Прохождение Венеры по диску Солнца — чрезвычайно редкое событие. В последний раз оно было в 2012 году, до этого — в 2004 и 1882 годах, а в следующий раз будет только в 2117 году^[53].

Дальнейшие исследования

С 2006 по 2014 год планету исследовал орбитальный аппарат «Венера-экспресс» с использованием инфракрасной спектроскопии в области спектра 1—5 мкм^[5]. В мае 2010 года был запущен зонд «Акацуки» японского аэрокосмического агентства, предназначенный для исследования планеты в течение двух лет, включая изучение структуры и активности атмосферы. Манёвр выхода на орбиту вокруг Венеры в назначенное время (декабрь 2010) закончился неудачей, но это удалось сделать через 5 лет.

Предложенный в рамках программы New Frontiers зонд Venus In-Situ Explorer, предположительно, будет исследовать Венеру с помощью орбитального аппарата, аэростата и посадочного модуля. Данные, собранные зондом, могут дать представление о процессах на планете, которые привели к изменению климата, а также подготовиться к следующей миссии по доставке образца с планеты^[54].

Другая миссия, «Venus Mobile Explorer», была предложена Аналитической группой по исследованию Венеры (VEXAG) с целью изучения состава, а также выполнения изотопного анализа поверхности и атмосферы. Дата запуска пока не определена^[55].

В рамках Федеральной Космической программы Россия планирует после 2024 года запустить к Венере аппарат «Венера-Д»^[56], в число задач которого будет входить и изучение атмосферы. В частности планируется провести исследования, определяющие:

• профили температуры, давления, тепловых потоков, скорости ветра;
• строение, состав и микрофизические параметры облаков;
• химический состав атмосферы, включая инертные газы, а также изотопный состав;
• строение ионосферы, экзосферы, магнитосферы;
• скорость потерь составляющих атмосферы^[57].

Когда было обнаружено, что условия на поверхности Венеры очень неблагоприятны, внимание учёных сместилось в сторону других целей, таких как Марс. Тем не менее к Венере было направлено много миссий, и целью некоторых из них была малоизученная верхняя атмосфера. В рамках советской программы «Вега» в 1985 году были сброшены два аэростатных зонда, которые дрейфовали в атмосфере Венеры 46 часов 30 минут, а установленные на них научные приборы передавали собранную информацию на Землю. Они питались от батарей и прекратили работу, когда батареи разрядились^[58]. С тех пор изучение верхних слоев атмосферы не проводилось. В 2002 году подрядчик НАСА — компания Global Aerospace — предложила воздушный шар, который мог бы оставаться в верхних слоях атмосферы в течение сотен земных дней^[59].

Вместо воздушного шара Джеффри А. Ландисом был предложен летательный аппарат на солнечных батареях^[16], и эта идея время от времени фигурировала в литературе с начала 2000-х годов. Венера имеет высокое альбедо и отражает большую часть солнечного света, что делает освещённость поверхности низкой. Но на высоте 60 км интенсивность отражённого от облаков света (приходящего снизу) лишь на 10 % меньше интенсивности света, приходящего непосредственно от Солнца. Таким образом, солнечные батареи сверху и снизу аппарата могли бы использоваться с почти равной эффективностью^[34]. Это обстоятельство, а также неисчерпаемость солнечной энергии, немного меньшая сила тяжести, высокое давление воздуха и медленное вращение планеты делают этот слой атмосферы удобным для размещения исследовательского аппарата. Предложенный летательный аппарат работал бы лучше всего на высоте, где солнечный свет, давление воздуха и скорость ветра позволят ему оставаться в воздухе постоянно, иногда немного опускаясь на время порядка нескольких часов. Поскольку серная кислота в облаках на этой высоте не является угрозой для защищенного аппарата, то этот так называемый «солнечный летательный аппарат» мог бы проводить измерения в области между 45 км и 60 км неограниченно долго, пока непредвиденные проблемы не выведут его из строя. Ландис также предложил исследовать поверхность планеты роверами, подобными «Спириту» и «Оппортьюнити», но с тем различием, что роверы Венеры будут управляться компьютерами, находящимися на аппарате в атмосфере^[60].

См. также

Напишите отзыв о статье «Атмосфера Венеры»

Примечания

1. ↑ ^{1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13} Basilevsky, Alexandr T.; Head, James W. (2003). «[www.iop.org/EJ/abstract/0034-4885/66/10/R04 The surface of Venus]». Rep. Prog. Phys. 66 (10): 1699–1734. DOI:10.1088/0034-4885/66/10/R04. Bibcode: [adsabs.harvard.edu/abs/2003RPPh…66.1699B 2003RPPh…66.1699B].
2. ↑ ^{1 2 3 4 5 6 7 8 9 10} Bertaux, Jean-Loup; Vandaele, Ann-Carine; Korablev, Oleg; et al. (2007). «A warm layer in Venus’ cryosphere and high-altitude measurements of HF, HCl, H₂O and HDO». Nature 450 (7170): 646–649. DOI:10.1038/nature05974. PMID 18046397. Bibcode: [adsabs.harvard.edu/abs/2007Natur.450..646B 2007Natur.450..646B].
3. ↑ ^{1 2 3 4} Taylor F. W., Hunten D. M. [books.google.com/books?id=0bEMAwAAQBAJ&pg=PA305 Venus: atmosphere] // Encyclopedia of the Solar System / T. Spohn, D. Breuer, T. Johnson. — 3. — Elsevier, 2014. — P. 305–322. — 1336 p. — ISBN 9780124160347.
4. ↑ Shalygin E. [www.mps.mpg.de/3183913/Dissertation_2013_Shalygin__Eugene1.pdf Study of the Venus surface and lower atmosphere using VMC images]. — Berlin, 2013. — P. 9. — 127 p. — ISBN 978-3-942171-71-7.
5. ↑ ^{1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19} Svedhem, Hakan; Titov, Dmitry V.; Taylor, Fredric V.; Witasse, Oliver (2007). «Venus as a more Earth-like planet». Nature 450 (7170): 629–632. DOI:10.1038/nature06432. PMID 18046393. Bibcode: [adsabs.harvard.edu/abs/2007Natur.450..629S 2007Natur.450..629S].
6. ↑ [archive.is/K0pg Венера] — статья в БСЭ
7. ↑ Dennis Normile (7 May 2010). «Mission to probe Venus’s curious winds and test solar sail for propulsion». Science 328 (5979): 677. DOI:10.1126/science.328.5979.677-a. PMID 20448159. Bibcode: [adsabs.harvard.edu/abs/2010Sci…

wiki-org.ru

Каким образом в атмосфере Венеры на поверхности давление 100 атмосфер? Воздух из урана или осмия что ли ?

Атмосферное давление на поверхности Венеры в 92 раза больше, чем на Земле. Детальное картографирование поверхности Венеры проводилось в течение последних 22 лет и в частности проектом «Магеллан» . Поверхность Венеры носит на себе яркие черты вулканической деятельности, а атмосфера содержит большое количество серы. Некоторые эксперты полагают, что вулканическая деятельность на Венере продолжается и сейчас. Однако явных доказательств этому не было найдено, поскольку пока ни на одной из вулканических впадин — кальдер — не было замечено лавовых потоков. Удивительно низкое число ударных кратеров говорит в пользу того, что поверхность Венеры относительно молода, и ей приблизительно 500 миллионов лет. Никаких свидетельств тектонического движения плит на Венере не обнаружено, возможно, потому что кора планеты без воды, придающей ей большей вязкости, не обладает должной подвижностью. Полагают также, что Венера постепенно теряет внутреннюю высокую температуру.

неее чувак эт у тя асма

~96,5 % углекислый газ ~3,5 % азот 0,015 % диоксид серы 0,007 % аргон 0,002 % водный пар 0,0017 % угарный газ 0,0012 % гелий 0,0007 % неон Плотность больше воздуха и слой толще, вот и давление большое.

только из-за плотности атмосферного газа возможно — он тяжелее воздуха

Зачем же сразу уран и осмий?.. . Сила давления на поверхности планеты определяется плотностью атмосферы и её температурой. Того, что есть, достаточно, чтобы было 90 Ат

Смесь газов атмосферы Венеры при нормальном атмосферном давлении имеет плотность, близкую к плотности диоксида углерода — 1,97 кг/м&#179, что больше плотности воздуха (1,29 кг/м&#179), но не в 50 раз, а именно во столько раз плотность атмосферы Венеры у её поверхности больше плотности воздуха. Температура около 470 по Цельсию (ночью раскаленная поверхность светится в темноте) и давление 93-95 атмосфер. Из-за мощного парникового эффекта суточный перепад температур менее 1 градуса, а от экватора к полюсам не более 12, на вершинах высочайших гор, достигающих 10-11,6 км относительно средней поверхности, температура на 100 градусов ниже. Ветер у поверхности не превышает 4 км/ч, а в горах 10 км/ч. Несмотря на то, что ускорение свободного падения на поверхности 0,904 g, атмосфера Венеры более чем в десять раз мощнее земной и простирается до высоты 1000 км, хотя 60 процентов её массы расположено ниже 10 км. Причина в том, что Солнце тоже имеет свою атмосферу, сильно разреженную из-за огромной температуры, но так же имеющую меньшую плотность по мере удаления от светила. Поэтому плотность солнечной атмосферы на уровне орбиты Венеры больше, чем на уровне орбиты Земли, соответственно гравитация Венеры собирает более плотную атмосферу. Поскольку планеты разбегаются от Солнца (гравитация, имеющая огромную, но всё же конечную скорость распространения, не успевает их удерживать) , по мере удаления от звезды все планеты постепенно теряют часть своей атмосферы. Марс когда-то находился ниже орбиты Земли и тоже имел достаточно плотную атмосферу (сейчас там давление менее 5 мм. рт. ст. у поверхности) , и скорее всего имел моря (американские аппараты Opportunity и Spirit обнаружили камни, имеющие пустоты, образовавшиеся под воздействием воды и минералы, которые могли образоваться только в присутствии воды) , хотя в настоящее время состав его атмосферы мало чем отличается от состава атмосферы Венеры, так как он так же собирает её из окружающего пространства. Так что возможно когда-то там была разумная жизнь и марсианские пирамиды имеют искусственное происхождение, но всё это было очень давно, миллиарды лет назад, так что теперь их трудно отличить от естественных объектов. Находящийся ближе всего к Солнцу Меркурий должен был бы иметь плотную атмосферу, но сильный на орбите Меркурия солнечный ветер, достигающий поверхности планеты, не дает накопиться достаточному количеству газа, и плотность атмосферы Меркурия очень мала.

Если бы на Венере было бы такое же количество воды, которое досталось Земле, то однозначно произошло бы понижение давления. Та же углекислота могла бы перейти в форму ископаемого углерода. Давление на поверхности планеты бы упало в разы.

touch.otvet.mail.ru

Состав атмосферы Венеры: факты и гипотезы

Состав атмосферы входит в число важнейших характеристик любой планеты. Это – один из факторов, непосредственно влияющих на формирование условий на поверхности. Химия атмосферы способна много поведать ученым о процессах взаимодействия газовой оболочки планеты с ее недрами, с одной стороны, и с явлениями космического происхождения, с другой. Ярким примером тому является состав атмосферы планеты Венера.

Краткая характеристика атмосферы Утренней звезды

Чрезвычайно плотная газовая оболочка, источник необратимого парникового эффекта – это, наряду с непроницаемым облачным слоем, главная отличительная черта Венеры.

Структурно атмосфера представляет собой несколько слоев, различающихся составом и физическими свойствами. Нижний, наиболее плотный слой – тропосфера, простирающаяся до высот около 65 км. Выше, до 120 км, расположена разреженная мезосфера, над ней – термосфера и экзосфера. Вообще, для газовой оболочки Венеры характерна намного более высокая плотность, чем на Земле, в нижних слоях (давление у поверхности превышает 93 атмосферы) и меньшая плотность – в верхних слоях.

Облака находятся на высотах 50-65 км. На этом уровне атмосфера обладает свойством суперротации: благодаря сильнейшим ветрам она совершает полный оборот вокруг планеты за четверо земных суток – существенно быстрее, чем вращается сама Венера.

Химия газовой оболочки

Главный компонент в венерианской атмосфере – углекислый газ. Значительно меньше содержится азота, и ничтожно малую примесь представляют прочие газы.

В процентах состав атмосферы Венеры выражается следующим образом:

• диоксид углерода CO₂ – около 96,5 %;
• азот N₂ – около 3,5 %;
• сернистый ангидрид SO₂ – 0,015 %;
• аргон Ar – 0,007 %;
• вода H₂O – 0,002 %;
• угарный газ CO – 0,0017 %.

Гелий, неон, кислород, водород, галогеноводороды HCl и HF, сероводород присутствуют в следовых количествах. Суммарная доля примесных газов в химическом составе атмосферы Венеры не превышает нескольких сотых процента.

Углекислота задает тон

Насколько много в венерианском воздухе углекислого газа, можно представить, оценивая количество азота на Венере и на Земле. Мы помним, что в земной атмосфере азот составляет более трех четвертей – его много. Еще больше азота на Венере: масса его примерно втрое превышает массу всей атмосферы Земли. И при этом процентная доля азота на Венере в 27,5 раз ниже, чем доля углекислоты!

Диоксид углерода – тяжелый газ, и он концентрируется в нижних слоях атмосферы, вызывая знаменитый венерианский парниковый эффект, вследствие которого температура у поверхности держится возле 470 °C. Из-за высокой плотности углекислота здесь пребывает в состоянии, промежуточном между газом и жидкостью.

Ее наличие в составе атмосферы Венеры в столь большом количестве нуждается в объяснении. Предполагается, что планета приблизительно полмиллиарда лет назад пережила глобальную геологическую катастрофу, в результате которой была полностью разрушена кора. Повсеместный выход на поверхность огромного количества магмы и ее дегазация могли, как полагают ученые, привести к столь масштабному скачку содержания в атмосфере двуокиси углерода.

Малая, но важная примесь

Может показаться незначительным количество сернистого ангидрида в составе атмосферы. Венера, однако, обязана ему одной из самых примечательных своих особенностей – облачным слоем. В верхних слоях атмосферы этот газ наряду с углекислотой и водяными парами участвует в образовании серной кислоты под действием жесткого солнечного ультрафиолета.

Капельки кислоты «тонут» в плотной венерианской атмосфере лишь до определенного уровня, ниже которого кислота просто испаряется. Совместно с диоксидом серы эти капельки и формируют слой облаков, которые отражают большую часть солнечного света и делают невозможным наблюдение поверхности планеты в оптическом диапазоне. Именно благодаря им Венера – настолько яркий объект земного неба.

Предполагается, что источником сернистого газа также явилась интенсивная вулканическая деятельность.

Сухая планета

Широко известный факт – на Венере очень мало воды. Конечно, из-за большей близости к Солнцу протопланетное вещество, из которого формировалась планета, должно было содержать меньше летучих компонентов по сравнению с веществом, образовавшим Землю. И все-таки воды в составе атмосферы Венеры слишком мало. Мы говорим только об атмосфере, поскольку понятно, что при условиях, царящих на планете, никакая гидросфера невозможна, и вся свободная вода может существовать исключительно в парообразном состоянии.

Планетологи считают, что тектоническая катастрофа (о ней уже упоминалось выше), которую пережила Венера, привела к выбросу наряду с углекислотой и прочими газами большого количества водяного пара – ведь это тоже вулканический продукт. Он же, являясь и сильнейшим парниковым фактором, мог способствовать установлению современного температурного режима атмосферы.

Будучи значительно легче углекислоты, водяные пары концентрируются на больших высотах. Здесь вступает в действие жесткое ультрафиолетовое излучение Солнца, разбивая молекулы воды на кислород, участвующий в образовании серной кислоты, и водород. А поскольку Венера не имеет глобального магнитного щита, подобного земному, ионы легких газов – водорода, частично кислорода и некоторых других – легко теряются атмосферой.

Трудно оценить, сколько воды могла утратить планета подобным образом. Как бы то ни было, вопрос об удивительной «сухости» Венеры еще ждет окончательного ответа, и вряд ли этот ответ будет простым.

Впереди – новые открытия

Несколько лет назад благодаря данным европейского зонда «Венера-Экспресс» на высотах около 100 км был обнаружен слабый озоновый слой венерианской атмосферы. Формируется он опять-таки под действием солнечных лучей, расщепляющих молекулы диоксида углерода. Здесь же была зафиксирована температурная аномалия: атмосфера на этой высоте на несколько десятков градусов теплее. Ученые полагают, что аномалия связана с выделением энергии в реакциях распада озона.

Зонд «Венера-Экспресс» завершил свою миссию в 2015 году, но в настоящее время атмосферу планеты исследует японский аппарат «Акацуки», в задачи которого входит, помимо прочего, и измерение концентрации газов, входящих в состав атмосферы Венеры, на разных высотах. Зонд также обнаружил немало интересного. Так, пока не идентифицирован компонент атмосферы, поглощающий мягкий ультрафиолет, например, на длине волны 365 нм. Есть гипотеза, что за такое поглощение ответственен хлорид железа, возможно, присутствующий в облачном слое.

Немало открытий может принести и сопоставление данных современных и прошлых миссий, таких как советские «Венеры» или «Вега-2». Так, изучение результатов измерения концентрации углекислого газа и азота, полученных спускаемыми аппаратами, позволяет точнее представить себе процессы в малоизученных нижних слоях газовой оболочки Венеры. Состав атмосферы здесь и выше сложным образом связан с ее динамикой.

Открытий и гипотез в этой области много. Безусловно, новые миссии, например, запланированная на вторую половину 2020-х «Венера-Д», принесут ученым массу информации об атмосфере нашей соседки, столь похожей и непохожей на Землю. Будем надеяться, что эти проекты состоятся и станут успешными.

fb.ru

Терраформирование Венеры — это… Что такое Терраформирование Венеры?

Терраформирование Венеры — процесс создания условий, пригодных для жизни человека на Венере.

Современные условия на Венере

Температура и давление на различных высотах от поверхности Венеры

Средняя температура + 467 °C (Венера — самая горячая планета Солнечной системы), атмосферное давление — около 93 атм (бар), состав атмосферы: углекислый газ — 96 %, азот — 3,5 %, угарный газ и сернистый газ — 0,3 %, кислород и водяной пар — 0,12 %.

Привлекательность освоения

1. Венера — сестра-близнец нашей планеты: диаметр Венеры 12104 км (95 % диаметра Земли), масса 4,87·10²⁴ кг (81,5 % массы Земли), ускорение силы тяжести 8,9 м/с² (91 % земной силы тяжести).
2. Венера является ближайшей к нам планетой Солнечной системы.
3. На Венеру попадает много солнечной энергии, которую потенциально можно использовать для терраформирования^{[источник не указан 491 день]}.

Трудности освоения и терраформирования

Давление на Венере на различных высотах

1. На Венере очень жарко — средняя температура на поверхности +467 °C (жарче, чем на Меркурии).
2. Давление на поверхности Венеры 93 атмосферы.
3. Атмосфера Венеры состоит на 97 % из CO₂.
4. На Венере практически нет воды, поэтому её необходимо доставить туда искусственным путём. Например, из комет или астероидов, либо найти способ синтеза воды (например, из атмосферного CO₂ и водорода).
5. Венера вращается в обратную сторону по сравнению с Землёй и другими планетами Солнечной системы, наклон оси вращения к перпендикуляру плоскости орбиты составляет 178°. Из-за такого необычного сочетания направлений и периодов вращения и обращения вокруг Солнца смена дня и ночи на Венере происходит за 117 земных суток, поэтому день и ночь продолжаются по 58,5 сут.
6. Магнитосфера Венеры значительно слабее земной, кроме того, Венера расположена ближе к Солнцу, чем Земля. Вследствие этого в ходе терраформирования (при уменьшении массы атмосферы) уровень радиации на поверхности планеты может оказаться повышенным в сравнении с Землей.

Способы терраформирования Венеры

Солнечные экраны между Солнцем и Венерой

Экраны предполагается^{[источник не указан 491 день]} устанавливать в точке Лагранжа между Венерой и Солнцем. Следует помнить, что такое равновесие неустойчиво, и, чтобы удерживать его в точке Лагранжа, потребуется регулярная корректировка его положения.

Предполагается, что такие «зонтики» смогут^{[источник не указан 491 день]} резко снизить поток солнечной энергии, достигающей Венеры, и как следствие — снизить температуру на планете до приемлемого уровня. Причём при достаточном экранировании Венеры от Солнца, температуру можно понизить до такой степени, что атмосфера Венеры вымерзнет и значительная её часть выпадет на поверхность в виде сухого льда (твердый CO₂). Результатом будет значительное падение давления и дополнительное (за счёт повышения альбедо) охлаждение планеты.

Одним из вариантов таких проектов является установка в качестве экранов сверхлёгких отражающих зеркал, свет от которых можно использовать для одновременного прогрева более холодных планет (например, Марса). Экран также может служить исполинским фотоэлементом для мощнейшей солнечной электростанции.

Бомбардировка кометами или водно-аммиачными астероидами

Размеры ледяного астероида, необходимого для снабжения Венеры водой, в сравнении с размерами Венеры, Земли и Луны

Количество воды, которое необходимо доставить на Венеру, огромно: так, для создания приемлемой гидросферы на Венере требуется не менее 10¹⁷ тонн воды, что примерно в сто тысяч раз превышает массу кометы Галлея. Требуемый ледяной астероид должен иметь диаметр около ~ 600 км (в 6 раз меньше диаметра Луны).

Кроме ледяных комет и астероидов, большое количество воды содержат некоторые спутники Юпитера и Сатурна, а также кольца Сатурна.

Существует мнение^[1], что точно рассчитанная бомбардировка позволит «раскрутить» Венеру вокруг своей оси, сократив таким образом слишком длинные венерианские сутки. По закону сохранения момента импульса вне зависимости от подробностей в случае касательного удара на экваторе скорость вращения Венеры увеличится на величину примерно (радиан/с), где m и M — массы астероида (кометы) и Венеры соответственно, V — скорость кометы или астероида, R — радиус планеты. Так как относительные скорости комет могут составлять десятки километров в секунду (вплоть до Третьей космической скорости для Венеры, то есть до более чем 70 км/с), то даже относительно небольшого по сравнению с планетой астероида хватит, чтобы придать ей довольно заметное вращение. Однако «небольшой» по сравнению с планетой, это очень большой в абсолютных величинах, поэтому для решения этой задачи потребовалось бы гораздо больше астероидов, чем просто для доставки воды.

Доставка воды на Венеру путём астероидной бомбардировки решая одни проблемы, одновременно создает новые. Перечислим некоторые:

• Во-первых, удар одним большим астероидом может привести к разрушению коры планеты и привести ее в еще более непригодное для жизни состояние, поэтому, видимо, придется использовать множество ударов послабее.
• Во-вторых, горные породы Венеры обладают огромной теплоемкостью и относительно небольшой теплопроводностью, поэтому процесс их остывания в любом случае затянется на многие годы.
• В-третьих, нынешняя температура поверхностных слоев атмосферы гораздо выше температуры кипения воды при этом давлении (см.таблицу). Следовательно, без существенного охлаждения ниже 300 °C (при венерианских 90 атм.) нельзя ожидать появления на поверхности планеты свободной воды. Вода будет присутствовать в атмосфере в виде водяного пара, который тоже является парниковым газом. Однако поднятые тучи пыли будут способствовать понижению температуры, порождая эффект «ядерной зимы».

Ожидается, что свободная вода станет разрушать венерианские горные породы и, в частности, вымывать окись кальция из венерианского грунта. Образующийся щелочной раствор начнёт поглощать CO₂ из атмосферы Венеры, связывая его в виде карбонатов (CaCO₃, MgCO₃):

 — Разрушение венерианского базальтового грунта
 — Осаждение известняка

Таким образом, за некоторый срок понизится концентрация CO₂ и атмосферное давление на Венере, после чего станет возможным запускать туда фотосинтетические земные организмы, для преобразования оставшегося венерианского CO₂ в кислород.

Следует заметить, что водяной пар является ещё более сильным парниковым газом, чем CO₂, поэтому такой способ преобразования венерианского климата всё равно придётся совмещать с рассмотренными выше солнечными экранами — для того, чтобы не допустить нового витка разогревания Венеры.

Температура кипения воды при разных давлениях:

Давление, атм	Температура кипения воды, °C
1,033	100,00
1,500	110,79
5,000	151,11
10,000	179,04
20,000	211,38
25,000	222,90
50,000	262,70
100,000	309,53

Доставка на Венеру земных водорослей или других микроорганизмов

В 1961 г. Карл Саган предложил забросить в атмосферу Венеры некоторое количество хлореллы. Предполагалось, что не имея естественных врагов, водоросли будут бурно размножаться в геометрической прогрессии и относительно быстро разложат находящийся там в большом количестве углекислый газ. В результате атмосфера Венеры обогатится кислородом. Это, в свою очередь, снизит парниковый эффект, благодаря чему температура поверхности Венеры понизится^[2].

Подобные проекты предлагаются и сейчас — например предлагается распылять в атмосфере Венеры генно-модифицированные (для приживания в условиях полёта в атмосферных течениях) Сине-зелёные водоросли или споры плесени, на уровне 50-60 км от поверхности, на котором давление составляет около 1,1 бар и температура около +30 градусов Цельсия.

Впоследствии, когда дальнейшие исследования показали, что в атмосфере Венеры вода практически полностью отсутствует, Саган отказался от данной идеи. Для того, чтобы эти и другие проекты по фотосинтетическому преобразованию климата стали возможными, необходимо сначала тем или иным способом решить проблему с водой на Венере — например, доставить её туда искусственным путём или найти способ синтеза воды «на месте» из других соединений.

Нейтрализация кислотной атмосферы

В этом разделе не хватает ссылок на источники информации. Информация должна быть проверяема, иначе она может быть поставлена под сомнение и удалена. Вы можете отредактировать эту статью, добавив ссылки на авторитетные источники. Эта отметка установлена 15 ноября 2011.

Ударное распыление в атмосфере металлического метеора может привести к связыванию серной кислоты в соли, с сопутствующим выделением воды или водорода (в зависимости от точного состава метеора). Астероиды типа (216) Клеопатра представляют определённую ценность для этого решения. Возможно, глубинные породы Венеры также имеют подходящий состав. В таком случае достаточно использовать водородную бомбу достаточной мощности, чтобы одновременно вызвать пылевую «ядерную зиму» и этой же пылью связать кислоту.

Проблема отсутствия у Венеры магнитного поля

Магнитное поле Земли достаточно эффективно защищает поверхность нашей планеты от бомбардировки заряженными частицами. Магнитное поле подхватывает эти частицы (протоны и электроны), заставляя их двигаться вдоль силовых линий. Тем самым предотвращается их взаимодействие с верхними слоями атмосферы.

Венера лишена собственного глобального магнитного поля, имеется лишь слабая магнитосфера, обязанная своим появлением взаимодействию солнечного магнитного поля с ионосферой планеты. В результате воздействия заряженных частиц из космоса на атмосферу Венеры происходит, в частности, ионизация и диссипация водяного пара. Водород, образующийся при этих процессах, спокойно покидает планету, поскольку характерные скорости молекул водорода сопоставимы со второй космической скоростью^{[источник не указан 42 дня]}. Именно так Венера лишилась всей воды, доставшейся ей при образовании планеты.

При терраформировании Венеры придется решить и эту проблему.

Первый путь — «раскрутка» планеты^{[источник не указан 491 день]}. Поскольку Венера — планета земной группы, есть надежда, что возникнет «магнитное динамо». По косвенным признакам, на Венере присутствуют механизмы, аналогичные земной тектонике плит, следовательно, Венера имеет металлическое ядро. Однако этот путь связан с колоссальными техническими трудностями ввиду огромных энергозатрат.

Второй путь — прокладка вдоль экватора Венеры электрического провода и возбуждение в нем тока^{[источник не указан 491 день]}. Несмотря на грандиозность этой задачи, она представляется более осуществимой в техническом плане, чем первый путь.

Венера после терраформирования

В идеале, терраформированная Венера может представлять собой планету с тёплым и влажным климатом. Подсчитано, что если бы венерианская атмосфера имела земной состав, то её средняя температура была бы около 26 °C (на Земле 15 °C)^[3].

См. также

Примечания

Литература

Ссылки

dic.academic.ru

Терраформирование Венеры. Современные условия на Венере. Есть ли жизнь на Венере

Венера – планета Солнечной системы (вторая по счету после Меркурия, далее – Земля), названная в честь римской богини красоты и любви. Является одним из самых ярких космических объектов наряду с Землей и Луной. Эта планета, безусловно, не осталась без внимания ученых, которые в свое время задумывались над вопросами, возможна ли жизнь на Венере? Эта тема интересует многих любителей астрономии. Так, какие на Венере условия для выживания?

Краткие сведения о Венере

Наверное, нет такого человека, который бы не знал, что такое Венера. Эта планета является шестой по размеру среди всех остальных планет. Расстояние до Венеры от Солнца составляет более 108 миллионов километров. В ее воздухе в основном сосредоточены газы: углекислый и азот, в то время как на Земле больше всего кислорода, что и позволяет существовать живым организмам. Также на Венере облака состоят из серной кислоты (а именно, двуокиси серы), которая не позволяет разглядеть поверхность обычным человеческим глазом, то есть она становится невидимой. Средняя температура на Венере намного выше, чем на Земле: 460 градусов по Цельсию, в то время как на Земле она составляет всего 14 градусов по Цельсию. То есть Венера может посоревноваться и даже обойти по температуре самую горячую пустыню нашей планеты. Следует отметить, что плотная воздушная оболочка Венеры создает сильный парниковый эффект, что и является причиной повышения температуры из-за тепловой энергии, образующейся в результате нагревания газов.

Первые попытки освоения Венеры

Советские ученые, оценив преимущества планеты Венера перед другими космическими телами (например, Марсом, которым всерьез заинтересовались астрономы США), решили взяться за ее освоение. Уже в феврале 1961 года была создана программа «Венера», согласно которой планировалось отправлять к планете космические аппараты с целью обследования всей поверхности. Программа существовала в течение долгих двадцати лет.

Первый полет

Впервые атмосферу Венеры в 1761 году обнаружил известный российский естествоиспытатель Михаил Васильевич Ломоносов. Как было сказано ранее, советские ученые заинтересовались этой загадочной планетой уже в 1961 году. Ими было совершено много попыток (а именно, около 10) отправить туда космические корабли с целью выяснения условий для жизни. Они исследовали как поверхность планеты, так и ее окрестности. Однако ученым не удалось выяснить достоверные факты о температуре и давлении на Венере. Какие полеты на Венеру были осуществлены?

Первую автоматическую межпланетную станцию к планете советские ученые запустили 8 февраля 1961 года, однако цели достичь не удалось: не включился разгонный блок. Вторая попытка запустить космический корабль под названием «Венера-1» увенчалась большим успехом, и 12 февраля 1961 года он взял курс к Венере. Проведя в космосе более 3 месяцев, межпланетная станция потеряла связь с горячей планетой 17 февраля. Согласно догадкам ученых, она пролетела от Венеры в ста тысячах километров 19 мая. На этом запуски кораблей на Венеру не остановились. 8 августа 1962 года в космос отправился корабль «Маринер-2», запущенный НАСА. 14 декабря того же года он успешно облетел всю планету. На все ушло 110 дней с момента запуска корабля. И наконец, космический корабль под названием «Венера Экспресс» (ESA Venus Express) был отправлен 9 ноября 2005 года. Чтобы достигнуть планеты, ему понадобилось 153 дня. Это был последний полет на Венеру.

Кроме СССР, исследованием Венеры занимались США, Япония, а также Европейское космическое агентство.

Сколько лететь до Венеры

Расстояние до Венеры, считая от Земли, составляет от 38 до 261 миллиона километров. Время, затрачиваемое на полет, зависит от скорости космического корабля и траектории, по которой он движется. Следовательно, точный ответ на вопрос, сколько лететь до Венеры, никто не сможет дать. Как было сказано ранее, к планете было выпущено несколько космических аппаратов, и каждому из них потребовалось разное количество времени, чтобы добраться до поверхности Венеры («Маринер-2» — 110 дней, «Венера экспресс» — 153 дня).

Терраформирование Венеры

Это изменение климата, условий окружающей среды планеты (температуры, состава воздуха) настолько, чтобы превратить ее в пригодное для обитания живых организмов место.

Терраформированием этой горячей планеты впервые всерьез заинтересовались советские ученые. Ими было разработано множество идей и совершено несколько попыток исследования Венеры, как ее поверхности, так и окрестностей. Работая в течение 20 лет, ученые узнали много фактов об этой планете (например, что такое Венера на самом деле и какие на ней условия), которые разрушили все их планы по возможности освоения этой планеты людьми. Сейчас не предпринимаются попытки. Неизвестно, предоставиться ли возможность в будущем терраформирования Венеры за 200-300 лет.

Способы

Ниже представлены методы, как можно осуществить терраформирование Венеры:

1. Сокращение венерианских суток (117 земных дней) путем бомбардировки планеты астероидами, которые, к тому же, наполнят Венеру водой. Для этого, по мнению футурологов, использовать водно-аммиачные астероиды можно из пояса Койпера (кометы также могут быть полезны).
2. Синтезируя воду из атмосферного и углекислого газа, также можно решить проблему венерианской засухи и обеспечить планету водными ресурсами.
3. На Венеру должна упасть ледяная глыба диаметром 600 километров, чтобы раскрутить планету и искусственно орошить ее водой.
4. Водной бомбардировкой можно разбавить опасные серные облака, окутывающие всю планету. Такая установка превратит кислоту в соль, при этом еще и выделяя водород. Однако решение одной проблемы влечет за собой другую. Поднятые клубы пыли точно вызовут на Венере ядерную зиму. Поэтому нужно быть готовым ко всему.
5. Так как температура на поверхности планеты в 4-5 раз выше температуры кипения воды, то Венеру необходимо сначала охладить. Этого можно добиться путем размещения колоссальных экранов между солнцем и Венерой в точке Лагранжа (между двумя массивными телами), на которой может находиться объект с незначительной массой, не испытывая никакого влияния данных тел, помимо гравитационных. Но такое равновесие очень неустойчиво, поэтому расположение экранов необходимо постоянно изменять.
6. Понизить температуру планеты можно путем превращения части атмосферы в сухой лед – твердый диоксид углерода.
7. Заселение на планету водорослей (хлорелла, цианобактерии), поглощающих углекислый газ, вырабатывающих кислород и снижающих действие парникового эффекта, также может помочь охладить Венеру и понизить атмосферное давление. Этим интересовался американский ученый Карл Саган.

Почему об этом задумываются

Терраформирование Венеры привлекательно следующим:

1. Венера находится недалеко от Земли, хотя и располагается ближе к солнцу.
2. Венера имеет характеристики, близкие к земным (масса, диаметр, ускорение силы тяжести), поэтому ее еще называют сестрой-близнецом Земли.
3. Солнечная энергия на горячей планете также является положительным благом для ее терраформирования, ведь это может усовершенствовать развитие энергетики.
4. Считается, что на Венере очень много твердых веществ, например, урана, которые являются полезными ресурсами.

Современные условия на планете

1. Температура Венеры составляет 460 градусов Цельсия, что делает ее самой горячей планетой в Солнечной системе.
2. Давление на поверхности составляет 93 атмосферы.
3. Газовый состав планеты: 96% — углекислый газ, остальные 4% — азот, угарный газ (CO), сернистый газ (SO₂), кислород и водяной пар.

Почему современному человеку трудно выжить на Венере

Несмотря на возможные попытки создать на Венере необходимые условия для обитания живых организмов, жить там человек практически не сможет. Это объясняется несколькими причинами:

1. Очень высокая температура поверхности Венеры (около +460 градусов по Цельсию). Привыкнув к температуре Земли (+14 градусов), человек попросту сгорит.
2. Давление на Венере составляет около 93 атмосфер, в то время как на Земле атмосферное давление на уровне моря принято брать всего за 1 атмосферу (или, как говорят метеорологи, 760 мм. рт. ст.).
3. На Венере человеку нечем будет дышать. В отличие от Земли, насыщенной кислородом, Венера богата углекислым газом и азотом, которые человеческим легким не под силу.
4. На горячей планете практически нет воды, необходимой для человеческого организма. Тем не менее, ее можно доставить туда искусственным путем.
5. Венера вращается в противоположную сторону по сравнению с Землей, поэтому день и ночь составляют не 24 привычных часа, а по 58,5 земных суток, что весьма неудобно.
6. Так как Венера находится к Солнцу намного ближе, чем Земля, то и уровень радиации повышен. А как известно, он может вызвать у человека рак и другие опасные смертельные болезни.

Какой должна быть Венера после терраформирования

Планета, пригодная для живых организмов, должна иметь теплый климат с нормальной влажностью. Также она должна иметь среднюю температуру, примерно в два раза превышающую среднюю температуру Земли, то есть около 26 градусов Цельсия. Смена дня и ночи совпадает с земным: 24 часа – 1 сутки. Водно-аммиачные кометы и астероиды должны снабдить планету водой. Предполагается использование нанороботов, превращающих углекислый газ и другие токсичные вещества и заменяющих их на кислород, более необходимый для дыхания живых организмов.

Поселение на венерианских облаках

План терраформирования Венеры так и не достиг ожидаемых результатов и был отменен. Однако ученые «зажглись» другой идеей: а нельзя ли освоить облака Венеры, если уж на ее поверхности не выжить живым организмам? Облака, толщиной около 10 километров, располагаются на высоте в 60 километров от поверхности планеты. Учеными был запущен аппарат «Венера-4», который обнаружил, что температура на облачном слое составляет -25 градусов по Цельсию, что вполне приемлемо для человеческого организма: можно, по крайней мере, одеться потеплее, в то время как от температуры в более 400 градусов ничего не спасет. Более того, на облаках Венеры давление приблизительно такое, как на Земле, а кристаллики льда вполне могут послужить источниками воды. Только вот для получения кислорода понадобится специальная маска с блоком химического снабжения организма газом для дыхания. Правда, на облачном венерианском слое отсутствует твердая поверхность, что может вызвать незначительные неудобства. Планировалось даже создание дрейфующих станций-дирижаблей для первых поселенцев на Венере. В одном из журналов даже разместили примерное фото такого аппарата. Он был представлен в виде огромной платформы со сферической прозрачной многослойной оболочкой.

К сожалению, эта идея так и не нашла свое применение. Причиной тому стало следующее: ученые отправили на Венеру еще пару космических аппаратов, которые обнаружили большое количество электрических разрядов в облачном слое планеты – более тысячи молний пронзили атмосферу в то время, когда «Венера-12» делала попытки приземления. Спустя некоторое количество времени была обнаружена еще одна причина невозможности освоения венерианских облаков: очень сильные ветры, способные мгновенно разрушить дрейфующий дирижабль. После этого было отправлено еще несколько станций, благодаря которым ученые смогли получить больше информации о Венере. Эти данные убедили их в том, что освоение горячей планеты людям не под силу. В результате попытки терраформирования были прекращены, поэтому возможность жизни на Венере отвергнута.

fb.ru