Содержание

Атмосфера Венеры

Одна из важнейших характеристик любой планеты – состав, которым наделена ее атмосфера. Ведь данный фактор оказывает влияние на условия, сформированные на поверхности. В статье будет изучена атмосфера Венеры. Химические вещества, изобилующие вокруг планетарного шара, способны дать ученым объяснения, связанные с основными протекающими на нем процессами.

Химический состав газовой оболочки

В качестве основного компонента, который наблюдается в атмосфере этого космического объекта Солнечной системы, выступает углекислый газ. В меньшем количестве содержится азот. В незначительных объемах присутствуют иные газы. Из чего состоит атмосфера Венеры? В процентном соотношении составляющие компоненты соотносятся так:

  • углерода диоксид 96,5%;
  • азот 3,5%;
  • ангидрид сернистый – 0,015%;
  • аргон – 0,007%;
  • водная жидкость – 0,002%;
  • газ угарный – 0,0017%.

В следовых количествах ученые обнаружили неон, гелий, кислород, сероводород. Но суммарная величина их содержания не превышает и нескольких сотых от одного процента. Вот, из чего состоит атмосфера Венеры.

Состав атмосферы Венеры. Справа — все компоненты, кроме углекислого газа и азота (вместе не составляющие даже десятой доли процента).

Атмосферные слои

Атмосфера Венеры включает в себя несколько слоев. Рассмотрим их более подробно.

Тропосфера

Состав атмосферы Венеры

Эта часть считается наиболее плотной и начинается с поверхности. Протяженность составляет 65 км. В верхних ее областях показатель температурного режима и давления снижается, а ветер обретает скорость до 100 м/с. В сравнении с нашей Землей атмосферное давление на поверхности больше в 92,1 раза, а масса – выше в 93 раза. В этом слое обеспечен внушительный парниковый эффект, который достигается за счет большого количества паров воды, сернистого газа и облаков. Поэтому она по праву признана самой горячей планеты во всей Солнечной системе.

Тропопауза

Она представляет собой условную границу, расположенную между тропосферой и мезосферой. Начинается ее отсчет с высоты 50 км., здесь сложились условия, максимально приближенные к Земле. Температурный режим в этом области составляет от 293 до 210 К (порядка 37 градусов).

Мезосфера

Эта часть атмосферной оболочки располагается на высоте 65-120 километров. Она состоит из верхнего и нижнего уровня. Нижний слой имеет практически постоянную температуру и имеет совпадение с верхней границей облаков. Верхний уровень является более холодным в плане температуры.

Термосфера

Она практически совпадает с ионосферой. Для нее характерны значительные температурные перепады. Градация по слоям практически отсутствует. Это не все, из чего состоит атмосфера Венеры.

Ионосфера

Она является вытянутой и начинается на высоте 120 км., первый слой простирается до 130 км, второй – от 140 до 160, третий – от 200 до 250. В пределах 180 км предусмотрен дополнительный слой.

Так, атмосфера Венеры – внушительная по размерам оболочка, имеющая в своем составе множество слоев.

Магнитное поле

Оно отсутствует по неизученной специалистами причине. Есть предположение, что это связано с недостаточно быстрым вращением планеты вокруг собственной оси. Еще одна вероятная причина – отсутствие конвекции в области мантии. Планета обладает лишь индуцированной магнитосферой, которая образована специальными ионизированными частицами. Ввиду отсутствия магнитного поля наблюдается проникновение солнечного ветра в глубину экзосферы. В итоге вода из атмосферы уходит в большом количестве.

Облачность

Облака вокруг планеты обладают высокой плотностью. В их составе имеется сернистый газ, серная кислота. Толщина покрова большая, поэтому поверхности Венеры достигает небольшое количество света нашего небесного светила. Уровень влажности у поверхности планеты составляет всего 0,1%. Преимуществом является отсутствие кислотных дождей, которые способны испаряться в связи с жарой. В облаках молнии могут создаваться по тому же принципу, что и на Земле. В 2009 году один астроном заметил на поверхности планеты довольно яркое пятно. Причина его образования пока неизвестна. Есть предположение, что оно связано с активностью вулканов.

Есть ли жизнь на Венере?

Состав атмосферы Венеры позволяет ответить на вопрос, есть ли на планете жизнь. Это маловероятно, поскольку условия на планете являются достаточно суровыми. Тем не менее, ученые допускают проживание в них редких видов животных и растений, которые способны выжить в экстремальной обстановке и на Земле. Есть версия, что на Венере присутствуют бактериальные и микробные формы жизни. В настоящее время атмосфера Венеры продолжает активно изучаться, поэтому окончательный ответ на данный вопрос пока не найден.

Изменения во времени

Есть сведения, что светимость на планете Солнца была увеличена за последние миллиарды лет на 25%. Также есть предположения, что очень давно атмосферный слой планеты был очень похож на оболочку Земли, и что здесь присутствовало достаточное количество для нормальной человеческой жизни воды. Тем не менее на поверхности планеты отсутствуют детали, которые указывали бы на этот факт.

Земные наблюдения

В 1761 г. в процессе прохождения планеты по солнечному диску Ломоносов обнаружил, что в ходе их соприкосновения вокруг Венеры возникло очень тонкое «сияние». В 1940 г. одним ученым было определено, что объема углекислого газа в атмосферной оболочке достаточно для достижения повышения температуры до 100С.

Таким образом, атмосфера Венеры продолжает оставаться объектом исследований, загадок и некоторых фактов. Многие ученые продолжают заниматься наблюдениями за ее поверхностью до сих пор и приходить к сенсационным выводам.

Похожие новости:

Не забывайте делиться. Спасибо.

cosmosplanet.ru

Можно ли жить на Венере?: vnpru

Продолжаем серию заметок о колонизации планет Солнечной системе. В прошлой заметке я показал, что Меркурий осваивать сложно, но можно. Сейчас передо мною - куда более простая задача: показать простоту и необходимость освоения Венеры.

"Позвольте!" - воскликнет читатель, - "но ведь Венера - это же страшное место! Температура у поверхности 470 градусов, давление 90 атмосфер. Там даже техника не выдерживает - как же там будут жить люди?" Возражаю шаблонно мыслящему читателю: Земля - не менее неуютное место.

В недрах Земли температура поднимается до тысяч градусов, давление - до тысяч атмосфер. Но ведь люди спокойно живут на поверхности Земли! Так вот: если на поверхности Венеры не очень уютно, почему бы нам не освоить атмосферу Венеры?

Первый шаг: венерианские орбитальные станции

Освоение Луны проходило по схеме "орбита, поверхность", ибо выйти на орбиту проще, чем попасть в гравитационный колодец поверхности планеты и вернуться из него. Впрочем, лунный гравитационный колодец неглубок, поэтому разница невелика. Освоение Марса проходит по схеме "орбита, поверхность, атмосфера", поскольку приземлиться на поверхность Марса проще, чем полететь в разреженной марсианской атмосфере. При этом разрыв между освоением орбиты и поверхности гораздо шире, поскольку марсианский гравитационный колодец значительно глубже лунного.

Освоение Венеры ещё сложнее, чем Марса. Во-первых, венерианский гравитационный колодец ещё глубже марсианского. Во-вторых, есть дополнительная сложность: плотная горячая венерианская атмосфера, которая делает сложным доступ к поверхности планеты. С другой стороны, в атмосфере Венеры куда легче летать или парить. Следовательно, для освоения Венеры удобнее применить принципиально иную схему:

"орбита, атмосфера, поверхность". Освоение венерианской орбиты упрощает погружение в атмосферу, а, хорошенько освоив атмосферу, можно начинать опускаться на её дно - на поверхность планеты.

Для исследования поверхности и установления связи с ней на Земле и на Марсе применяются геостационарные и ареостационарные спутники, которые вращаются с той же скоростью, что и планеты, и поэтому всегда находятся над одной точкой на поверхности планет. Венера вращается очень медленно, поэтому использование "венеро-стационарных спутников" нецелесообразно - они просто будут летать слишком высоко. Кроме того, поверхность планеты с трудом "просвечивается" даже в инфракрасных лучах и радиоволнах. Поэтому для создания устойчивой системы связи и наблюдения за Венерой нужно вывести на её орбиту множество спутников. Между тем, спутников у Венеры - кот наплакал: на её орбиту выходили советские "Венеры", американские "Пионер-Венеры" и "Магеллан", но сейчас там функционирует только европейский (с несколькими русскими приборами) "Венера-Экспресс". Для освоения планеты их нужно в десятки раз больше!

Как обычно, создание сложной технической инфраструктуры - где бы оно ни происходило, хоть на орбите Венеры - требует присутствия искусственного интеллекта, а лучше человека. Отсюда - необходимость полёта человека к Венере и создания венерианской орбитальной станции. Полёт к Венере даже сейчас занимает всего 3-4 месяца; с развитием двигателей нового поколения - прежде всего, ядерных - он станет ещё быстрее. Так что персонал станции можно будет обновлять достаточно часто. Более сложная проблема - защита от солнечной радиации, ведь Венера не имеет собственного магнитного поля. Эта проблема решается созданием искусственного магнитного поля вокруг станции и вокруг межпланетных кораблей.

Верхняя часть атмосферы Венеры совершает оборот вокруг поверхности за 4 земных дня. Это значит, что запустить "венеро-атмосферо-стационарный" спутник гораздо проще, чем "венеро-стационарный". С этого спутника можно спустить возвращаемый аппарат, который возьмёт пробы атмосферы и доставит их на Землю. С Луны и Марса мы берём, прежде всего, пробы грунта. Но на Венере гораздо интереснее взять пробы атмосферы, ведь именно в ней может существовать жизнь. Венерианский грунт - обыкновенная базальтовая лава, какой с неё толк?

Освоение облачного слоя

Облачный слой Венеры можно условно разделить на 3 подслоя:


  • Нижний подслой (30-50 км) - кислотный туман, существующий при температуре более 100 градусов Цельсия и давлении в несколько атмосфер. Никакой жизни там быть не может, ничего интересного не происходит, и человеку там тоже делать нечего.
  • Средний подслой (50-70 км), в котором температура колеблется от -40 до +80 градусов Цельсия, а давление - от 0.1 до 2 атмосфер. Это основной облачный слой, в котором существуют облака из жидких и твёрдых кислотных частиц. Какая-то загадочная сила разгоняет ветер на верхнем участке основного слоя почти до 100 км/ч. Кстати, и колебания температур между дневными и ночными здесь могут быть значительными - до 20 градусов. Это самый сложный, "живой" участок атмосферы Венеры, климат в котором чем-то напоминает земной. По мнению НАСА, здесь лучшие условия для проживания человека после земных. Этот слой и должен осваивать человек.
  • Верхний подслой (70-90 км), в котором температура падает ниже -100 градусов, а давление - до сотых долей атмосферы. Климат в этом слое чем-то напоминает марсианский - наверно, когда марсиане прилетят гостить на Венеру, гостиница для них будет располагаться здесь.

Атмосферу Венеры уже исследовали с помощью аэростатов советские аппараты "Вега". Эти аэростаты, разумеется, остались на Венере навсегда, не имея возможности её покинуть. Для того, чтобы спустить в атмосферу планеты человека, нужны огромные аэростаты с запасом топлива и реактивными двигателями, способными преодолеть первую космическую скорость Венеры - 7 км/с. А это уже получаются целые летающие города! Именно концепция "летающих городов" - огромных обитаемых баз в атмосфере - и является единственно возможной при освоении Венеры. Эта концепция достаточно известна, но всё же повторю основные положения.

В атмосфере Венеры, состоящей в основном из углекислого газа, в качестве подъёмного газа для летающих городов целесообразно использовать самый обыкновенный кислород, который несложно получать из атмосферы биологическим или химическим путём. Летающие города условно можно разделить на:


  1. стационарные, которые держатся над одной точкой поверхности
  2. свободно парящие, которые летят туда, куда их несёт ветер
  3. маневрирующие, которые целенаправленно перемещаются в атмосфере

В атмосфере Венеры возможны резкие вертикальные порывы ветра, которые могут поднять или опустить свободно парящий город на несколько километров. Поэтому свободно парящие города неудобны для людей из-за возможных больших перепадов температуры и давления. Источником энергии для стационарного или маневрирующего города частично может быть ветер. Но для маневрирования в атмосфере энергии ветра недостаточно - иначе это был бы вечный двигатель! Главным источником энергии всё-таки является Солнце, которого в верхнем облачном слое вполне достаточно для обеспечения скромных потребностей летающего города. Поднимая ветряки на воздушных шарах и тросах в верхние слои атмосферы, стационарный или маневрирующий город может пользоваться и поистине необъятной энергией ветра.

Естественная территория для летающих городов - средний облачный слой, в котором человек может жить без скафандра, лишь в дыхательной маске. Единственная проблема - капельки концентрированной серной кислоты, но, поскольку облака на Венере достаточно разреженные, от них, видимо, может защитить плотная одежда или вентиляторы, разгоняющие облака.

Погружения на поверхность

Пока что все аппараты, которые опускались на поверхность Венеры, существовали там не больше нескольких часов. Однако, возможность существования сложного технического комплекса на поверхности Венеры уже доказана на опыте. Дело за инженерами! Конечно, создать венероход гораздо сложнее, чем марсоход - но нет сомнений, что рано или поздно венероходы будут созданы. На поверхности Венеры можно даже соорудить базу для роботов, которая будет охлаждаться с помощью энергии, поступающей сверху, из стационарного города.

Иной вопрос - присутствие человека. Человек не может жить на поверхности Венеры - огромные температура и давление, которые уничтожили несколько разведывательных аппаратов из прочной стали, совсем не подходят для людей. Однако, мы можем совершать кратковременные погружения из облачного слоя на поверхность планеты, подобно тому, как погружаемся в прочных батискафах на дно земных океанов.

Поверхность Венеры богата радиоактивными материалами - такими, как уран и торий. Запасы урана на Земле скоро подойдут к концу. На Марсе урана еще меньше, чем на Земле. А вот на Венере его в избытке, что позволяет использовать его в местных АЭС летающих городов. В результате можно строить сколь угодно большие летающие города, независимые от солнечной энергии и погоды.

Итак, можно сделать два вывода о возможности освоения Венеры человеком:


  • В начале освоение Венеры будет проходить тяжело - куда сложнее, чем освоение Луны и Марса (и, тем более, Земли).
  • Но после создания соответствующей инфраструктуры Венеру станет осваивать куда легче, чем Луну и Марс.

Осталось ответить на один вопрос: а зачем человеку жить на Венере?

Венера - самое удачное место в Солнечной системе

Поговорим об экономике. В Солнечной системе всего три планеты, которые может колонизировать человек: Венера, Земля и Марс. В КОБ предложено измерять экономические возможности в энергетических единицах (например, киловатт-часах). Это разумно, ибо в современном производстве самый ценный ресурс - это энергия. Что касается материальных ресурсов, их и на Венере, и на Земле, и на Марсе вполне достаточно.

С точки зрения энергетики, Венера - самое выгодное место в Солнечной системе - из тех, которые пригодны для самостоятельной жизни человека. Действительно, энергетический ресурс, как и любой другой ресурс, оценивается не количеством его в наличии (в наличии у нас ресурс Солнца, который для человечества почти бесконечен!), а допустимым потоком ресурса. То есть, важна не энергия, а мощность. Кроме собственных ресурсов, у каждой планеты есть приходящий энергетический ресурс: поток солнечной энергии, который она получает, перерабатывает, превращая в другие виды энергии, и отдаёт назад в космос.

Но допустимый поток энергетического ресурса куда меньше приходящего потока солнечного света. Действительно, даже если бы можно было ловить весь приходящий солнечный свет, обклеив всю планету солнечными батареями (что уже нереально), планета просто перегрелась бы и разрушилась. Любая открытая сложная система имеет ограниченные возможности по понижению энтропии. Чем больше в систему приходит энергии, тем больше повышается её энтропия. Если поток энергии превышает негаэнтропийные возможности системы, энтропия системы неограниченно растёт и система разрушается.

Негаэнтропийные возможности Земли мы видим сейчас на практике: Земля потребляет слишком много высокоэнтропийной энергии сжигания топлива, что ведёт к парниковому эффекту. Но даже если перейти исключительно на солнечную энергетику, её возможности всё равно будут ограничены: солнечные батареи понижают альбедо Земли, заставляя её потреблять слишком много солнечной энергии. Если Земля будет потреблять больше солнечной энергии, чем потребляет Венера, она может превратиться в Венеру - то есть, погибнуть.
Негаэнтропийные возможности Марса ещё ниже, чем у Земли. Действительно, перегрев планеты приведёт к подтаиванию слоя вечной мерзлоты, который у Марса сплошной - то есть, будет таять и проваливаться вся поверхность планеты! Это приведёт к неизбежной гибели возможной марсианской жизни и разрушению всех искусственных построек.

Зато негаэнтропийные возможности Венеры необычайно высоки. Действительно, Венере практически не грозит перегрев: сколько её не грей, это приведёт разве что к поднятию облачного слоя ещё выше, что никак не отразится на летающих городах. Венере не грозит ни парниковый эффект, ни радиоактивное заражение поверхности (там и так полно радиоактивных металлов, да и жить на поверхности никто не будет). То есть, на Венере можно использовать в неограниченных количествах все виды энергетики, включая ядерную и термоядерную. В принципе, можно представить себе уровень производства энергии, который приведёт к разрушению системы венерианских баз - например, если поверхность планеты начнёт плавиться и испаряться. Но этот уровень превосходит все возможности и потребности человечества в течение ближайших веков.

Таким образом, в пересчёте на энергетический ресурс, Венера - экономически самое выгодное место для жизни людей в Солнечной системе. С учётом перенаселённости и экологических проблем на Земле, возможно, что Венера станет даже более благоприятной для освоения планетой, чем Земля! Возможно, Венера - будущий экономический (а значит, и политический) центр Солнечной системы.

Нужна ли терраформация Венеры?

Есть сторонники терраформации Венеры, которые утверждают, что в нынешнем виде планета непригодна для жизни, а сперва её, мол, нужно сделать похожей на Землю. Мы уже показали, что планета для жизни пригодна. Осталось показать, что терраформировать её незачем.

Выясним сперва, как можно терраформировать Венеру, ибо это определяет и ответ на вопрос, зачем её терраформировать.

Венере не хватает для терраформации трёх условий:


  • достаточного количества воды (напомним, что воды на Венере очень мало!)
  • температуры на поверхности хотя бы ниже 100 градусов Цельсия (сейчас там 470 градусов)
  • давления на поверхности не больше 10 атмосфер (сейчас там 90 атмосфер)

Чтобы понять, как выполнить эти условия, надо вспомнить, что Венера - планета земной группы. В начале её развития условия на ней были такими же, как на Земле. Но потом какие-то факторы привели к упомянутому различию условий. Рассмотрим иерархию этих факторов (с точки зрения современной науки), которой соответствует иерархия интервалов времени:


  • Медленное вращение Венеры и отсутствие у неё магнитного поля - фактор стал работать миллиарды лет назад.
  • Водяной пар распадается на кислород и водород, водород из-за отсутствия магнитного поля уносится солнечным ветром. Возможно, и сам водяной пар уносится солнечным ветром, поэтому воды на Венере мало. Фактор действует в течение сотен миллионов лет.
  • Нет воды, которая может поглощать углекислый газ, при этом вулканическая деятельность приводит к его выделению. В результате в атмосфере скапливается много углекислого газа, повышается атмосферное давление. Фактор действует в течение сотен тысяч и миллионов лет.
  • Обилие углекислого газа приводит к парниковому эффекту и нагреванию атмосферы. Фактор действует в течение десятков и сотен лет.

Изменить первые два фактора не так уж сложно: чтобы у Венеры появилось магнитное поле, нужно ускорить её вращение, придав ей необходимый момент импульса. Для этого нужно подвергнуть её бомбардировке массивными объектами - астероидами. Астероиды можно передвигать, устроив серию взрывов на их поверхности. А если астероиды - ледяные, то мы изменим сразу и второй фактор, добавив в атмосферу воду. Итак, первый этап терраформации Венеры - её бомбардировка ледяными астероидами и раскручивание. Даже если мы не проведём полную терраформацию, частичная терраформация первого этапа всё равно может нам понадобиться: вода - ценный ресурс.

На втором этапе нам нужна жидкая вода - но, чтобы она появилась в больших количествах, нужно понизить температуру на Венере. Чтобы понизить температуру, нужно снизить парниковый эффект, убрав лишний углекислый газ. Чтобы убрать лишний углекислый газ, нужно поглотить его водой. Замкнутый круг? Нет, ведь есть альтернативный способ понижения температуры и альтернативный способ уменьшения количества углекислоты. Отсюда две возможные стратегии проведения терраформации Венеры, которые и излагаются в ненаучно-популярной литературе:


  • Понизить температуру атмосферы, повысив альбедо Венеры. Если понизить её хорошенько, углекислый газ замёрзнет, так что можно быстро закопать его и похоронить в океанах.
  • Понизить количество углекислого газа, запустив некий механизм его преобразования в другие вещества. После этого парниковый эффект за считанные десятилетия понизит температуру атмосферы.

      Дальше начинается ненаучная фантастика. Альбедо у Венеры и так довольно высокое. Чтобы повысить его ещё больше, нужно очень светлое вещество. На Венере нет таких веществ в газообразном и жидком состоянии. Значит, твёрдое светлое вещество? Чтобы повысить альбедо серьёзно, это вещество должно занимать очень большую территорию между Венерой и солнцем. Отсюда - проект "огромных отражающих экранов" планетарных размеров. Чтобы такой экран не распался под действием гравитации и не сорвался с места под давлением солнечных лучей, нужно создать механизмы, скрепляющие его, планетарных размеров. Дальше можно этот вариант не рассматривать...

      Второй вариант куда более реалистичен. Можно, осваивая облачный слой, создать в нём химические или биологические механизмы переработки углекислого газа в кислород и органические вещества. Биологические, точнее, биотехнологические механизмы более привлекательны, поскольку их масса меньше. Если бы они ещё умели летать, не нужно было бы даже механических устройств для их поддержки в воздухе. Но, к сожалению, летающих растений в природе не существует. Поэтому нужно добывать на поверхности Венеры металлы для полёта терраформирующих устройств. Проекты "размножающихся роботов", которые сами добывают все материалы, сами перерабатывают углекислый газ и создают своих двойников - это ещё одна ненаучная фантастика. В реальности массовое производство чего-либо на Венере ограничено потоком материальных ресурсов с её поверхности.

      Отсюда неприятный вывод: на переработку всей атмосферы Венеры нужны многие века, а может быть, и тысячелетия. Но, в принципе, такой вариант терраформации возможен. Только здесь возникает второй вопрос: зачем нужна такая терраформация? Ведь за века она неизбежно столкнётся со "встречным" процессом антропоформации.
      Жители летающих городов изменятся до неузнаваемости, и им уже не нужна будет иная среда обитания. Более того, если Венера станет столицей Солнечной системы, вряд ли им нужен будет проект, превращающий Венеру во вторую Землю и тем самым снижающий её негаэнтропийные возможности.

vnpru.livejournal.com

Состав и особенности атмосферы Венеры

 

 

Атмосфера Венеры состоит главным образом из двуокиси углерода. Также она содержит 3,5 % азота, а кроме того в ней присутствуют следы двуокиси серы (150 частей на миллион), аргона (70 частей на миллион) и воды (20 частей на миллион). Из-за большой общей массы атмосферы этой планеты абсолютное количество азота в ней приблизительно в 5 раз выше его содержания в атмосфере Земли. При этом масса атмосферы Венеры приблизительно в 90 раз превышает массу земной атмосферы и на уровне средней высоты рельефа оказывает на поверхность этой планеты давление 92 бара. Это соответствует давлению воды на глубине 910 метров. Плотность атмосферы у поверхности в среднем в 50 раз превышает плотность атмосферы нашей планеты.

Около 90 % основной массы атмосферы Венеры сосредоточено на высоте до 28 километров над её поверхностью. Масса этого океана газов соответствует приблизительно одной трети массы мирового океана Земли. Вероятно, электромагнитные импульсы, регистрируемые различными зондами и свидетельствующие о очень частых разрядах молний, возникают именно в этом густом слое дымки, расположенном намного ниже слоя облаков. Ночью под слоем облаков должны были бы обнаруживаться вспышки молний, возникающих во время венерианских гроз, но на неосвещенной стороне планеты не удавалось наблюдать никаких соответствующих свечений.

Над уровнем облаков наружные слои дымки достигают высоты около 90 километров. Приблизительно на 10 километров выше оканчивается тропосфера Венеры. В мезосфере толщиной 40 километров, которая расположена над тропосферой, температура достигает самых низких значений около −100 °C. В следующем слое, термосфере, температура снова поднимается вследствие поглощения солнечного излучения. Отрицательные температуры присутствуют в целом лишь у основания термосферы и ниже до верхних слоев облаков. Наружный слой атмосферы Венеры, экзосфера, протирается на высоте около 220-250 километров.

Снаружи атмосфера этой планеты полностью непрозрачна. Но это объясняется не столько массой или очень высокой плотностью газовой оболочки, сколько главным образом постоянно закрытым слоем облаков. Нижняя сторона слоя облаков расположена на высоте около 50 километров, а его толщина составляет около 20 километров. Основной составной частью слоя облаков являются капельки серной кислоты, содержание которых достигает приблизительно 75 массовых процентов. Кроме того, здесь также присутствуют хлор- и фосфорсодержащие аэрозоли. В нижнем из трех слое облаков, возможно, также имеются примеси элементарной серы.

Более крупные капельки серной кислоты выпадают в виде дождя, немного не долетая при этом до нижней кромки слоя облаков, где они испаряются под действием высоких температур и затем распадаются на двуокись серы, водяной пар и кислород. После того, как эти газы поднимаются до самых верхних слоев облаков, они вступают в реакцию и там снова конденсируются в виде серной кислоты. Сера в облаках первоначально появилась в форме двуокиси серы во время извержения вулканов.

Сферическое альбедо кремово-желтой и чаще всего бесструктурной поверхности облаков составляет около 0,75; то есть оно отражает 75 % солнечного света, практически параллельно падающего на него. Земля же, напротив, отражает в среднем лишь 30,6 % солнечного света. Излучение, не отраженное Венерой, приблизительно на две трети поглощается слоем облаков. Поглощенная энергия разгоняет верхние экваториальные слои облаков до скорости около 100 м/с, или 360 км/ч, с которой они всегда движутся в направлении вращения планеты, совершая полный оборот вокруг неё всего за 4 дня. Таким образом, верхние слои атмосферы вращаются приблизительно в 60 раз быстрее самой Венеры. Это явление называется «суперротацией».

Причина процессов именно такого характера пока не нашла удовлетворительного объяснения, по крайней мере в случае с Венерой. Явления, происходящие в её атмосфере, в настоящее время детально исследуются с помощью космического зонда «Венера-экспресс».  Отдельными примерами столь быстрой циркуляции атмосферы других планет Солнечной системы являются струйные течения в верхних слоях атмосферы Земли и вращение верхней границы облаков спутника Сатурна Титана, азотная атмосфера которого оказывает на его поверхность давление, в 1,5 раза превышающее давление земной атмосферы. Таким образом, суперротация верхних слоев атмосферы существует только у 3 твердых космических тел Солнечной системы, обладающих плотной атмосферой.

В октябре 2011 года Европейская организация по изучению и освоению космического пространства (ESA) сообщила, что космический зонд «Венера-экспресс» обнаружил на высоте около 100 километров над поверхностью Венеры относительно тонкий озоновый слой.

www.sistemasolnca.ru

Вот почему атмосфера Венеры такая странная

Планета полностью окутана облаком, что не позволяет рассмотреть ее поверхность. Но под ним скрываются некоторые интересные секреты токсичного земного двойника.

1. Гигантские гравитационные волны

Последние странные облачные образования заметил японский космический корабль Акацуки. Недавнее исследование описывает их как «огромную дугообразную светлую область», составляющую 10000 км (6213 миль). Она не двигается с остальными облаками, а парит над горами отдельно.

«Авторы предполагают, что это результат гравитационной волны, генерируемой в нижних слоях атмосферы, когда она течет по горным рельефам. Это напоминает то, как воздух проходит через земные горы», – говорят исследователи.

2. Свечение

В 2014 году ученые использовали Венера-Экспресс и обнаружили странную особенность, которую назвали «свечение». Снимок – это первая фотография свечения, подписанная как «радужная особенность».

«Частицы облаков сферические и, скорее всего, обладают каплями жидкости одного и того же размера, что и вызывает подобное явление», – пишет Европейское космическое агентство. – «В атмосфере есть капли, содержащие серную кислоту. Чтобы получить изображения капель, ученые поставили аппарат перед Солнцем в надежде определить их характеристики».

3. Y-форма

В ультрафиолетовых длинах волн вырисовывается странная Y-форма, покрывающая большую часть планеты. Это уже больше полувека сбивает с толку астрономов. Сначала они думали, что это облака, движимые ветром. Но миссия Маринер-10 в 1973 году показала, что Y передвигается независимо от окружающей среды.

Исследование 2015 года предполагает, что волна формируется за счет центробежных сил, которые транспортируют материал от центра вращения тела. Но есть и другие загадки. Ученые отследили движение Y, использующее неизвестные соединения, поглощающие ультрафиолетовое излучение.

4. Жизнь в облаках?

Могут ли темные полосы в облаках быть микробной жизнью? Это странная идея, но ученые сейчас сравнивают ситуацию с Венерой. США и Россия сотрудничают над проектом Венера-D, в котором смогли бы отправить орбитальный и спускаемый аппарат к Венере примерно в 2025 году. Это был бы первый раз с подхода 1980 года, когда Советский Союз отправлял туда космический аппарат Венера.

Недавно астробиологи НАСА выпустили статью, которая несет предупреждение: «Возможно, что твердые частицы могут смешиваться в облаках, или же это вещество с содержанием серной кислоты, или подобие льда», – читает Кит Купер. – «Полагали, что это хлорид железа, но это не подтвердил механизм, который удерживает частицы хлорида железа на высоте 50-60 км над поверхностью. Тем более, что ветры вблизи поверхности дуют слабо через плотную нижнюю атмосферу».

5. Тесная связь между поверхностью и атмосферой

Следует признать, что за Венерой сложно наблюдать, так толстые облака полностью заслоняют обзор. Однако и слежка за атмосферой позволяют представить на что похожа окружающая среда планеты. Осмотр с Венера-Экспресс (2006-2012) показал, что ветры, содержащие воду, и компоненты облаков были связаны с поверхностью.

Один из примеров показывает горы Афродиты, где насыщенный водой воздух перемещается через горы в процессе, который называют «фонтан Афродиты». Ученые также обнаружили, что вода и ультрафиолетовый темный материал в облаках более насыщенный в определенных местах над экватором.

БОЛЬШЕ удивительных статей


v-kosmose.com

Венера. Планета Бурь

Венера — суровый близнец Земли, эти две планеты схожи по размерам, массе, составу и находятся на близком расстоянии друг от друга, но на этом их сходства заканчиваются. Венера, с ее мощнейшими циклонами и ветрами со скоростью до 360 км/ч, по праву может называться Планетой Бурь.

Хотя Венера вторая планета от солнца, после Меркурия, она гораздо жарче его. Плотная атмосфера Венеры настоящая «ловушка тепла», из-за избытка углекислого газа она создает сильный парниковый эффект, в результате чего температура на планете достигает 465 °С. Этого вполне достаточно, чтобы расплавить свинец, или цинк. Кроме того, атмосфера Венеры невероятно тяжелая, с давлением, превышающим земное в 92 раза (9,2 МПа), которое легко может раздавить автомобиль. На Земле такое давление встречается только в океанах, на глубине от 1000 км. Большая часть поверхности Венеры покрыта плоскими равнинами с огромным количеством спящих вулканов. Вследствие активной вулканической деятельности прошлого, атмосфера планеты содержит много серы, поэтому дожди из серной кислоты вполне обычное явление на Венере.

Все это звучит устрашающе! Хотя совсем недавно Венера представлялась людям в совершенно ином свете, как планета полная жизни. В начале XX века многие исследователи считали, что Венера имеет влажный климат с пышной растительностью, где жизнь похожа на ту, что была на Земле в каменноугольный период. Однако с конца 1950-х годов появлялось всё больше доказательств наличия экстремального климата и высоких температур на поверхности Венеры. В 60–80-х годы советские спускаемые аппараты получили уникальные данные об условиях на планете, изучили ее строение. А исследования последнего десятилетия позволили узнать много нового об истории Венеры, ее геологии, и климате. Удалось установить наличие на планете, в далеком прошлом, морей и океанов, которые потом испарились. Были открыты ледяные шапки на вершинах гор, действующие вулканы, гигантские циклоны на полюсах и необычные грозы, а также возможное присутствие жизни в верхних слоях атмосферы.


Венера в представлении советских художников. © А.Леонов, А.Соколов, 1968

Венера в естественных цветах. Поверхность планеты скрыта мощным слоем облаков

Орбита и период вращения

Венера немного меньше Земли, она не имеет магнитного поля, естественных спутников и колец. И это единственная планета в Солнечной системе с женским именем. Орбита Венеры является самой «круглой» в Солнечной системе. Венера совершает полный оборот вокруг солнца (год) за 225 земных дня, поэтому продолжительность венерианского года короче земного в 1,6 раз.

В то время как большинство планет вращаются вокруг своей оси с запада на восток (против часовой стрелки), Венера вращается в противоположную сторону, поэтому солнце на планете восходит на западе, а садится на востоке. Такое вращение называется ретроградным. Полный оборот вокруг соей оси (день) у Венеры составляет 243 земных суток, что делает ее самой медленной среди планет Солнечной системы. Из-за такого медленного вращения, ядро Венеры не способно производить магнитное поле, как у Земли.

Физические характеристики Средний радиус планеты — 6052 км
Площадь поверхности — 4,6·108 км² (0,9 земных)
Объём — 9,38·1011 км³ (0,86 земных)
Масса — 4,87·1024 кг (0,81 земных)
Средняя плотность — 5,24 г/см³
Период вращения — 243 дня
Наклон оси — 177,36°
Температура на поверхности — 465 °C
Атмосферное давление — 92 бар


День на Венере длится почти полгода, а из-за вращения оси планеты в противоположную сторону солнце встает на западе, а заходит на востоке

Причин противоположного вращения Венеры может быть несколько. Согласно одной из гипотез, на начальном этапе вращение всех планет Солнечной системы было одинаковым, но у Венеры, по причине влияния плотной атмосферы на приливные силы планеты, движение замедлилось, а затем стало противоположным. Другая гипотеза говорит о возможной серии гигантских столкновений с метеоритами в ранней истории Венеры, которые остановили и полностью повернули вспять вращение планеты.

Сравнивая продолжительность года и дня на Венере не трудно заметить, что дни на планете длиннее, чем годы. Это один из интересных фактов, характеризующих орбиту этой планеты. Однако, фактически из-за своеобразного ретроградного вращения Венеры, время от одного восхода Солнца до следующего составляет приблизительно 116,8 земных суток, поэтому световой день равен половине года.

Еще одним интересным фактом является то, что период вращения Венеры вокруг своей оси постоянно замедляется. Так, с 1990 года планета стала вращаться на 6,5 минут медленнее. Такое явление, можно объяснить увеличением объема атмосферного слоя, которое замедляет вращение Венеры.

Венера, наряду с Меркурием, является планетой, не имеющей естественных спутников. Есть гипотеза, что в прошлом спутником Венеры являлся Меркурий, который впоследствии был ею «потерян». При помощи численного моделирования было установлено, что такая гипотеза хорошо объясняет приобретение Венерой вращения, обратного основному в Солнечной системе, разогрев поверхности планеты и возникновение плотной атмосферы. Данная гипотеза объясняет и большие отклонения орбиты Меркурия, его резонансный характер обращения вокруг Солнца и потерю вращательного момента, как у Меркурия, так и у Венеры.


Размеры Венеры и Земли: масса Венеры составляет 0,815 массы Земли, а экваториальный диаметр равен 0,949 экваториального диаметра Земли


Среднее расстояние от Земли до Венеры (слева), равное 149 (40–259) млн. км. Справа, как пример, показано среднее расстояние от Земли до Марса — 225 (54,6–401) млн. км

Дневная и ночная сторона Венеры, с гигантским (66 тыс. км) вихрем на южном полюсе планеты (сверху). Фото: © ESA, M. Pérez-Ayúcar & C. Wilson

Атмосфера и климат

Атмосфера Венеры состоит из углекислого газа, а также небольшого количества азота и других рассеянных элементов: например, серной кислоты, водяного пара и молекулярного кислорода. По плотности и температуре атмосфера разделена на несколько слоёв. Нижняя, наиболее плотная ее часть (тропосфера), начинается от поверхности планеты и заканчивается на высоте 65 км. Верхние слои атмосферы (мезосфера) имеют давление примерно равное давлению на поверхности Земли.

Большое количество углекислого газа в нижних слоях атмосферы вместе с парами воды и сернистым газом создаёт сильный парниковый эффект, что делает Венеру самой горячей планетой в Солнечной системе, с температурой у поверхности около 465 °С. При этом Венера расположена дальше от Солнца, чем Меркурий и получает лишь 25% солнечной энергии. Вследствие очень плотной атмосферы разница температур между дневной и ночной сторонами планеты незначительна. Выше 65 км температура имеет практически такие же значения, как и на поверхности Земли. Поэтому верхние слои атмосферы рассматриваются в качестве подходящего места для исследования и колонизации человеком.

Строение атмосферы Венеры; вертикальные распределения температуры и давления
Элементный состав атмосферы Венеры. Красным цветом показаны содержания микроэлементов

Венера не имеет магнитного поля, что, вероятно, связано с медленным вращением планеты или отсутствием конвекции в мантии. По причине отсутствия магнитного поля, солнечный ветер проникает глубоко в планетарную атмосферу, что ведет к ее существенным потерям. В настоящее время основными ионами, уходящими из атмосферы, являются O+, H+ и He+. Отношение ионов водорода к кислороду указывает на непрекращающуюся потерю воды.

Верхние слои атмосферы находятся в состоянии сильнейшего вращения, в направлении, обратном вращению планеты, со скоростью до 360 км/час. Полный цикл вращения атмосферы составляет всего четыре земных дня. Таким образом, под действием мощных ветров атмосфера движется намного быстрее, чем вращается сама планета. Это явление так называемого супервращения атмосферы. На экваторе вращение атмосферы происходит медленнее, чем в средних широтах: ветер огибает планету по экватору за 5 дней, а в средних широтах — за 3 дня. При перемещении в сторону высоких широт ветры быстро ослабевают и полностью исчезают на полюсах.

По мере снижения вглубь атмосферы, к поверхности Венеры, скорость ветров уменьшается с каждым километром на 3 м/с. Поэтому, ветра вблизи поверхности Венеры намного медленнее, чем на Земле, и имеют скорость всего несколько километров в час. Однако из-за высокой плотности атмосферы у поверхности, этого вполне достаточно для переноса пыли и мелких камней, подобно медленному течению воды на Земле.


Магнитосфера Венеры и ее взаимодействие с солнечным ветром. Виден хвост магнитосферы, который тянется на расстоянии до десяти радиусов планеты. Рисунок: © NASA


В атмосфере Венеры дуют сильнейшие ветры, порождающие на полюсах гигантские ураганы, с двумя центрами вращения — «глазами бури». А плотные, токсичные облака изливают дожди из серной кислоты

Предполагается, что все ветра на Венере обусловлены конвекцией — переносом тепла в газах потоками вещества. Горячий воздух поднимается в экваториальной зоне, где наблюдается наибольший нагрев Солнцем, и направляется к полюсам. Недалеко от полюсов, там, где холоднее, возникают нерегулярные структуры, известные как полярные вихри. Это гигантские ураганы, аналогичные земным штормам, но в несколько раз большего размера. Подобные явления можно наблюдать и на Земле, например в зимние периоды над Антарктидой. Каждый вихрь на Венере имеет два центра вращения — «глаза бури», которые связаны отчетливой S-образной структурой облаков. Вблизи их внешних границ скорость ветра достигает 35–50 м/с и уменьшается до нуля в центрах. Сам циклон находится на высоте в 42 километра от поверхности Венеры. Вихри никогда не прекращаются, но непрестанно эволюционируют между морфологиями.

А) Двойные ураганы (глаза бури) на северном полюсе Венеры. Фото: © ESA. В) Вертикальный профиль урагана, на примере земного тайфуна Чой-Ван. В центре видна гигантская воронка, тот самый глаз бури. Фото: © NASA, Aqua satellite


V-образные неоднородности атмосферы, вызванные сильными ветрами, дующими в направлении, обратном вращению планеты. Фото: © NASA


Движение S-образного вихря на южном полюсе Венеры, на высоте около 59 км. Светлые области — наиболее тонкие участки атмосферы, через которые «просачивается» жар от поверхности планеты. Инфракрасное изображение: © ESA/VIRTIS

Облака на Венере очень плотные, они состоят из сернистого газа и капель серной кислоты. Серная кислота в атмосфере образуется химическим путем из воды и диоксида серы, источниками которого могут быть серосодержащие породы поверхности и вулканические извержения. Из этих «токсичных» облаков постоянно идут дожди серной кислоты. Однако, они никогда не достигают поверхности планеты, испаряясь от жары. Плотные венерианские облака отражают до 75% падающего солнечного света, поэтому планета так ярко светится при наблюдении из космоса.

Толщина облачного покрова такова, что лишь незначительная часть солнечного света достигает поверхности. Под постоянными облаками на планете не видно звезд и солнца, почти нет теней — только рассеянный красноватый свет. Это происходит потому, что синие и УФ лучи не доходят до поверхности планеты, рассеиваясь в атмосфере, а проникает только красное излучение, нагревающее поверхность. Освещенность на Венере такая же, как в пасмурный день на Земле, а небо желтое.

Последние исследования атмосферы показали наличие молний в облаках Венеры. Молнии Венеры уникальны тем, что в отличие от молний, обнаруженных на Юпитере, Сатурне и Земле, это единственные известные молнии, не связанные с водяными облаками. Они возникают в облаках серной кислоты. Молнии на Венере могут возникать и во время извержения вулканов над их кратерами, что часто наблюдается и в земных условиях.

Предполагается, что атмосфера Венеры около 4 миллиардов лет назад была очень похожа на земную, с жидкой водой на поверхности планеты. Необратимый парниковый эффект, возможно, был вызван испарением поверхностной воды и последующим повышением уровня других парниковых газов. Расчёты показывают, что при отсутствии парникового эффекта максимальная температура поверхности Венеры не превышала бы 80 °C.


Молнии в желтом небе Венеры. 3D модель: © ESA

Радарное изображение поверхности Венеры: слева — северное полушарие, справа — центр планеты на 90° в.д. Моделирование: © NASA/JPL

Поверхность и внутреннее строение

Поверхность Венеры чрезвычайно суха, влажность составляет менее 0,1%. На Венере вследствие высоких температур нет жидкостей, в том числе и воды. Из-за высокого давления у поверхности газ становиться таким плотным, что перемещение на Венере подобно хождению водолазов по дну океана. Примерно две трети планеты покрыто плоскими, гладкими равнинами, в которых присутствуют тысячи вулканов (что намного больше, чем на Земле) от 1 до 240 км в ширину, с застывшими потоками лавы, которые покрывают 85% поверхности.

Это объясняется тем, что планетарная кора Венеры цельная, в отличие от земной, и не имеет тектоники плит. Тепло от ядра накапливается до тех пор, пока хватает места, после чего вся планета начинает извергаться, высвобождая магму и перемалывая кору, что приводит к изменению внешнего вида планеты и покрытию ее поверхности лавой. Вот почему на поверхности планеты очень мало астероидных кратеров — они разрушаются при вулканическом извержении, а мелкие астероиды сгорают в жаркой атмосфере. Извержения высвобождают триллионы тон сернистого и углекислого газов, наполняя ими атмосферу.

Активный вулкан на Венере. Рисунок: © ESA/AOES

Высокое содержание диоксида серы (SO2) в атмосфере Венеры является прямым свидетельством активной вулканической деятельности в геологическом прошлом планеты, когда миллионы вулканов извергались одновременно по всей планете. Считалось, что сейчас эти процессы прекратились. Однако, последние исследования Европейского космического агентства (ESA) установили активный вулканизм, который происходит и в наши дни. Используя инфракрасное излучение, специалисты ESA обнаружили высокотемпературные участки на Венере, что свидетельствует о потоках лавы, изливающихся на поверхность планеты.

Еще одним доказательством извержения вулканов является изменение уровня диоксида серы в атмосфере Венеры. Периодическое увеличение диоксида серы в верхних слоях атмосферы за последние 40 лет свидетельствует о его постоянном поступлении с поверхности планеты в атмосферу, так как отдельные молекулы SO2 разрушаются под действием солнечного света уже через несколько дней. Вулканическая активность может свидетельствовать о наличии у планеты расплавленного внешнего ядра. Таким образом, Венера, как и Земля, является «живой» планетой.


Вид на Венеру с атмосферой и без нее: на поверхности заметно большое количество вулканов и кратеров. Анимация: © 3Dsterio.com


Первые в истории фотографии поверхности Венеры, сделанные советским зондом. Фото: © Венера–13, 1981


Ветвящийся лавовый канал на поверхности Венеры, шириной два километра. Фото: © NASA

Геологические объекты на Венере: 1. — горы Максвелла, 2. — земля Иштар, 3. — вулкан Маат, 4. — земля Афродиты, 5. — земля Лады, 6. — область Альфа, 7. — область Эйстлы, 8. — область Фебы, 9. — область Белл. Цилиндрическая карта: © NASA/JPL

Шесть горных районов составляют около одной трети поверхности Венеры. Все названия на Венере женского рода, кроме горного хребта Максвела. Он является самым большим на планете, имея длину около 870 км и высоту более 11 км, что выше Эвереста на 3 км. Гора Маат — вторая по высоте возвышенность планеты после гор Максвелла и самый высокий (8,8 км) венерианский вулкан, названный в честь древнеегипетской богини правды и справедливости «Маат».

Самые крупные геологические структуры на Венере — это так называемые «земли», или «континенты», обширные возвышенности. Они получили свои названия в честь богинь любви в мифологии различных стран. На Венере находятся три таких региона:
Земля Афродиты. Самая большая из трёх возвышенностей (континентов) Венеры. По площади близка к Африке, а её длина превышает диаметр планеты. Она расположена недалеко от экватора и названа в честь греческой богини любви и красоты Афродиты.
Земля Иштар. Один из двух основных горных регионов планеты, размером около 5600 км (приблизительно площадь Австралии). Земля Иштар является меньшей из двух континентов и расположена рядом с северным полюсом планеты и названа в честь аккадской богини «Иштар».
Земля Лады. Расположена в малоизученной области южного полушария планеты и названа в честь славянской богини любви.

На поверхности Венере есть интересные геологические образования, так называемые «короны», или «венцы» — кольцевидные структуры, от 155 до 580 км в ширину. Они сформировались, когда горячий материал, находящийся под планетарной корой вздымался, деформируя поверхность планеты. У Венеры также есть «мозаики» — приподнятые области, в которых много горных хребтов и долин, сформировавшихся в различных направлениях. Только на поверхности Венеры находятся большеразмерные структуры, вероятно, вулканического происхождения — «Арахноиды» (с греческого — подобные паукам). Размеры этих образований составляют от 100 до 200 км в диаметре. Они имеют вид концентрических овалов, между которыми существует густая сеть разломов, имеющая некоторое сходство с паутиной.

В отличие от равнин, в нагорьях и горах находятся более древние породы, образованные при участии воды. Миллиарды лет назад они возникли в океане, но геологические процессы впоследствии подняли их на поверхность Венеры. Это доказательство того, что когда-то на планете была вода.

Рельеф и карта полушарий. А) Сверху вниз: южное полушарие, левое полушарие, северное полушарие; В) Правое полушарие: 1. — земля Афродиты, 2. — Ganis Chasma, группа рифтовых зон с возможным активным вулканизмом, 3. — равнина Ниобы. Рисунок: © The Planets, Robert Dinwiddie et al.
A) Гора Маат — самый высокий венерианский вулкан и вторая по высоте возвышенность планеты. 3D модель: © NASA. B) Арахноиды — большеразмерные структуры, вероятно, вулканического происхождения, найденные лишь на поверхности Венеры; С) Геологическое образование по типу «короны». Фото: © NASA

Недавние исследования показали наличие ледяные шапок на вершинах венерианских гор. Однако с такими высокими температурами у поверхности существование воды, а тем более снега, или льда не возможно. Поэтому эти «ледяные» шапки представляют собой сульфиды свинца и висмута — галенит и висмутин. Они покрывают вершины гор блестящим металлическим слоям. Высокая температура выплавляет металлы из вулканических пород венерианских низменностей, и они поступают в атмосферу в виде «металлического тумана». На больших высотах, это туман конденсируется, образуя блестящие металлические шапки. Так, высоко в горах Максвелла возможно образование и выпадение аэрозолей из пирита, сульфида свинца и других соединений. Падает ли на Венере снег из металлов пока неизвестно, но теоретически это возможно. Кислотные дожди испаряются раньше, чем достигнут поверхности планеты, поэтому растворение выпадающих металлов не происходит.


Металлические шапки сульфидов свинца и висмута на вершинах гор. 3D модель: © Mistagregory / Wikimedia Commons


На поверхности Венеры адская температура до 465 °С и высокое давление, способное раздавить автомобиль, а на вершинах гор «снежные шапки» из расплавленного металла

Предполагается, что внутренняя структура планеты схожа с земной, поскольку плотности Венеры и планет земной группы совпадают. Важным отличием Венеры от Земли как раз и является отсутствие тектоники плит, которое приводит к масштабным извержениям лавы. По каким-то причинам тектоническое движение на планете остановилось миллиарды лет назад, став причиной отсутствия у Венеры генерируемого магнитного поля.

Венера имеет металлическое ядро, мантию и кору, состоящую из изверженных пород — базальтов (кремнийсодержащая порода). Планета не обладает конвекцией внутри ядра. Внутреннее и внешнее ядро не имеют большого различия по температуре, поэтому металл в составе ядра не перемещается и не порождает магнитное поле.

Строение Венеры: 1. — расплавленное железо-никелевое ядро, 2. — мантия, 3. — кора, 4. — плотная атмосфера с сероводородными облаками, 5. — облака на высоте 65 км, 6. — видимая с земли поверхность атмосферы. Рисунок: © The Planets, Robert Dinwiddie et al.

Исследование Венеры

Первым аппаратом, который передал информацию о составе и давлении атмосферы планеты, был советский космический аппарат Венера 4, достигший планеты в октябре 1967 года. По предварительным расчетам, предполагалось, что атмосферное давление на поверхности планеты должно равняться 10 земным атмосферам. Аппарат был рассчитан на 20 атмосфер. Но все оказалось иначе. 93 минуты, по мере спуска, Венера 4 передавал информацию о температуре и давлении, пока не достиг высоты 28 км, где под давлением верхних слоев атмосферы его просто расплющило. Аппарат успел отметить температуру 262 °C. Эти данные были учтены в последующих проектах Венера, начиная с Венеры 7. Венера 5 и 6 уже были запланированы к запуску, в них только уменьшили площадь парашютов, чтобы увеличить скорость спуска и проникнуть в более глубокие слои атмосферы.

Венера 7 стал первым аппаратом, достигшим поверхности Венеры. Он совершил посадку 15 декабря 1970 года, и на протяжение 53 минут передавал информацию на Землю (20 из них непосредственно с поверхности). Также стоит отметить, что это был первый в истории аппарат, который вел радиосвязь с Землей с поверхности другой планеты.


«Маринер-2» — американская автоматическая межпланетная станция, запущенная в августе 1962 года. В декабре 1962 года аппарат прошёл на расстоянии 34,7 тыс. км от Венеры и передал данные, подтверждающие теорию об экстремально горячей атмосфере планеты, обнаружил отсутствие у Венеры магнитного поля, измерил скорость вращения планеты вокруг своей оси. Рисунок: © NASA/JPL

В феврале 1974 года мимо Венеры пролетела американская автоматическая межпланетная станция «Маринер-10», в течение 8 суток фотографировавшая облачный покров планеты с целью изучения динамики атмосферы. По полученным снимкам удалось определить период вращения венерианского облачного слоя равный 4 суткам. В 1975 году космические аппараты «Венера-9» и «Венера-10» передали на Землю первые фотографии поверхности Венеры; в 1982 году «Венера-13» и «Венера-14» передали с поверхности Венеры цветные изображения. 20 мая 1978 года НАСА запустила два космических аппарата — Пионер-Венера-1 и 2, с целью изучения Венеры, в частности, выполнить радиолокационное картографирование планеты. Стоит отметить, что из-за экстремальных условий на поверхности Венеры, ни один из космических аппаратов не проработал на планете больше 2 часов.

Всего было запущенно 16 аппаратов «Венера». После «Венер» изучение планеты продолжили советские АМС серии «Вега». Всего этих аппаратов было два: «Вега-1» и «Вега-2», которые, с разницей в 6 дней, стартовали к Венере в 1984 году. 4 мая 1989 г. к планете Венере отправилась межпланетная станция НАСА «Магеллан», которая, проработав до октября 1994 года, получила фотографии практически всей поверхности планеты, попутно выполняя ряд экспериментов. После полёта «Магеллана» в течении долгих 11 лет в истории изучения Венеры космическими аппаратами царил перерыв. И лишь 9 ноября 2005 года Европейское космическое агентство (ESA) отправило к Венере космический аппарат нового поколения «Венера Экспресс» (Venus Express).

В настоящее время в России ведётся разработка принципиально нового космического аппарата — межпланетной станции «Венера-Д», предназначенной для детального исследования атмосферы и поверхности Венеры. Как ожидается, станция сможет проработать на поверхности планеты до 30 суток.


Венера Экспресс. 3D модель: © ESA


Венера-Д (Венера Долгоживущая) — российская автоматическая межпланетная станция для изучения Венеры. Запуск станции намечен на 2024 год. 3D модель: © Роскосмос

Проход Венеры по диску солнца Фото: © NASA

Сходства Венеры и Земли. Катастрофа Венеры

Оби планеты имеют практически одинаковые габариты и одинаковую массу. С такими близкими по значению показателями сила тяжести на Венере будет идентичной силе тяжести на Земле. С такими схожими показателями массы и плотности, внутреннее строение этих двух планет должно иметь много общего. Каждая из планет обладает ядром, состоящим из шара жидкого железа, корой и мантией. Однако в далеком прошлом кора Венеры прекратила плавное скольжение и полностью затвердела. Это остановило геохимический цикл углерода — процесс на Земле, в ходе которого поглощается чрезмерное количество углекислого газа внутри Земли. Без действующего геохимического цикла углерода на Венере произошел парниковый эффект.

Две планеты существовали одинаковое количество лет (4,5 млрд) и образовались из одного и того же облака газа, но почему-то оказались настолько разными. Раньше климат на Венере был куда более благоприятен, чем в настоящее время. Хотя сегодня на Венере количество воды стремится к нулю, в прошлом ситуация была иной.

Поверхность Венеры в настоящее время. 3D модель: © Walter Myers

Из-за солнечного излучения большой объем воды был потерян из атмосферы Венеры в космос. Облака могли бы задержать этот водяной пар, если бы не солнечный ветер (поток ионизированных частиц, истекающий из солнечной короны в окружающее космическое пространство). Сначала под действием энергии солнца молекулы воды распались на молекулы кислорода и водорода, а солнечный ветер оторвал эти молекулы от облаков и унес в открытый космос. И спустя миллиарды лет вся вода исчезает в космическом пространстве.

Следы воды в современной атмосфере Венеры — это последние остатки от древних океанов. Изначальный океан Венеры мог существовать в течение более чем 2 млрд лет, то есть более половины истории планеты, в результате чего можно ставить вопрос о существовании жизни. Хотя некоторые исследователи ставят под вопрос существования океана на Венере, поскольку, как показывает моделирование, вода по большей части содержалась в атмосфере и находилась в большом количестве лишь на ранней стадии существования планеты.

По совокупности признаков, перечисленных выше, можно предположить, что сегодняшние геологические процессы на Венере напоминают обстановку на Земле в Катархее, 4-3,8 млрд. лет назад. Можно с уверенностью утверждать — они характеризуют этап развития Земли до первой постигшей ее 3,9 млрд. лет назад великой катастрофы, которая изменила её облик и весь дальнейший путь развития нашей планеты.


Земля в Катархее — интервал геологического времени, схожий с состоянием на Венере в настоящее время. Начался с образования Земли, около 4,6 млрд. лет назад. Рисунок: © Wikimedia Commons

Преобразованная Венера в результате процессов терраформирования — создания условий, пригодных для жизни человека на Венере. 3D модель: © Wikimedia Commons

Жизнь на Венере и колонизация планеты

Есть версии, что Венера в ранней солнечной системе имела более благоприятный климат, чем позже Земля и Марс. Так, за 4,5 млрд лет существования Солнца, его тепло постепенно росло. Когда Солнце и планеты были молоды, интенсивность солнечного света составляла примерно 70% от текущего значения, увеличиваясь почти линейно на 1% каждые 110 миллионов лет. То есть, на Земле и на Марсе, вероятно, были слишком низкие температуры и холодный климат для возникновения жизни. Поэтому не исключено, что «земная жизнь» могла зародиться на Венере, а потом была занесена метеоритами на Землю (теория панспермии). Поэтому не исключена возможность того, что в то время и сейчас на Венере есть углеродные формы жизни. Слои атмосферы Венеры состоят из серной кислоты, что губительно для жизни. Однако на Земле известны организмы-экстремофилы, которые обитают в подобных условиях, поэтому нельзя полностью исключать возможность существования организмов в венерианских облаках. К тому же в верхних слоях атмосферы, далеко от поверхности планеты, условия относительно приемлемы для поддержания жизни.

В результате анализа данных, полученных зондами, в верхних слоях атмосферы обнаружены сероводород (H2S) и сернистый газ (SO2), а также сульфид карбонила (O=C=S). Первые два газа вступают в реакцию друг с другом, поэтому для того, чтобы обеспечивать их постоянное содержание в атмосфере, должен существовать и постоянный источник их поступления. 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. Было высказано предположение, что микроорганизмы на этом уровне могут поглощать ультрафиолетовый свет Солнца, используя его в качестве источника энергии. Это могло бы являться объяснением тёмных пятен, видимых на ультрафиолетовых изображениях планеты.

Также до сих пор неизвестно, почему СО в атмосфере превращается в СО2. Одним из объяснений этому является существование в облаках микробной формы жизни (экстремофилы архейской структуры) с метаболизмом, полностью отличающимся от всего, что мы знаем на Земле, на основе СО и SO2.

Ясно, что эта теория остается доказанной не целиком. Будущие миссии на Венеру смогут подтвердить или опровергнуть эту теорию. Также есть вероятность того, что жизнь на Венере находится под её поверхностью, где условия, возможно, намного благоприятнее, чем на поверхности.

Венера интересует исследователей не только, как объект возможной внеземной жизни, но и как претендент на будущую колонизацию. С учетом враждебных для жизни условий на Венере, и исходя из современных технологий, прямая колонизация планеты невозможна. Поэтому чаще всего предлагается сначала сделать её пригодной для жизни путем терраформирования, например, бомбардировкой кометами или водно-аммиачными астероидами, чтобы получить на планете воду. Однако необходимые для этого количества энергии огромны, и до тех пор, пока появятся видимые результаты, могут пройти тысячелетия.

Привлекательность освоения Венеры 1. — Схожесть Венеры и Земли по массе, диаметру и силе тяжести.
2. — Венера является ближайшей к нам планетой Солнечной системы.
3. — На Венеру попадает много солнечной энергии, которую потенциально можно использовать для терраформирования.

Проект освоения ВенерыВидео: © Телестудия Роскосмоса


Этапы терраформирования Венеры. Рисунок: © Watsisname

Колонизация Венеры с помощью гигантских дирижаблей (Облачный город), парящих на высоте 50 км от поверхности планеты. 3D концепт: © NASA

Правда, существуют и такие технологии, которые могут быть осуществлены в ближайшем будущем. Например, создание «воздушных» колоний в верхних слоях атмосферы Венеры. Новый проект NASA под названием HAVOC (High Altitude Venus Operational Concept — концепция высотного размещения на Венере) поможет обойти сложности, имеющиеся на поверхности планеты, создав колонии, которые будут парить на высоте 50 километров над поверхностью планеты подобно дирижаблям. В пользу колонизации Венеры говорит множество факторов, например, близость к Солнцу и, как следствие, возможность установить солнечные панели для сбора энергии, а также расстояние до планеты, которое вдвое меньше, чем до Марса.


Один из способов изучения ВенерыВидео: © NASA Langley Research Center

Резюме

Венера немного меньше Земли, она не имеет магнитного поля, естественных спутников и колец. Это единственная планета в Солнечной системе с женским именем. Венера и Земля образовались из одного и того же вещества и в первые 2 млрд. лет планеты были очень похожи, к тому же, на Венере, когда-то существовал океан. Венера вращается вокруг своей оси, с востока на запад, то есть в направлении, противоположном направлению вращения большинства планет. Это означает, что Солнце на Венере встает на западе и заходит на востоке. День на Венере имеет самую долгую продолжительность в Солнечной системе и составляет 116,8 земных суток, а год равен 224,7 земным суткам, что чуть короче двух венерианских дней. Венера является твердой планетой — она имеет ядро, мантию и кору, ее поверхность покрыта большим количеством кратеров и имеет вулканический пейзаж.

Плотная атмосфера Венеры состоит из углекислого газа (96,5) и азота (3,5%), с небольшим количеством диоксида серы (SO2) и воды, которые образуют облака из серной кислоты. Из-за большого количества углекислого газа на Венере создается мощный парниковый эффект, что приводит к высоким температурам внутри планеты до 485 °C. Плотность на планете растет с приближением к поверхности, поэтому спуск на Венеру будет подобен погружению на дно океана на глубину до 1 км. Венеру исследовали более 40 космических аппаратов, как орбитальных, так и спускаемых.

Литература

1. Бурба Г. Кривое зеркало Земли // Вокруг света № 6, 2003

2. Левин А., Мамонтов Д. Планета оранжевых сумерек // «Популярная механика» № 11, 2008

3. Родионова Ж. Ф. Венера — ближайшая к нам планета // «Дельфис» № 39, 2004

4. Arnold G., Haus R., Kappel D. et al. Venus surface data extraction from VIRTIS / Venus Express measurements: Estimation of a quantitative approachJGR, vol. 113, 2008

5. Fedorova O., Korablev A., Vandaele C. et al. HDO and H2O vertical distributions and isotopic ratio in the Venus mesosphere by Solar Occultation at Infrared spectrometer on board Venus Express, vol. 115, 2009

6. Ignatiev N. I. et al. Altimetry of the Venus cloud tops from the Venus Express Observations JGR, vol. 114, 2009

7. Shiltsev V., Nesterenko I., Rosenfeld R. Replicating the discovery of Venus’s atmosphere / Physics Today 66(2), 2013

8. Svedhem H. et al. Venus Express mission JGR, vol. 114, 2009

9. Zasova L., Ignatiev N., Khatuntsev I., Linkin V. Structure of the Venus atmosphere from the surface to 100 km / Planet, Space Sci., vol. 55, pp. 1712–1728, 2008

Facebook

ВКонтакте

Twitter

Google+

Читайте также

teoriawsego.ru

Атмосфера изменяет продолжительность дня на Венере

В середине июня журнал «Nature Geoscience» опубликовал статью, в которой утверждается, что ветры, дующие на Венере, меняют продолжительность суток на планете. Тут уместно будет напомнить, что этот временной показатель у нашей соседки самый большой во всей Солнечной системе, причём с огромным запасом. Сутки здесь длятся 243 земных их аналога. Именно так — восемь месяцев. 

Скорость ветров на Венере

Примечательно ещё и то, что учёным никак не удаётся, как они это любят, зафиксировать точное значение этого временного промежутка. Погрешность небольшая, всего около 10 минут, но и этого достаточно, чтобы возбудить здоровое любопытство к феномену. Одна группа исследователей предположила, что разница может частично объясняться взаимодействием между плотной атмосферой Венеры и тем кошмаром, что зовётся её поверхностью. Эта идея пришла им в голову после того как японская автоматическая межпланетная станция «Акацуки» в 2015 году зафиксировала в верхней части атмосферы очень длинное дугообразное образование.

По какой-то ещё неизвестной нам причине атмосфера Венеры вращается вокруг планеты в 60 раз быстрее, чем сама поверхность. Однако дугообразное нечто, найденное японцами, сохраняло относительную неподвижность над горным регионом материка, носящего поэтическое название Земля Афродиты. Команда провела компьютерные симуляции процессов в атмосфере Венеры и подтвердила, что это образование, скорее всего, является атмосферной гидродинамической гравитационной волной, вызванной особенностями топографии поверхности. 

Это не те волны, которые вызывают колебания пространства и времени в результате, например, столкновения чёрных дыр. В русском языке они названы почему-то одинаково, но в том же английском это два разных понятия — «gravity waves» (это наш случай) и «gravitational waves» (это не наш случай). Так вот, наши гравитационные волны состоят из воздуха, колеблющегося под воздействием внешних сил. Это может случаться, допустим, когда поток воздуха врезается в гору, подбрасывается, а затем резко притягивается вниз силой тяжести. В результате возникают колебания, которые через какое-то время затухают естественным образом. 

Ветра на Венере

Симуляция показала, что количество крутящего момента, сообщаемого этими волнами поверхности Венеры, достаточно для того, чтобы изменять вращение планеты на несколько минут. Этого недостаточно, чтобы объяснить всю разницу в замерах, однако и использовавшаяся модель была весьма упрощённой. Добавление в неё дополнительных исходных данных позволит астрономам отследить колебания продолжительности суток и понять, наконец, почему Венера вращается вокруг своей оси так необычно. Самым верным способом решения этой загадки будет, естественно, отправка к Венере спускаемого аппарата или венерохода, но, как все мы знаем, условия для работы там просто ужасные. 

hikosmos.ru

Атмосфера Венеры - Википедия

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

encyclopaedia.bid

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о