Доктор физико-математических наук Олег КОРАБЛЕВ, Институт космических исследований (ИКИ) РАН

После 15-летнего перерыва земляне вновь обратили взор к Венере. 9 ноября 2005 г. в 6 ч 33 мин утра московского времени на космодроме Байконур осуществлен запуск европейской автоматической межпланетной станции "Венера-Экспресс", которую российская ракета "Союз-ФГ" вывела сначала на околоземную орбиту, а затем разгонный блок "Фрегат", изготовленный в НПО им. С. А. Лавочкина, увеличил ее скорость до второй космической. Сейчас станция находится на пути к цели, общая продолжительность полета составит 162 суток.

стр. 62

Что же интересует ученых на, казалось бы, уже неплохо изученной Венере? Напомним: во второй половине XX в. к ней были направлены в общей сложности более 20 наших и американских автоматических аппаратов. Первую попытку полета к ней предпринял СССР в начале 1961 г. К сожалению, она не увенчалась успехом. Но в следующем году удача улыбнулась американцам на "Mariner 2".

В дальнейшем наша страна захватила лидерство в исследовании Венеры: четыре отечественных спутника, тринадцать спускаемых аппаратов длительное время исследовали ее поверхность. Работа завершилась полетом к планете и комете Галлея советского космического аппарата "Вега" (1984 - 1986 гг.)*.

В результате перед учеными открылся довольно негостеприимный по земным меркам мир. Помимо чрезвычайно жаркого климата, на Венере обнаружено и очень высокое атмосферное давление - почти в 100 (!) раз больше, чем на Земле. Выяснилось также, что венерианские облака содержат ядовитую серную кислоту. Эти облака полностью скрывают ее поверхность, и чтобы увидеть Утреннюю звезду, к ней были направлены спутники-радары "Венера-15" и "Венера-16", а также американский "Magellan". С их помощью установили: одни участки этой планеты представляют собой раскаленную голую каменистую пустыню; другие покрыты горами высотой более 10 км, кратерами, каньонами и нетипичными для иных небесных тел пересекающимися друг с другом хребтами и долинами, названными тессерами. Также необычно выглядят и обнаруженные кольцевые структуры диаметром от 200 до 600 км: - своеобразные "венцы". Предполагается, что все это - свидетельство недавней естественной переработки верхнего слоя планеты, когда ее горячий и менее плотный материал всплыл на поверхность, а затем остыл. Кстати, по составу он близок к земным осадочным породам. Но, пожалуй, самая главная тайна Венеры - необыкновенно малый геологический возраст ее верхнего слоя, составляющий не более 700 - 800 млн. лет.

Исследования атмосферы и климата Утренней звезды наиболее глубоко осуществлены с помощью спускаемых аппаратов со спутников "Венера-9-14", оборудованных приборами для изучения атмосферы облаков, по мере погружения, а также со спутников "Венера-15-16", имевших на борту Фурье-спектрометр для измерения атмосферной циркуляции. На аэростатных зондах "Вега-1-2" специалисты полу-

* См.: Л. М. Зеленый, Ю. И. Зайцев. Ради познания Вселенной. - Наука в России, 2005, N 5 (прим. ред.).

стр. 63

чили метеоданные по всей трассе полета в облаках планеты на высоте 45 - 50 км. Одновременно приборы обнаружили и вертикальные пульсации скорости ветра (конвективные движения).

Что же касается достижений США в космических исследованиях Венеры, то в первую очередь следует отметить роль космического проекта "Pioneer-Venus" - на орбиту и на поверхность планеты был доставлен ряд исследовательских аппаратов, а также уже упомянутый спутник-радар "Magellan".

Какие же основные факты, касающиеся Венеры, известны нам на сегодняшний день?

Прежде всего установлено, что полная масса углекислотной (97% СО₂ ) атмосферы составляет примерно 10^-4 ее массы и она в 100 раз больше земной. Далее. Ближайшую нашу соседку окутывает сплошной облачный слой, хорошо отражающий солнечное излучение в видимой области спектра. Равновесная температура - около 40°С, а температура поверхности 480°С, по-видимому, определяется гигантским парниковым эффектом. В нижней атмосфере Венеры нет ни суточных, ни сезонных вариаций из-за большой тепловой инерции. Здесь наблюдается так называемая суперротация: атмосфера вращается гораздо быстрее твердого тела самой планеты. Кстати, полный оборот она делает за 243 земных суток. И почти столько же (224, 7 наших дней и ночей) длится венерианский год, причем за это время восход и заход Солнца происходит только дважды. А вот ее облака движутся намного быстрее - они успевают обогнуть Венеру за четверо земных суток. Суперротация была обнаружена на фотоснимках планеты в ультрафиолетовом диапазоне. И хотя такой процесс предсказан и обоснован численными моделями для атмосфер Венеры и Титана*, тем не менее механизм, заставляющий вращаться атмосферу, до конца непонятен, хотя есть разные точки зрения. Суть одной из них: энергия, поступающая от Солнца, разогревает атмосферу планеты так, что она, образно говоря, как бы "вспухает" с одной стороны (термический прилив). Однако как передается момент отдачи от самой поверхности, пока неясно.

* Титан - спутник Сатурна, открыт в 1655 г.; один из крупнейших спутников планет в Солнечной системе. Его атмосфера состоит из азота с примесью метана и других углеводородов (прим. ред.).

стр. 64

стр. 65

Словом, о Венере известно уже очень много, хотя и тайн о себе она хранит по-прежнему немало. Раскрыть их важно не только для углубления наших знаний о Солнечной системе в целом, но и для понимания глобальных процессов, протекающих прежде всего на Земле.

Венера вместе с Марсом и Меркурием входит в четверку планет земной группы. Все они относительно невелики, состоят в основном из плотного каменистого вещества и металлов. Но по природно-климатическим условиям различия у них колоссальные. Оставляя в стороне практически безатмосферный Меркурий, сравним остальные три*. На Венере - плотная, реально живущая газовая оболочка и фантастическая жара; на Марсе - сильно разреженная атмосфера и жестокий холод (в среднем - 60°С, доходящий до - 110°С). Наша же планета занимает промежуточное положение: температура воздуха варьируется от -50 до +50°С. Правда, этот благоприятный климат, увы, меняется, что особенно заметно в последние годы.

Специалисты все с большей тревогой говорят о глобальном потеплении**. В ряде северных районов земного шара летом начинают подтаивать льды (в пластах вечной мерзлоты). Лесные пожары захватывают новые территории. Или возьмем свирепые ураганы, обрушившиеся на Американский континент в 2005 г. Это случайная аномалия или проявление неизвестных доселе глубинных тенденций? Возникают и другие жизненно важные вопросы. В частности, никто не может ответить, какой режим погоды будет на Земле через три-четыре года, десять, сто, двести лет?

Понятно, природная система нашей планеты очень сложна, многослойна, нелинейна. На нее влияют наклон земной оси, Мировой океан, ледники, эрозия почвы, масса других факторов, большая часть которых не поддается сейчас точной оценке, прогнозированию их проявления в будущем. Иногда даже малые воздействия на нелинейную систему ("шумы") могут вызвать масштабные последствия. Конечно, специалисты понимают общие принципы влияния отдельных звеньев природных механизмов - не случайно все с большей точностью делаются краткосрочные прогнозы. Однако как выявить, суммировать и оценить многочисленные факторы и на их основе предсказать развитие глобальных процессов на годы и десятилетия вперед?

Климатические системы ближайших соседок нашей планеты, с одной стороны, намного проще: сказывается отсутствие океана и биосферы. С другой - дают пример некоторых крайностей: холодный Марс с разреженной атмосферой, парниковый эффект которой не превышает 4°С, и раскаленная Венера. Предстоит выяснить: почему Марс почти потерял атмосферу, а Венера, несмотря на отсутствие магнитного поля, сохранила ее, причем с невероятной плотностью? Сравнение климатических систем, степени

Орбита космического аппарата "Венера-Экспресс".

* См.: Л. М. Зеленый, К. М. Пичхадзе. От магнитосферы Земли до марсианского спутника. - Наука в России, 2005, N 5 (прим. ред.).

**См.: Ю. А. Израэль. Грозит ли нам климатическая катастрофа? - Наука в России, 2004, N 4 (прим. ред.).

стр. 66

изменений в них на тех или иных космических телах, думается, позволит лучше понять и закономерности, управляющие эволюцией Земли.

Что же нового ученые рассчитывают узнать с помощью автоматической межпланетной станции "Венера-Экспресс"? Ее планируется вывести на вытянутую эллиптическую орбиту спутника планеты во второй половине апреля 2006 г. Наибольшее сближение с ней - 250 км, максимальное удаление - 66 тыс. км.

Заказчиком проекта является Европейское космическое агентство. Общая стоимость станции - около 220 млн. евро. Программа работы рассчитана на 486 земных суток. Но за этот срок ресурс космического аппарата не будет исчерпан. Он сможет функционировать еще такое же время дополнительно.

Станция создана французской компанией "Astrium", научные приборы изготовлены в России, Германии, Великобритании, Италии, Бельгии, Швеции и других странах. В разработке и испытании двух из них принимали участие и специалисты ИКИ РАН. Не вдаваясь в подробности, отметим лишь, что первый "SPICAV-SOIR" (Россия, Франция, Бельгия) состоит из ультрафиолетового спектрометра, предназначенного для изучения вертикальной структуры атмосферы с 200 км до верхней кромки облаков, и спектрометра с очень высокой разрешающей силой для изучения малых составляющих атмосферы выше облаков методом солнечного просвечивания. Другой - планетный Фурье-спектрометр. Он разработан в Италии. Россия поставляла к нему лишь детекторы и оборудование для наземной калибровки. Прибор предназначен для анализа атмосферы, ее состава, определения термической структуры на дневной и ночной стороне планеты.

В процессе предыдущих исследований Венеры выяснилось: ее облака, к которым приковано столь пристальное внимание ученых, не так непрозрачны, как считали ранее. Дело в том, что горячая поверхность планеты и нижние слои ее атмосферы испускают мощное тепловое излучение - почти как красные угли в костре. Оно поднимается вверх, облака же на высоте 45 - 60 км его не поглощают, а лишь многократно переотражают, рассеивают. И данный поток тепла можно обнаружить только сверху на ночной стороне Венеры. Главным препятствием для него служат не облака, а сама плотная углекислотная атмосфера. Она поглощает излучение почти на всех длинах волн в инфракрасном (ИК) диапазоне, обычно используемом для диагностики состава атмосферных газов. Такой процесс и является основной причиной парникового разогрева планеты.

На некоторых участках ближнего И К диапазона, где поглощение СО₂ слабее, теплое излучение поверхности и подоблачной газовой оболочки Венеры пробивается вверх. Оказалось, что на длинах волн 1; 1,4; 1,7; 3,7 мкм атмосфера планеты почти прозрачна, что дает возможность дистанционного, глобального ее излучения.

Феномен "окон прозрачности" обнаружен средствами наземной астрономии в конце 1980-х годов, однако не был систематически исследован с орбиты (некоторые результаты удалось получить лишь во время кратких пролетов американских зондов "Calileo" и "Cassini"). Более полную информацию об этом явлении, а также о глубоких слоях атмосферы планеты предполагается добыть в ходе реализации проекта "Венера-Экспресс". В числе его других важных целей - обнаружение современной вулканической и сейсмической активности, определение свойств поверхности нашей космической соседки, ее радиационного фона, геологии. И все же основной объем исследований касается структуры и состава газовой оболочки планеты, ее облаков, плазменной среды, взаимодействия с солнечным ветром. Хотелось бы изучить и происходящие на ней химические процессы, в том числе с участием водяного пара, СО₂ , серной кислоты, понять роль парникового эффекта в эволюции крупных космических тел, потери ими атмосферы, в которой возможно существовала биологическая жизнь.

Словом, намечена долгосрочная и насыщенная программа исследований Венеры. В ее выполнение, несомненно, внесут свой вклад и российские ученые.

Permanent link to this publication: