НАУЧНЫЕ СТАТЬИ
Заходите к нам на форум: задавайте вопросы - получайте ответы!
Исследование Солнечной Системы - Научные Статьи
Планета Венера
Венера и Venus Express


    Венера - планета, наиболее близкая к Земле не только в плане расстояний, но и также по другим физическим характеристикам, то есть по массе, радиусу, плотности и химическому составу (рис. 1). Все же, мягкий климат Земли взрастил жизнь, а Венера - это адское место - ее поверхность горячая и сухая, ее сокрушительная атмосфера, состоящая из углекислого газа пропитана облаками серной кислоты. Что же на Венере пошло не так, как надо?
    Аппарат Venus Express Европейского Космического Агенства был запущен в начале ноября 2005 для исследования некоторых больших проблем. Куда делать вода на Венере, какова ее история? Какая погода на венере, и как она отличается от земной? Что скажет более точный анализ состава атмосферы Венеры? Начнем с вопроса воды. Самое распрастраненное на Земле вещество (океаны Земли в 300 раз более массивны чем атмосфера), вода, присутствует на Венере только в крошечных количествах и сосредоточена она в основном в атмосфере, в виде пара или в виде серно-кислотных облаков. Нет никаких океанов: поверхностная температура Венеры приблизительно 730 Кельвинов (457°C) означает, что вода не может там существовать в виде жидкости. Два других вещества, азот и CO2, являются главными газами на Венере, причем углекисный газ - 96,5% от общей массы атмосферы. Давление при этом около поверхности достигает 92 атмосфер, на Земле такое давление можно найти на дне океана, а углекислый газ растворен в воде.

Рис.1 Основные факты и цифры

    Венера близка к Земле и эти две планеты имели одинаковые стартовые условия. Венера, наверное, когда то могла иметь водные океаны, но так или иначе сейчас она их потеряла. Если Землю придвинуть поближе к Солнцу, температура ее океанов повысилась бы, и испарение воды происходило бы в больших объемах, тем самым еще больше увеличивая температуру планеты. В некоторый момент это вылилось бы в безудержный парниковый эффект, с выпаренными океанами и всей водой в атмосфере. Возможно это и случилось на Венере. Вероятно атмосфера планеты поначалу и состояла из водяного пара, но со временем под действием солнечного света он распался на кислород и водород. Водород, будучи очень легким веществом улетучился в космическое пространство, в то время как более тяжелый кислород опустился к поверхности и окислил кору планеты. Обычный водород улетучился быстрее чем его более тежелый изотоп - дейтерий, и как раз он и свидетельствует за ту огромную потерю воды, что произошла на Венере в прошлом. Дейтерия на Венере в 100-150 раз больше чем на Земле. Первое измерение этого соотношения базировалось на капельках серной кислоты, и было проведено с помощью масс спектрометра на борту миссии Pioneer, запущенного в 1978. Инструменты Venus Express теперь подтвердили эту оценку.
    Механизм улетучивания продолжает действовать и в наши дни. Сейчас в этот процесс вовлечен солнечный втер - поток заряженных частиц, идущий от Солнца, который выбивает атомы и ионы из атмосферы. Но детали, полученные в процессе иссследований, пока что достаточно противоречивы. Венера не имеет никакого заметного внутреннего магнитного поля, так что солнечный ветер прямо взаимодействует с ее верхним слоем - ионосферой, состоящей из электрически заряженных частиц. Анализатор плазмы показал, что положительно заряженный водород и ионы кислорода убегают от планеты с более высокими скоростями чем нейтральные атомы. В результате водород и кислород теряется в пропорции 2:1, (такая же пропорция в молекуле воды).
    Экстремальные погодные условия на Венере сохраняют доминирование CO2 в атмосфере планеты, тем самым предлагая нам несколько контрастов с Землей. Большая масса атмосферы Венеры должна хранить и распределять высокую температуру более эффективно, чем это происходит на Земле, при этом температурные различия должны быть намного меньшими. Исследования Pioneer были хорошим подтверждением. Программа радиозатенений Venus Express, при которой космический корабль пропускает радиосигнал через атмосферу для измерения ее температуры позволит проверить эти данные. Удивительным результатом стало то, что температурные различия дневного и ночного времени колеблются в пределах 30 и 40 К в высотном диапазоне 55-60 км, в пределах облачного слоя Венеры. Тепла, полученного от солнечного света недостаточно, для подъема температуры на 30-40 К в течении дня. Огромные нисходящие потоки могли бы нагреть воздух сжатием, но тогда они должны быть более быстрыми чем любые подобные потоки глобального масштаба на Земле. Еще одно возможное объяснение состоит в том, что облака и газ в атмосфере при исследованиях частично поглощали радиосигнал, вызывая ошибку в полученых данных.
    Тем не менее, чем быстрее должны быть на Венере ветра, тем меньше температурные различия. Скорости ветров относительно поверхности планеты измерены, а сама венера - медленно вращающееся тело (вокруг своей оси за 243 земных дня, световой день Венеры - 117). На верхнем уровне облаков, на высоте 70 км, скорость ветра приближается к показателю в 100 метров в секунду (ураганные скорости). Venus Express подтвердил расчетные данные, отслеживая облака и обнаружил ультрафиолетовые поглотители. Есть на Венере одна особенность, которую она разделяет с Землей и многими другими планетами - это присутствие больших полярных вихрей. Полярный вихрь на Венере окружен холодным кольцом, внутри которого присутствует любопытное образование имеющее форму диполя. Дипольный вихрь на 10 Кельвинов теплее окружающей среды. И вновь, такую разницу в температурах невозможно объяснить нагревом только от Солнца. Сжимающий эффект от интенсивных нисходящих потоков - одно из возможных объяснений. Циркуляция Hadley - система состоящая из горячего воздуха идущего с низких широт и холодного воздуха от полюсов, с потоками на более глубоких уровнях. На Венере экватор более теплый, чем полюса, на высотах более 65 км. Это поддерживает циркуляцию Hadley.

Рис.2 Атмосфера Венеры состоит из 96,5% углекислый газ, 3,5% азот. Атмосфера Земли включает 79% азота, 20% кислорода, 1% аргона. На изображении представлено сравнение температур двух атмосфер, причем нулевое деление по высоте показывает давление 1 бар (уровень моря на Земле). Черные точки на линиях (синия - Земля, зеленая - Венера) показывают увеличение/уменьшение давления в 10 раз. На Венере давление в 1 бар соответсвует высоте в 50 км, тогда как у поверхности оно достигает 92 бар.

    Поскольку сама Венера вращается очень медленно, ее атмосфера создает собственное вращение. Направление вращения такое же как и у планеты, в противоположную сторону относительно орбитального движения. Влияние Солнца растер с увеличением высоты, где атмосфера становится разряженнее и меньшее количество поглощаемой энергии может дать большее изменение температуры. На высотах более 90 км, распрастранение тепла происходит при перемещении атмосферных потоков с дневной стороны на ночную. Доказательства такой дневной-ночной циркуляции поступают от соединений оксида азота, углесислого газа и кислорода, которые образуются на дневной стороне и перемещаются на ночную сторону, и от соединений HF, HCl (хлорид водорода), которые разрушаются на дневной стороне и перемещаются в виде химических побочных продуктов на ночную сторону.
    Очень интересный момент в сравнении атмосфер Земли и Венеры касается молний: их не должно быть на Венере, так как там облака - это смог, который не производит молний. И действительно, нет четких видимых вспышек ни на дневной ни на ночной стороне планеты. Однако Venus Express зарегистрировал низкочастотные электромагнитные волны длительностью доли секунды, как полагают они могут образовываться от электрических разрядов. Таким образом доказательства электрических бурь на Венере, противоречат друг другу. Их существование просто удивительно, но, возможно, мы просто не знаем всех путей образования электрических разрядов в атмосферах планет.
    У аппарата Venus Express достаточно топлива для нормального функционирования до 2013 года. К тому же в 2011 году к Venus Express присоединится японский аппарат Planet-C, который так же будет исследовать атмосферу Венеры. Другие будущие миссии могут использовать шаря для измерения скорости ветра, концентрации газов и их изотопов. Если когда нибудь люди смогут следить за атмосферными процессами на Венере так же как и на Земле, мы сможем понять погоду планеты в целом.
Перевод (http://www.nature.com/nature/journal/v450/n7170/full/450617a.html) 

Образование в чехии бесплатное обучение в чехии.
2005 - , Проект "Исследование Солнечной системы"
Открыт 15.12.2005, E-mail: lobandrey@yandex.ru