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.



Реклама




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 Венеры
Видео: © 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 Венеры
Видео: © 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. Theory of Everything





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



Читайте также