Американские исследования. Американцами были запущены к Венере четыре автоматические станции со спускаемыми аппаратами. Дважды пролетел и делал телевизионную съемку венерианской поверхности “Маринер-10” . Применяя специальное радарное устройство в сочетании с использованием наземных радиотелескопов, спутник “Пионер-Венера-1” проводил съемку поверхности планеты между шестидесятыми параллелями.
Результаты исследований.
1. Посылкой автоматических аппаратов к Венере удалось раскрыть состав , вертикальную структуру и динамику атмосферы.
2. Методом бурения и другими методами установлен химический состав грунта, тип поверхностных горных пород.
3. Осуществлена радарная съемка поверхности Венеры.
4. Вследствие очень высоких температур и давления жизнь на Венере отсутствует.
Атмосфера
Загадочная атмосфера Венеры была центральным пунктом программы исследований при помощи автоматический аппаратов за последние два десятилетия. Важнейшими аспектами ее исследований были химический состав , вертикальная структура и динамика воздушной среды. Большое внимание отводилось облачному покрову, играющему роль непреодолимого барьера для проникновения в глубь атмосферы электромагнитных волн оптического диапазона. При телевизионной съемке Венеры удавалось получить изображение только облачного покрова . Непонятными были необычайная сухость воздушной среды и ее феноменальный парниковый эффект , за счет которого фактическая температура поверхности и нижний слоев тропосферы оказалась более чем на 500 выше эффективной (равновесной).
Состав атмосферы. Впервые химический состав атмосферы прямыми методами был осуществлен советскими аппаратами “Венера-4, -5 и -6”. Он оказался таким: СО -97, N - 2, О - 0,1, Н О - 0,05%. Последующие полеты космических аппаратов подтвердили приведенные данные с небольшими коррективами. Крайне незначительное содержание водяного пара в атмосфере , а в ней сосредоточена вся планетная масса гидросферы внешней области Венеры, представляет собой на сегодняшний день загадку.
Атмосферы планет земной группы формировались за счет выхода из недр вулканических газов при дифференциации вещества в стадию его расплавления. Основную часть вулканических газов составляют водяной пар и углекислый газ, находящиеся между собой в объемном соотношении 5 : 1 (Маров, 1976). Свободные азот, кислород, водород в состав вулканических газов не входят , а представляют собой продукты последующих реакций.
По оценкам, общее количество углекислого газа на Венере и Земле приблизительно одинаковое. Только на Земле он связан в осадочных породах и отчасти поглощен водными массами океанов, на Венере же весь он сконцентрирован в атмосфере. Обилие углекислого газа в современной атмосфере Венеры в тысячи раз превышает общее его количество в земной атмосфере.
В соответствии с приведенной пропорцией выделения водяного пара и углекислого газа при дифференциации планетного вещества Венера должна была бы иметь мощнейшую гидросферу, вполне сопоставимую с земной - с толщиной эквивалентного слоя воды на поверхности порядка 2,7 км. Приблизительно такого же колоссального масштаба должна была бы быть и гидросфера Венеры - планеты , по своим размерам и эволюции очень сходной с Землей. Куда же девались с Венеры огромные массы воды? Надежного ответа на поставленный вопрос пока нет.
Вертикальная структура. В соответствии с температурным профилем (рис.1) атмосфера Венеры делится на две области: тропосферу, простирающуюся от поверхности планеты до приблизительно 100 км, и термосферу (Schubert and Covey, 1981).
Тропосфера. Названа по аналогии с земной тропосферой по температурному вертикальному профилю. В венерианской тропосфере температура с высотой понижается. На поверхности температура равняется + 460 С, она мало меняется днем и ночью. К верхней границе тропосферы (рис. 1) температура понижается до 180 К (- 93 С). Состав газов тропосферы в общем сохраняется по всему профилю, т.е. это в основном атмосфера из углекислого газа.
В тропосфере на высотах между 45 -50 и 60- 65 км находится облачный покров , у него очень высокое альбедо : он отражает около 78% приходящей солнечной радиации. Только небольшая часть солнечной энергии проходит через облака и тропосферный воздух и достигает поверхности планеты.
Несмотря на то что прямая солнечная радиация почти не достигает поверхности планеты , температура ее , а также нижних слоев тропосферы очень высока - до 460 С. Причиной является сильно выраженный парниковый эффект атмосферы.
Облачный покров. Несмотря на неоднократное пересечение облачного покрова спускаемыми аппаратами космических станций , взятие проб воздуха на разной высоте и анализ их, четкого представления о составе облаков и их генезисе до сих пор нет. Ясно только одно, что если до космического века они признавались в основной своей массе состоящими из водяного пара, то в настоящее время такая точка зрения признается ошибочной.
По степени поляризации облака состоят скорее всего из капелек серной кислоты с примесью воды (Schubert and Covey, 1981).
М.Я.Маров (1976) облачный покров Венеры определяет как скопление капелек концентрированного ( 75-80%) водного раствора серной кислоты, возможно, с примесью плавиковой и соляной кислот. Серная кислота находится в переходном состоянии из жидкой фазы в твердую. Содержание водяного пара в облачном покрове не более 10 - 10 от общей смеси газов.
По вертикали облачный покров делится на три слоя: верхний, простирающийся между высотами 65 и 78 км (Ксанфомалити, 1976), средний, основной слой плотных облаков - от 50 до 65 км и нижний , находящийся под основным слоем и представляющий собой дымку, аналогичную верхнему слою.
Основной облачный слой , обладающий стабильностью и высокой плотностью, непрозрачен для световых лучей . 78% солнечной радиации отражается его верхней поверхностью, и именно ее полосчатое строение наблюдается в наземных телескопах и на телевизионных снимках. Светлые полосы это - это поверхность густых облаков, а темные - разрывы между ними, через которые в ультрафиолетовых лучах виден неосвещенный нижний слой облачного покрова.
При среднем значении температурного градиента в тропосфере 7,3 /км ( у земной тропосферы он 5,6 /км) температура воздуха понижается с высотой приблизительно +470 С у поверхности планеты до -35 С у верхней поверхности основного облачного слоя (Ксанфомалити, 1976). Это означает ,что в верхней части облачного слоя вода может находиться ( при давлении 0,11 кг/см ) только в твердой фазе - в виде кристаллов льда.
Используя указанное значение температурного градиента, легко получить температуру нижней поверхности основного облачного слоя на высоте 50 км. Она будет + 75 С. Приблизительно на 2 - 3 км ниже того уровня, уже в пределах нижнего разреженного облачного слоя, температура повышается до + 100 С. Это предел нахождения воды в жидкой фазе. Следовательно, ниже 47-48 км вода может находиться в тропосфере только в газообразном состоянии - в виде пара. Таким образом, поверхность Венеры нигде не соприкасается с водой в ее наиболее активной фазе - в жидком состоянии. Круговорот воды на Венере, характеризующийся крайней незначительностью участвующей в нем воды, могущей переходить из одной фазы в другие, ограничивается интервалами высот в тропосфере от 47 до приблизительно 65 км. Атмосферные осадки на Венере в виде дождя , снега, града отсутствуют вследствие очень напряженного температурного поля внешней области планеты. Из сказанного следует, что круговорот воды на Венере не возбуждает обычных для Земли природных процессов - флювиальных, гляциальных и других. Вода в парообразном состоянии обусловливает химическое выветривание горных пород. Однако и этот процесс малоактивен.
Термосфера. Над тропосферой находится разреженная верхняя атмосфера. Днем она нагревается от прямой радиации в ультрафиолетовом диапазоне волн, а потому ее температура с высотой повышается (рис. 1). Таким образом, по вертикальному изменению температуры термосфера Венеры аналогична земной термосфере. Но вместе с тем имеются и различия. На Земле эта сфера существует непрерывно - день и ночь, а на Венере - только днем, ночью она исчезает. Повышенный нагрев воздуха в дневное время заменяется его сильным охлаждением ночью, в связи с чем воздушная среда верхней атмосферы приобретает свойство криосферы (Schubert and Covey, 1981).
В верхней атмосфере преобладание СО сохраняется до высоты 200 км. На высотах 250-300 км его заменяет атмосферный кислород (О) и окись углерода, а выше 500-700 км атмосфера становится чисто водородной, которая постепенно переходит в межпланетную среду.
Температурный минимум в атмосфере приурочен к высотам 100-110 км, т.е. к основанию термосферы. Его значение выражается 160-180 К (от -113 до -93 С). Подъем температуры воздуха выше этого уровня связан с поглощением коротковолновой солнечной радиации (Маров, 1976).
Циркуляция атмосферы. Под влиянием солнечной радиации происходит неравномерных нагрев планетной атмосферы. Тепловой баланс атмосферы в экваториальной зоне бывает положительным, т.е. приход тепла больше излучения его в инфракрасном диапазоне волн в космос. Однако избыток тепла не накапливается в экваториальной зоне, а передается полярным областям, у которых тепловой баланс отрицательный. Происходит некоторое сглаживание температурных различий областей: одной - с положительным тепловым балансом, другой - с отрицательным.
Этот процесс конвективной передачи тепла от экватора к полюсам свойственен и Земле, но вследствие мощного широтного перемещения воздушных масс с востока на запад он оказывается недостаточно выраженным.
В венерианской атмосфере горизонтальные различия температур намного меньше , чем вертикальные. Наибольшие широтные различия , установленные “Пионер-Венус - 1”, относятся к верхнему уровню облаков. Разница в температурах по этому уровню (65 км от поверхности) между полюсами и 60-й параллелью составляет 10-20 , а наиболее высокие ее приурочены к экваториальной зоне, как и у других планет.