Реферат: Планета Венера

Венера — ближайшаясоседка Земли, вторая по порядку планета Солнечной системы, ее среднеерасстояние до Солнца 108,2 миллиона километров. Размеры и массы Венеры и Землитакже очень близки: радиус Венеры 6051 км (6378 км у Зем­ли), масса Венерысоставляет 0,815 массы Земли, средняя плотность 5240 кг/м, ускорениесвободного падения на эква­торе 8,76 м/с, что составляет 0,89 земного. ПослеСолнца и Луны Венера является самым ярким светилом на земном небе: ее звезднаявеличина в максимуме достигает 4,45m, и при бла­гоприятных условиях можно даженаблюдать тень от предметов, создаваемую светом Венеры. Она совершает одиноборот по ор­бите вокруг Солнца за 225 земных суток. Собственное вращениеВенеры необычно: длительность одного оборота превышает ве­нерианский год иравна 243 земным суткам, направление враще­ния противоположно вращению другихпланет. При этом солнеч­ные сутки длятся около 117 дней. Средняя скоростьдвижения Венеры по орбите 34,99 км/с. Угол между плоскостями экватора и орбитыравен 25о06, орбита планеты круговая,   и поэтому на

Венере непроисходит смены времен года.

В 1610 году Галилейвпервые наблюдал смену фаз у Вене­ры, т.е. изменение ее видимой формы от диска доузкого сер­па. В 1761 году Ломоносов, наблюдая прохождение планеты по дискуСолнца, обнаружил у Венеры атмосферу. Начиная с XVII века астрономы       нераз пытались «разглядеть» Венеру, однако

из-за плотного облачного покроваВенера в видимом  диапазоне

длин волнпредставляется однородной.

Совершенствованиетехники           астрономических наблюдений, использование поляриметрических истереоскопических измере-

ний, освоение инфракрасного и ультрафиолетового  диапазонов

длин волн позволили получитьнекоторую информацию о характе­ристиках атмосферы Венеры на уровне верхнейграницы облаков.

В двадцатых — тридцатых годах нашего столетия были про­ведены первые наблюдения Венеры винфракрасной области         8-13 микрон, позволившие определить температуруатмосферы у верх­ней границы облаков (Петтит и Никольсон,  1929 год), обнару­женыполосы  углекислого  газа            (Адамс и Данхэм,  1932 год), проведеныпервые  поляриметрические  измерения          (Лио,   1929 год). Дальнейшееразвитие наземных спектроскопических наблю­дений позволило Конну и др.  в 1969году получить прекрасный атлас инфракрасных спектров Венеры и других планет соспект­ральным разрешением порядка 1055, обнаружить линии окиси уг­лерода,соляной и фтористо-водородной кислот в спектре Вене­ры и оценить содержаниеэтих компонент. Рядом исследователей в шестидесятые годы были обнаружены ватмосфере планеты пары воды.

До полетов космическихстанций к Венере единственную возможность зондирования подоблачной атмосферыпланеты  пре-

доставлялирадиоастрономические наблюдения в сантиметровом и

дециметровом диапазонах длин волн. Этинаблюдения, выполнен­ные в конце пятидесятых — начале шестидесятых годов в СССРи США, а также совместные наблюдения ученых обеих стран пока­зали, что нижняяатмосфера Венеры имеет температуру 500 — 700 К или 250-450оС. Тогда же в1961-1962 годах в СССР, США

иВеликобритании была проведена радиолокация Венеры, которая позволилаопределить  направление  и  скорость         собственного вращения, изучить топографические характеристики поверхнос­ти, уточнить размер Венеры.

Хотя наземныеастрономические наблюдения Венеры продол­жают развиваться и поныне, основнаяинформация об этой пла­нете за последние два десятилетия была получена скосмичес­ких аппаратов.

Первым исследовательским аппаратом, направленным земля­нами к другойпланете,            стала советская автоматическая стан­ция«Венера-1», стартовавшая 12 февраля 1961 года. Через три месяца онапрошла на расстоянии около 100  тысяч  километров от Венеры и вышла на орбитуспутника Солнца. Основными зада­чами станции «Венера-1»  являлись проверка  методов  вывода космических объектов на межпланетную трассу, проверкасверх­дальней радиосвязи и управления станцией,  проведение  физи­ческихисследований в космосе.

В декабре 1962 года американский зонд «Маринер-2»      про­летелна  расстоянии 35 тысяч километров от Венеры,  имея на борту радиометрсантиметрового диапазона,  магнитометр и ряд приборов для  исследования заряженных      частиц в космической пыли. Магнитное поле не было обнаружено;по данным радиомет­ра был сделан вывод, что радиоизлучение формируется в нижнейатмосфере Венеры,  а не в  ионосфере,  как  это  допускалось ранее.

В 1965 году к«прекраснейшей из звезд небесных», так назвал Венеру Гомер, ушла«Венера-2», которая провела так называемые полетные исследования.Надежно работали приборы

дляизмерения  космических лучей,  магнитных полей,  потоков

заряженныхчастиц и микрометеоритов,  радиопередатчики и вся

система передачи результатов научныхнаблюдений. Расправлен­ные крылья солнечных батарей питали приборы и аппаратуруэлектроэнергией.

Основная техническаяпроблема, стоявшая перед конструк­торами межпланетной станции, заключалась вобеспечении ее работы во время спуска в атмосфере Венеры в условиях огром­ныхтемператур и давления, а также в период аэродинамическо­го торможения.

И вот наступил качественно новый этап: в 1965 году «Ве­нера-3»впервые достигла поверхности планеты,  а  1967       году «Венера-4»впервые  осуществила плавный спуск в ее атмосфере и провела непосредственные физико-химические  исследования. Первый в  истории человечества сеансмежпланетной радиосвязи продолжался 93 минуты. Были измерены в зависимости отвысоты плотность, давление и температура атмосферы,  проведен хими­ческийанализ состава  атмосферы.  Спускаемый  аппрарат  был расчитан на давление до20 атмосфер, и передача данных прек­ратилась до посадки на твердую поверхностьВенеры.  Было ус­тановлено, что      углекислый газ является основнойкомпонентой атмосферы (не менее 95%),  получены пределы содержания      рядадругих компонент, однозначно установлено существование высо­ких давлений итемператур в атмосфере планеты. На пролетном аппарате измерена водороднаякорона Венеры, проведены наблю­дения заряженных частиц и микрометеоритов.

Через день послепосадки «Венеры-4» мимо планеты       мимо планеты на расстоянии          4000км пролетел «Маринер-5», с по-

мощью которого было исследованопрохождение радиосигнала че­рез атмосферу и ионосферу (радиопросвечивание) ипроведены измерения водородной короны. По данным радиопросвечивания былиполучены зависимости температуры и давления от высоты в пределах 90-35 км иконцентрация электронов ионосфере.

Существование менееплотной, чем земная, водородной ко­роны у Венеры было обнаружено измерениями накосмических ап­паратах «Венера-4» и «Маринер-5». Дляверхних областей Вене­ры характерен ряд особенностей, определяемых фотохимиейCO2 c возможным участием в комплексе реакций воды и галогенов, в условияхатомных и молекулярных взаимодействий и взаимодейс­твия с солнечным ветром.

Основная цель запуска в1969 году двух станций «Вене­ра-5» и «Венера-6» — увеличение проникновения         в атмосферу

Венеры, повышение точности измерений химическогосостава, параметров атмосферы и соответствующих им высот. Корпус

спускаемого аппарата был несколькоупрочен, что позволило провести измерения подоблачной атмосферы на более низкихвы­сотах (до 19 км над поверхностью планеты).

Спускаемый аппаратновой конструкции был создан и вошел в состав станции «Венера-7»,которая достигла окрестностей планеты в декабре 1970 года. Ее аппаратурапроводила измере­ния не только во время спуска во всей толще атмосферы,   но и

в течение 23минут на  самой  поверхности  планеты.  Условия

оказалисьнеобыкновенно суровыми: давление достигало 90 ат­мосфер, а температура — до500оС; в облачном покрове, окуты­вающем планету, очень много углекислого газа имало кислоро­да. Получены данные о характере  пород       поверхностного        слоя

Венеры.

С помощью спускаемогоаппарата станции «Венера-8» в 1972 году были проведены разносторонниеисследования атмос­феры и поверхности Венеры. Кроме измерений атмосферного дав­ления,плотности и температуры были измерены освещенность и вертикальная структурааэрозольной среды, в том числе и об­лачного слоя, определены скорости ветра наразличных высотах в атмосфере по доплеровскому сдвигу частоты радиопередатчи­ка,проведена гамма-спектроскопия поверхностных пород. Фото­метрические измеренияпоказали, что облачный слой простира­ется до высот около 40 км, оценена егооптическая толщина и прозрачность; освещенность на поверхности дневной стороныВенеры оказалась достаточной для съемки изображения места посадки. Впервыеполучен высотный профиль скорости ветра, который характеризуется возрастаниемскорости от 0,5 м/сек у поверхности до 100 м/сек у верхней границы облаков. Посо­держанию естественных радиоактивных элементов (уран, торий, калий)поверхностные породы на Венере занимают промежуточное положение междубазальтами и гранитами.

В феврале 1974 года нарасстоянии 6000 км от Венеры прошел американский зонд «Маринер-10»,на котором были уста-

новлены телевизионная камера,ультрафиолетовый спектрометр и

инфракрасный радиометр.Полученные телевизионные изображения

облачного слоя использовались дляисследования динамики ат­мосферы. С помощью ультрафиолетового спектрометраобнаружены и измерены количества гелия в атмосфере.

Станции новогопоколения «Венера-9» и «Венера-10», дос­тигшие планеты воктябре 1975 года, стали первыми искусс-

твенными спутниками Венеры, а ихспускаемые аппараты совер­шили мягкую посадку на освещенной стороне планеты.Впервые были переданы панорамные телевизионные изображения с другой планеты,измерены на спускаемых аппаратах плотность, давле­ние, температура атмосферы,количество водяного пара, прове­дены нефелометрические измерения частицоблаков, измерения освещенности в различных участках спектра. Для измерений ха­рактеристикгрунта помимо гамма-спектрометра использовался радиационный плотнометр.Искусственные спутники позволили получить телевизионные изображения облачногослоя, распреде­ление температуры по верхней границе облаков, спектры ночно­госвечения планеты, провести исследования водородной коро­ны, многократноерадиопросвечивание атмосферы и ионосферы, измерение магнитных полей иоколопланетной плазмы. На стан­циях второго поколения информация со спускаемыхаппаратов предавалась на орбитальный аппарат, а затем ретранслирова­лась наЗемлю.            Это привело к значительному увеличению коли-

честваполучаемой информации.

На панорамах виднывыходы коренных пород наряду с эро­дированным материалом; развалы камней могутбыть результатом смещений в коре и служить подтверждением тектонической ак­тивностина Венере. В целом поверхность Венеры — это горячая сухая каменистая пустыня.

В 1978 году помежпланетной трассе прошли и достигли заданной цели еще два посланца — «Венера-11» и            «Венера-12»,

основной задачей которых, было детальноеисследование хими­ческого состава нижней атмосферы методами масс-спектромет­рии,газовой хроматографии,            оптической и рентгеновской

спектроскопии. Были измерены количества азота, окисиуглеро­да, двуокиси серы, водяного пара, серы, аргона, неона и оп­ределеныизотопные отношения аргона, неона, кислорода, угле­рода, обнаружены хлор            исера в частицах облаков, получены

детальные данные по поглощению солнечногоизлучения на    раз­личных высотах   в атмосфере, необходимые для изучения еготеплового режима. Специальным приемником были зарегистриро-

ваны импульсы электромагнитного излучения,указывающие на существование электрических зарядов в атмосфере наподобе земныхмолний.        На пролетных аппаратах были установлены уль-

трафиолетовые спектрометры дляисследования состава верхней атмосферы.

Основная составляющая атмосферы Венеры — углекислый газ (96% по объему ),азот ( 4%), окись углеродадвуокись серы, кислорода практически нет,содержание водяного пара, по-ви­димому, колеблетсяот 0,1 — 0,4% под облачнымислоями до 15-30% выше них. Наземными спектроскопическими исследования­минайдены также  молекулы HCl.

Температура атмосферыВенеры у поверхности планеты ( на уровне, соответствующем радиусу 6052 км) 735К, давление 9 МПа, плотность газа в 60 раз больше, чем в земной атмосфере.Атмосфера Венеры до 50 км от поверхности сохраняется близкой к адиабатической,а выше 50 км температурный градиент умень­шается приблизительно вдвое. Суточныеколебания температуры у поверхности 1 К, а на высоте 50-80 км достигают 15-20К. Температура верхней границы облачного слоя в приполярной зо­не на 5-10 Квыше, чем у экватора, что, видимо, связано с

изменениемвысоты расположения облаков.  Высокая температура

атмосферы у  поверхности  объясняется действием парникового

эффекта : согласно данным  прямых  измерений,            значительная

часть солнечного излучения (3 — 4%) достигает поверхности и

нагреваетее, а сильная непрозрачность для собственного инф­ракрасного излучения плотнойуглекислой атмосферы с примесью водяного пара препятствует остываниюповерхности.

Обнаружена высокаягрозовая активность Венеры: интен­сивность электрических разрядов,регистрировавшаяся по час­тоте следования низкочастотных импульсов наспускаемых аппа­ратах «Венера-11» и «Венера-12», оказаласьво много раз вы­ше, чем на Земле. Очевидно вблизи поверхности Венеры возни­каютэлектрические поля с напряженностью в сотни кВ/м. Высо­кая грозовая активностьпредположительно объясняется наличи­ем действующих вулканов на поверхностиВенеры.

Космическиеисследования показали, что  собственного магнитного поля у Венеры нет.

Одновременно с«Венерой-11» и «Венерой-12» проходила работа американскогопроекта «Пионер-Венера», который вклю­чал спутник и четыреатмосферных зонда с аппаратурой для из­мерения давления, плотности,температуры, оптической толщины облаков и теплового излучения в атмосфере. Наодном из зон­дов были дополнительно установлены масс-спектрометр, газовыйхроматограф, спектрометр размеров аэрозольных частиц и два фотометра. На бортуспутника      находились масс-спектрометры

нейтрального и ионного      состава,ультрафиолетовый спектро­метр, инфракрасный радиометр, поляриметр, магнитометр,ана-

лизаторы плазмы и электрическихполей, радар для исследова-

ния рельефа. 4 декабря 1978 года на околопланетнуюорбиту выведен американский космический аппарат «Пионер-Венера-1», а9 декабря на Венере в четырех точках планеты совершили по­садку один большой итри малых зонда (большой и один малый на дневную сторону, 2 других малых — наночную поверхность), доставленные космическим аппаратом«Пионер-Венера-2»       (сам

космический аппарат сгорел в атмосфереВенеры). Во время этих экспериментов были проведены исследования структуры,химического состава, оптических свойств и теплового режима атмосферы, свойствоблаков. Проведены также измерения нейт­рального и ионного состава верхнейатмосферы;            плазменные и

магнитные измерения; методомрадиовысотометрии исследован рельеф значительной части планеты.

На спускаемых аппаратах «Венера-13» и «Венера-14»(1982 год) была  установлена            усовершенствованная аппаратура хими­ческогоанализа атмосферы (масс-спектрометры, газовые фрома­тографы, оптические ирентгеновские спектрометры),  для исс­ледования частиц облачного слоя.  Наэтих  станциях  впервые были получены цветные панорамы поверхности планеты, провед­ены бурение и анализ грунта. Была решена проблема создания и обработкигрунтозаборного устройства,  взятые образцы грунта доставлены внутрь спускаемыхаппаратов и подвергнуты рентге­новскому анализу,  который дал содержаниеосновных элементов в исследованных образцах грунта.

Главной цельюкосмического эксперимента на искусствен­ных спутниках Венеры автоматическихмежпланетных станциях «Венера-15» и «Венера-16» (1983 год)являлось радиолокацион­ное картографирование поверхности северного полушария спо-

мощью радиолокаторов бокового обзора.Впервые получены ради­олокационные изображения северной приполярной областиВене­ры. На изображениях различаются кратеры, гряды, возвышеннос­ти, крупныеразломы, горные хребты и детали рельефа размером 1-2 км. На спутниках былитакже установлены приборы для зон­дирования поверхности и атмосферы планеты врадиодиапазоне и инфракрасный Фурье-спектрометр, созданный учеными ГДР и СССРдля исследования химического состава,     строения, теплового

режима идинамики атмосферы на высотах 55-100 км.

Получение с помощьюразведчиков космоса разнообразной информации о районах дальних и ближних,Венере, других угол­ках Солнечной системы имеет огромное научное и    познаватель-

ноезначение. Познав прошлое люди смогут предсказать будущее.

Литература.

«В Е ГА»         Международный проект «Венера-Галлей»

Центр Управления Полетом, 1985 год

«Кзвездам — To the stars»

Шаталов В.А.

Ребров М.Ф.

Баскевич Э.А.

«Планета», Москва, 1982 год

«Космонавтика» Энциклопедия

«Советскаяэнциклопедия», Москва, 1985 год