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