книги из ГПНТБ / Кузьмин, А. Д. Физика планеты Венера

Рассчитанная по измеренной скорости vD (t) величина пройденного пути z (t) показана на рис. 40 сплошной ли­ нией. Расстояние, пройденное «Венерой-7» от момента на­ чала измерений до посадки на поверхность, составило

Ьд,м/сек

Рис. 40. Скорость спуска г д и величина пройденного пути z в зависимости от

z = 55,1 + 3 км. Указанные отклонения связаны с на­ коплением ошибки измерений гщ (~ 1,5 м/сек) па ин­ тервале интегрирования. Заметим, что расчетную вели­ чину z (t) по измеренной температуре Тазм (t), исходя из предложения об адиабатичности атмосферы, можно полу­ чить непосредственно, не прибегая к интегрированию v (t), если воспользоваться первым законом термодинами­ ки TdS = di — dp/р, уравнением гидростатики (IV.3) и условием изоэнтропы dS — 0. Тогда в конечных прира­ щениях можем записать:

ласии обеих кривых. Вместе с тем обнаруживается некото­ рое расхождение на участке спуска от 8ь15т до 8h35m, а обший пройденный путь оказывается в среднем на 1,8 км

станции «Венера-8» определяются совокупностью независи­ мых данных о текущем значении высоты над поверхно­ стью по измерениям бортового радиовысотомера, измере­ ниями радиальной скорости аппарата беззапросным доп­ леровским методом и, наконец, данными измерений пара­ метров атмосферы.

Радиальная компонента скорости СА (суммарная си­ стематическая погрешность определения которой нахо­ дилась в пределах 2 м/сек на всем участке спуска) изме­ нялась от 136 м/сек в начале до 6,4 м/сек в конце спуска. Скачохс скорости в l l h48ra40s соответствует разрифовке парашюта, а в 12h32m12s — посадке на поверхность Ве­ неры. Заслуживает внимания заметное колебательное дви­ жение СА после разрифовки с амплитудой колебаний по радиальной скорости около 2 м/сек и периодом 1—2 сек, которое сравнительно медленно (5—7 минут) затухало. В последующем колебания скорости с регулярным харак­ тером были невелики. В предположении отсутствия гори­

скорость СА v = 8,35 м/сек.

На рис. 41 показаны скорость спуска v (t) и высота над поверхностью h (t) по данным измерений радиовысотомера и рассчитанные по уравнениям (IV.6) — (IV.10). В пос­ леднем случае интеграл пройденного пути вычисляется от момента посадки аппарата на поверхность. На участке движения аппарата на зарифованном парашюте скорости спуска, вычисленные по уравнениям (IV.6) и (IV.8), раз­ личаются приблизительно на 20%, что, вероятнее всего, связано с тем, что использовавшаяся в расчетах константа CJM несколько занижена. После l l h50m00s кривые v (() и h (/), найденные различными методами, практиче­ ски совпадают. Вместе с тем обращает на себя внимание заметное отличие кривой h (t), полученной по измерениям

122 Гл. XV. СТРУКТУРА НИЖНЕЙ АТМОСФЕРЫ

радиовысотомера, от расчетной на участке спуска выше 25—30 км. Если исключить ошибку в определении высоты на этом участке спуска, существенно превышающую до­ пустимую погрешность (см. табл. 8), то можно предполо­ жить, что район планеты, где начался спуск СА «Венеры-8»,

дущих разделах, позволяют построить высотные профили температуры, давления и плотности атмосферы Венеры на ночной и дневной сторонах в окрестности утреннего терминатора. При этом измерения «Венеры-7» и «Венеры-8» дают возможность получить распределения температуры и давления в зависимости от высоты, отсчитываемой непо­ средственно от поверхности, в области посадки аппаратов.

Кривые Т (h) и Р (К) по совокупности всех измерений на станциях «Венера-4 — 8» показаны на рис. 42 и 43.

можно произвести относительно опорной точки, в качестве которой удобно выбрать точку с температурой Т = 500 °К. В этой области атмосферы проведено наибольшее количество измерений с минималь­

ными относительными ^ m ошибками. Распределе­

ния Т (h) и Р (h) по дан­ ным АМС «Венера-4 —6» по обе стороны от опорной точки опреде­ ляются, как мы видели, уравнением гидростати­ ки. Очевидно, что ана­ логичным образом опре­

альных свойств газа при высоких давлениях, показан на

пературный профиль ниже опорной точки отвечает, как мы видели, адиабатической модели атмосферы, ограниченной температурой у поверхности 7',у —• 747 °К. Распределение температуры по высоте в этой модели соответствует вели­ чине пути z, показанного на рис. 40 пунктиром, который на 1,8 км больше величины z, полученной интегрирова-

шг л . IV. СТРУКТУРА НИЖНЕЙ АТМОСФЕРЫ

нием Vu за время спуска аппарата. Заметим, что эта раз­ ность высот укладывается в накапливаемую ошибку z за время интегрирования при спуске «Венеры-7» от уров­ ня с Г ~ 500 °К до поверхности планеты (см. рис. 40). Распределения давления вверх и вниз от опорной точки, по существу, совпадают в обоих случаях, однако при Т (h) = = Гад (/г) вследствие большей эффективной глубины атмо­ сферы значение давления у поверхности (сплошная линия на рис. 43) оказывается Ps = 92,3 + 15 кг/см*.

Ь , к м

Р,нг/см2

Рис. 43. К ривы е изменения давления атмосферы в зависимости от высоты, по­ лученные на АМС «Венера». Обозначения те ж е, что и на рис. 42.

Указанные отклонения учитывают возможные предель­ ные ошибки измерений. Реальность этой величины прак­ тически для той же температуры у поверхности подтверж­ дается более точными данными измерений «Венеры-8». В месте посадки аппарата температура и давление атмосфе­ ры оказались равными Т$ = 743 + 8 °К и Pg = 93 +

+1,5 кг/см2.

Вцелом зависимости температуры и давления от вы­ соты по измерениям всех станций «Венера», совмещенные относительно опорной точки с давлением Р = 10,3 кг/см2, находятся в хорошем согласии. При рассмотрении ре­ зультатов «Венеры-8» обращает на себя внимание факт замртцогр отличия профилей Т {Щ и Р (h) выше 25 км,

построенных по данным измерений высоты при помощи радиовысотомера, от профилей, соответствующих высот­ ной привязке согласно условию гидростатического рав­ новесия. Если сделанное ранее предположение о рельефе поверхности для объяснения этой особенности является справедливым, то штрих-пунктирная кривая на рис. 43 совпадает со сплошной. Эти кривые даютТфизически ре­ альное распределение атмосферных параметров по высо­ те. Соответствующий им высотный профиль плотности ат­ мосферы р (h) и градиент изменения плотности по высоте

Рис. 44. Плотность атмосферы в зависимости от высоты р (h) (1) и градиент из­ менения плотности (2) рассчитанные по Т (к) и Р (к), измеренным на «Ве­

нере-8» (при р = 43,4).

^ (h), рассчитанные по измеренным Т и Р при р. = 43,4,

показаны на рис. 44. Плотность атмосферы Венеры у по­ верхности составляет р$ = 63,5 + 1,5 кг1м3.

Состояние газа в атмосфере. На рис. 45 в логарифми­ ческих координатах приведены графики зависимости дав­ ления от температуры по данным измерений аппаратов «Венера». Анализ этих зависимостей приводит к выводу,

что изменение состояния газа в атмосфере Венеры в целом соответствует политропическому закону со средним пока­ зателем политропы £ = 1,20 -=- 1,25, близким к среднему показателю адиабаты (х = 1,23) при измеренных парамет­ рах среды. Рассчитанная по данным измерений кривая £,

/' нг/см6

же, что и на рис. 42.

всопоставлении с характером изменения показателя адиа­ баты в координатах Р — Т, также показана на рис. 45.

Адиабатический градиент температуры по высоте для

di

реального газа определяется из соотношения ^ = — g,

где г = г (Р , Т) — энтальпия газа, и равен

Рассчитываемый с учетом неидеальности газа [36], он из­ меняется в атмосфере С02 при соответствующих Р и Т от ~ 10 град • км~1 в начале измерений до ~ 8 град • км-1

у поверхности Венеры; учет возмояшого содержания N,

впределах нескольких процентов не оказывает заметного влияния на эти значения.

точностью, поэтому сопоставления уи с уа, естественно, но­

несли убедительные свидетельства отсутствия сравни­ тельно протяженного изотермического слоя у поверхности планеты, предполагавшегося из анализа радоизмерений [136]. Они позволили также исключить предположения о том, что из-за роста непрозрачности вследствие поглоще­ ния солнечной энергии аэрозолем градиент температуры в реальной атмосфере с приближением к поверхности может заметно уменьшаться. Полученные зависимости темпера­ туры от высоты, в полном согласии с предыдущими оцен­

газового состояния в энтропийных диаграммах. По су­

изотермы. Термодинамические параметры углекислого газа здесь, как и раньше, взяты согласно [36]. Заметим, что использование метода энтропийной диаграммы при ана­ лизе термодинамического состояния газа в атмосфере Ве­ неры по данным измерений «Венеры-4» [1, 3, 186] позво-

лило оценить величину давления на момент прекращения связи с аппаратом путем экстраполяции кривой Р (h) на последнее измеренное значение температуры в

S,икал/иг-град

Рио. 46. Кривые изменения состояния газа по измерениям на АМС «Венера» в энтропийной диаграмме для условного состава атмосферы (97% С02; 3% N2).

Обозначения те же, что и на рис. 42.

Изменение параметров состояния газа в атмосфере должно удовлетворять условию устойчивости, которое можно записать в виде [90]

где S — энтропия газа. Поскольку для измеренного про­ филя температуры среднее значение температурного гра­ диента у < 0, условие устойчивости приобретает такой

вид: ^ ^ 0. Это условие соблюдается, если кривые из­

менения состояния на энтропийной диаграмме имеют от­ рицательный наклон или параллельны оси абсцисс.

Данные измерений на станциях «Венера» в целом не противоречат условию (IV.13). Особенно характерна в