книги из ГПНТБ / Два чуда космической техники специальный выпуск

По измерениям «Венеры-4», встречаются и более сильные магнит­ ные поля. Момент их появления согласуется с изменением индекса магнитной активности на Земле.

В настоящее время изучаются эффекты, которые связаны с воз­

Проведенный до настоящего времени анализ полученных дан­ ных дает возможность сделать выводы о дипольной части возмож­ ного магнитного поля Венеры. Как известно, именно эта часть составляет главную особенность земного магнитного поля. Оценка

3 десятитысячных дипольного магнитного момента Земли.

Если относительно некоторых результатов, полученных в экспе­ риментах на «Венере-4», можно сказать, что они согласуются с вы­ двинутыми ранее гипотезами, то о результатах исследования ионо­ сферы Венеры следует подчеркнуть, что они противоречат сделан­ ным ранее предсказаниям.

На станции «Венера-4» были установлены ловушки заряжен­ ных частиц, рассчитанные на регистрацию как малых, так и боль­ ших концентраций частиц. По предварительным данным, на всем пути концентрация положительных ионов не превышала 1000 ча­ стиц в кубическом сантиметре, т. е. во много раз меньше, чем ее максимальные значения в верхней атмосфере Земли.

На межпланетной автоматической станции «Венера-4» была установлена аппаратура для регистрации ультрафиолетового излу­ чения Солнца, рассеянного атомами водорода и кислорода. Плот­ ность нейтрального водорода в межпланетном пространстве состав­ ляет Уюо атомов на кубический сантиметр. При вращении автома­ тической межпланетной станции вокруг оси, направленной на Солн­ це, было проведено сканирование неба и подтверждено открытое на АМС «Венера-2» свечение Млечного пути.

При подлете к Венере примерно с расстояния, равного 3—4 радиусам планеты, фотометр стал показывать возрастание интеи-

сивности по сравнению с интенсивностью в межпланетном про­ странстве.

На высоте 1000 км над поверхностью плотность атомарного

излучение, рассеянное атомарным кислородом, не показал никакого возрастания интенсивности, что свидетельствует об отсутствии в верхней атмосфере Венеры атомарного кислорода.

Что касается нейтрального водорода, то его плотность вблизи Земли в 100 раз больше, нежели на Венере. Отсутствие атомарного кислорода в верхней атмосфере Венеры, малая плотность заряжен­ ных частиц позволяют сделать вывод о наличии у Венеры плотной молекулярной атмосферы, довольно резко переходящей в межпла­ нетное пространство. Это, по-видимому, связано с крайне медлен­ ным вращением планеты вокруг своей оси. Все вышеуказанное, есте­ ственно, относится к ночной половине планеты, которая становится своего рода «кладбищем» заряженных и атомарных частиц.

Поэтому представляло исключительный интерес получить непо­ средственные данные о составе, температуре, давлении атмосферы Венеры с помощью космических автоматических станций. Это уда­ лось сделать при полете к Венере автоматической станции «Вене- ра-4». Прежде всего нужно сказать, что впервые непосредственно измерена температура атмосферы Венеры от высоты 26 км до по­ верхности. Температура изменялась от 40° до 270° С. Ход темпера­ туры оказался почти линейным. Давление на этих же высотах в среднем изменялось от 0,7 до 20 атм., ход его очень близок к адна-

132

батическому. Это очень важные характеристики атмосферы Венеры. Среди ряда задач была поставлена задача определить основные составные части атмосферы Венеры. На спускаемом аппарате стан­ ции «Венера-4» находились 11 газоанализаторов на углекислоту, во­ ду, кислород и азот. Каждый анализатор имел два равных объема, разделенных мембраной. В одном его отсеке помещался селектив­ ный поглотитель для поглощения газа, например, фосфорный ангид­

образовавшейся разности давления можно было оценить содержа­ ние исследуемого газа в составе атмосферы Венеры. Эти определе­ ния дублировались и другими, более точными физико-химическими методами. Анализаторы срабатывали либо при определенном поро­ говом содержании того или иною газа, либо оценивали все количество газа, оказавшегося в отсеках анализатора. Определение состава атмосферы Венеры было сделано на двух уровнях: 1-ё опре­

Все анализаторы сработали, и все показания их не противоре­ чили друг другу.

Содержание углекислоты оказалось 90 проц. с ошибкой меньше чем +10 проц., причем все анализаторы (3), поставленные на более низкие пороги содержания углекислоты, зашкалило.

Содержание воды или влаги оказалось более 0,1 проц. и мень­

0,4—0,8 проц. Наконец, содержание азота меньше 7 проц., поскольку анализатор с этим порогом чувствительности не показал присутствия

133

азота. Вероятно, в атмосфере Венеры присутствуют небольшие коли­ чества аргона и др. инертных газов.

Эти результаты позволяют высказать гипотезу о происхождении атмосферы Венеры и ее химического состава. Для того чтобы понять этот процесс, поставьте на место Венеры, поближе к Солнцу, Землю с момента ее возникновения. Я напомню, что все пары и газы на по­ верхности Земли и других планет — результат дегазации из недр этих планет.

При этом за счет уменьшения расстояния от Солнца Земля на­ греется больше чем на 50° С, вследствие чего будет идти интенсив­ ное испарение воды, это в свою очередь поведет к усилению погло­ щения солнечных лучей в инфракрасной области и нагреванию атмос­ феры, а присутствие углекислоты вследствие дегазации недр планеты усилит этот эффект. Этот тепличный эффект приведет к саморазогреванию атмосферы. Когда температура достигнет приблизительно 250° С, в результате реакции карбонатов кальция и магния с силика­ тами будут разлагаться карбонаты кальция и магния, и углекислота вся окажется в атмосфере. Благодаря фотохимическим процессам в ионосфере планеты, подобной Венере, за весь период ее существо­ вания будет происходить непрерывное разложение воды, которое при­ ведет к окислению железа, марганца, серы и др. веществ планеты,

аводород будет диссипировать с поверхности более интенсивно, чем

сЗемли, из-за меньшего размера Венеры и более высокой темпера­ туры ее поверхности. Интенсивное перемешивание атмосферы приве­ дет к проникновению свободного кислорода во весь объем атмосферы. При этом произойдет окисление аммония, который дегазируется из недр планет, до молекулярного азота. И совершенно не случайно, что количество углекислоты и азота на Венере такое же, как на Земле. Только на Земле вода и углекислота находятся в земной коре, иными словами, атмосфера похоронена, находясь у наших ног, а на Венере она поднята над корой. В этом случае за счет приближения планеты

кСолнцу происходит как бы самоопрокидывание атмосферы.

Таким образом, в результате этого процесса на Венере образо­ валась агрессивная окислительная атмосфера. Кислород окислил по­ роды. Из-за потери водорода идет «усыхание» Венеры, поверхность

134

которой можно представить в виде жаркой каменной пустыни, окра­ шенной окислами железа. Идут глубокие процессы денудации и выве­ тривания пород, сглаживается каменный рельеф Венеры.

Итак, планеты Земля и Венера по существу очень схожи, но исто­ рия развития их поверхности и образование тяжелой атмосферы Венеры при одинаковых эндогенных процессах на обеих планетах, близких по размерам, шло различными путями из-за разного положе­ ния их по отношению к Солнцу.

В. Прокофьев:

СБЫЛАСЬ ВЕКОВАЯ МЕЧТА АСТРОНОМОВ

Космическая станция «Венера-4» произвела измерения физиче­ ского состояния атмосферы планеты Венера. Впервые эти измерения сделаны при помощи приборов, плавно опустившихся в атмосфере этой планеты до ее поверхности. В связи с этим я хочу остановиться на сведениях, которыми располагали астрономы на основании на­ земных исследований, и на том прогрессе в наших знаниях, который связан с полетом космической станции «Венера-4».

Для оптических наблюдений доступна только верхняя атмосфера Венеры, ее надоблачный слой, поэтому все выводы астрономов в пер­ вую очередь касаются этой части атмосферы Венеры.

Детальные исследования атмосферы Венеры с Земли сопряжены с большими трудностями. Все же астрономы методами спектромет­ рии получили ценные количественные данные. Однако в этих данных имели место значительные неопределенности.

Достоверно было установлено наличие углекислого газа, но его процентное содержание определялось в пределах от нескольких про­ центов почти до ста. Наличие азота лишь предполагалось, так как его спектроскопические признаки находятся в ультрафиолетовой части спектра и недоступны наблюдениям с Земли.

Было установлено, что на границе облачного покрова господ­ ствуют температуры около — 40° С или несколько выше, а давление —

135

от 0,1 атм. до 0,6 атм. Во всех оценках предполагалось, что азот яв­ ляется главной составляющей атмосферы Венеры.

Работы, проводимые с помощью новых, довольно мощных инстру­ ментов в Крымской астрофизической обсерватории, позволили обна­ ружить в спектре Венеры слабые спектральные полосы поглощения кислорода, находящегося в надоблачном слое Венеры.

Долгое время отрицалась возможность присутствия паров воды

в атмосфере Венеры, однако спектроскопические работы французских

иамериканских астрономов за последние 5 лет дали убедительные доказательства наличия паров воды в верхних слоях атмосферы

Венеры.

Исходя из этих не вполне определенных данных, делались заклю­ чения о свойствах нижней атмосферы Венеры.

Давление атмосферы у поверхности Венеры определялось экстра­ поляцией в глубь атмосферы данных, установленных для надоблач­ ного слоями оценивалось в пределах от 1 атм. до 50 и даже до

100атм.

В. определении температуры на поверхности планеты на помощь оптическим астрономам пришли радиоастрономы. Их измерения дали значение температуры — около 300—400°. Некоторые астрономы оставались сторонниками более умеренных температур, главным об­ разом в связи с затруднениями, возникшими при попытках объясне­ ния высоких температур на основании имевшихся тогда очень при­ ближенных данных о составе атмосферы.

Вот все сведения об атмосфере планеты Венера, которыми мы

располагали до полета станции «Венера-4».

Станция «Венера-4» произвела вертикальный разрез нижней ча­ сти атмосферы Венеры, начиная от высоты в 26 километров. Резуль­ таты проведенных ею измерений значительно расширили наши знания об атмосфере Венеры, значительно уточнили количественные оценки и сняли существовавшие до сих пор большие неопределенности. Ока­ залось, что атмосфера Венеры почти целиком (90—95 проц.) состоит из углекислого газа, а количество азота не превышает 7 проц. Это су­ щественно исправляет наши представления: главная составляющая атмосферы — углекислый газ, а не азот. Установлено наличие неболь­

136

шого количества (0,4 проц,—0,8 проц.) молекулярного кислорода и около 1 проц. водяных паров

Все данные о составе атмосферы относятся к высоте в 23—26 км над поверхностью; можно считать, что этот относительный состав сохраняется и до самой поверхности.

Что же касается давления атмосферы у поверхности планеты, то вместо оценок астрономов, различающихся в десятки раз, станция «Венера-4» дала значение 20 + 2 атм.

Надежно доказана высокая температура у поверхности планеты и определено ее значение: +270° ±7° С в месте, куда опустилась станция. Венера действительно является горячей планетой.

В результате полета станции «Венера-4» мы располагаем теперь достаточно надежными данными о нижней части атмосферы и можем

можем сравнивать условия на Марсе, Земле и Венере). Представляет огромное значение получение ключевых характеристик атмосферы Венеры, таких, как химический состав, термические условия и общая масса атмосферы.

Теперь мы знаем, что атмосфера Венеры (во всяком случае, ниже 30 км) почти целиком состоит из углекислого газа, физические свой­ ства которого хорошо изучены в земных лабораториях. Зная ускоре­

137

чески рассчитать весьма важную характеристику температурного ре­ жима нижних слоев атмосферы — «вертикальный адиабатический гра­ диент». Для атмосферы Венеры это дает значение 10,4° С/км.

Адиабатический градиент соответствует понижению температуры с высотой в условиях преобладающего механического перемешивания в атмосфере. Заметим, что для Земли значение адиабатического гра­ диента составляет 10° С/км и достаточно хорошо отражает реальные термические условия в земной атмосфере ниже уровня конденсации. Крайне интересно, что прямые измерения хода температуры в атмос­ фере Венеры ниже 26 км очень близки к указанному линейному па­ дению температуры с высотой, что говорит о том, что атмосфера Венеры в исследованном слое находится в состоянии механического перемешивания.

А что можно сказать о ходе температуры на больших высотах, на которых еще прямых измерений не проведено? Имеются основания думать, что уменьшение температуры приблизительно на 10° С/км будет продолжаться несколько выше 26 км до тех пор, пока не всту­ пят в силу новые физические закономерности, связанные с конденса­ цией влаги и повышением роли лучистого теплообмена. Сейчас, конеч­ но, очень трудно с уверенностью сказать, где именно это проис­ ходит в условиях атмосферы Венеры. Можно попытаться только дать некоторые самые предварительные оценки высоты уровня

Если принять максимально возможное содержание влаги, до­ пускаемое прямыми измерениями, около 1 проц. (парциальное дав­ ление), то уровень конденсации окажется очень близким к высоте начала работы станции, где-то около 28 «м, при этом возможно су­ ществование достаточно мощной слоистой облачности, состоящей в нижней части из водяных капель. Общие физические условия кон­ денсации окажутся здесь довольно близкими к тем, которые наблю­ даются в земной атмосфере. Если же задаться минимальным количе­ ством влаги в 0,1 проц, то в этом случае теоретическая оценка уровня облаков повышается до 32 км, при этом облака окажутся

438

значительно менее плотными и состоящими из ледяных кристал­ лов.

То, что мы знаем об атмосфере Венеры не только из прямых измерений, но и из косвенных данных, получаемых астрофизиками различными методами, говорит о том, что погода на Венере «облач­ ная, но без осадков». Но из чего состоят эти облака, насколько ве­ лика их вертикальная мощность,— к разрешению этой загадки мы приближаемся только теперь, после проведения эпохального экспе­ римента, осуществленного советскими учеными в канун пятидесяти­ летия Великого Октября.

Чрезвычайно своеобразны оптические условия в нижних слоях атмосферы Венеры. Благодаря высокой преломляющей способности углекислого газа, сжатого до 20 атм., на поверхности Венеры существуют условия «сверхрефракции» — кривизна лучей света ока­ зывается больше кривизны самой планеты. Горизонт в обычном смысле не существует,— наблюдателю будет казаться, что он на­ ходится на дне гигантской чаши, на которую проектируются (ко­ нечно, в очень искаженном виде) даже очень удаленные участки планеты. Явление сверхрефракции сохраняется до некоторой пре­ дельной высоты около 12 км, на которой существуют лучи, обегаю­ щие всю планету по кругу,— в принципе имеется возможность уви­ деть свой собственный затылок. Выше 12 км уже никаких оптиче­ ских «чудес» не происходит.

Теперь, после получения первых непосредственных данных об атмосфере Венеры, нашей ближайшей соседки по Солнечной систе­ ме, предстоит большая и исключительно интересная работа по по­ строению согласованной картины физических процессов в атмосфере

и методов, которые до настоящего времени в достаточно полном объеме применялись лишь к изучению нашей земной атмосферы. Получаемые при этом оценки и предсказания, естественно, должны проверяться будущими полетами научных станций к ближайшим планетам Солнечной системы.

139

Первым отвечает на вопросы журналистов В. Е. Ишевский. Вопрос: В информации о «Венере-4», опубликованной в прессе

22 октября 1967 года, отмечается, что причиной окончания передач с «Венеры-4» могло быть положение станции, вызванное затенением ан­ тенны. Если бы положение было выгоднее, какие были бы дальней­ шие задачи станции?

Ответ: Станция «Венера-4» полностью выполнила ту программу, которая предназначалась для этого космического аппарата. Никаких дополнительных исследований не предполагалось.

Вопрос: Можно ли сказать, что успешный вход и торможение космического аппарата со второй космической скоростью в атмосферу решает проблему возвращения космического аппарата с Луны на на­ шу планету?

Ответ: Вход в атмосферу Венеры космического аппарата «Вене­ ра-4» сам по себе является очень большим достижением. Ведь мы знаем, что до этого ни разу не было осуществлено входа со второй космической скоростью даже в атмосферу Земли. И результаты, по­ лученные при данном эксперименте, дают возможность говорить, что посадка с такой скоростью автоматического аппарата, возвращающе­ гося на Землю, вполне реальна.

Вопрос: Нельзя ли немного рассказать о том, как работала наземная. станция, имитировавшая станцию «Венера-4»?

Ответ: Да, у станции был на Земле дублер. Он был помещен

вспециальную камеру, где имитировались условия полета.

Впроцессе исследований подавались все команды, подобные тем, которые выдавались в сеансе связи с «Венерой-4». То есть, короче го­ воря, полностью «проигрывалась» вся программа полета.

Вопрос: Какой материал был использован для предохранения станции от перегрева при второй космической скорости?

Ответ: Это был специальный теплозащитный материал, который

всвоем составе имел тугоплавкие компоненты и достаточно прочные

связующие материалы.

140