Почему изучение Венеры привлекает столь пристальное внимание и занимает столь важное место в советской программе исследования планет Солнечной системы? Венера - единственная планета Солнечной системы, которая по размерам, массе, плотности и другим характеристикам близка к Земле. Диаметр Венеры (6051 км) всего на 5% меньше диаметра Земли, лишь на 20% меньше земной ее общая масса, составляющая 4,9 10²⁴ кг, средняя плотность вещества почти такая же, как у Земли. Можно сказать, что Венера не просто ближайшая соседка Земли, а ее «родная сестра», правда с несколько иным путем развития.

Венера в целом является наиболее сферической из всех планет с «выглаженным» рельефом. Около 65% поверхности Венеры - холмистая равнина, уровень которой отклоняется в пределах ± 1 км от уровня средней сферической поверхности; около 8% занимают горные районы и около 27% - низменности, расположенные на 2-3 км ниже среднего уровня. Среди горных районов есть и очень крупные массивы. Феноменальным образованием является крупный горный массив Максвелл, в центре которого на 14 км над средним уровнем поверхности возвышается вулканический конус, почти в 1,5 раза превосходящий высочайшую вершину Земли Эверест. Подошва этого массива достигает в поперечнике почти 1000 км. На поверхности Венеры имеются большие высокогорные плато до 8 км высотой, глубокие разломы, цепи вулканов, обширные площади с древней, сильно изрытой кратерами материковой корой и большие покрытые базальтами понижения поверхности, напоминающие дно Мирового океана на Земле. Все это свидетельствует о том, что история Венеры сходна с земной, но в отличие от нашей планеты ее поверхность не закрыта океаном и первичные породы на ней не перекрыты осадочными образованиями. Поэтому на Венере можно изучать начальные формации пород, аналогичные или близкие к самым ранним первичным породам континентов и дна Мирового океана на нашей планете. Ученые достаточно хорошо представляют геологическую историю Земли в течение последних 1,6 млрд. лет из 4,6 млрд. лет ее существования, а о первом миллиарде лет практически ничего не известно, так как пород древнее 3,8 млрд. лет на Земле не найдено. В то же время накопленные в последние годы материалы говорят о том, что ранние стадии развития небесных тел земного типа были принципиально близкими, а это значит, что данные истории Луны, Марса и особенно Венеры могут быть использованы при построении моделей «молодой» Земли.

С тех пор как стали изучать планеты с помощью космических аппаратов, наши знания о Венере несравненно выросли. Советскими учеными и специалистами была создана серия аппаратов «Венера», которые открыли один из наиболее экзотических миров в Солнечной системе.

12 февраля 1961 г. стартовала автоматическая межпланетная станция (АМС) «Венера-1». Это была первая попытка СССР проникнуть в дальний космос и разведать условия работы земной техники в межпланетном пространстве, уточнить космические условия на межпланетных трассах, проверить правильность принятых технических решений.

Большое внимание уделялось исследованию космического пространства. С этой целью «Венера-1» была оснащена аппаратурой для измерения интенсивности космического излучения, напряженности межпланетных магнитных полей, потоков заряженных частиц межпланетного газа и корпускулярных потоков Солнца. Были установлены также приборы для регистрации микрометеоров. К одной из панелей солнечных батарей был прикреплен блок специальных датчиков для исследования оптических коэффициентов различных покрытий в условиях межпланетного пространства на различных расстояниях от Солнца.

20 мая 1961 г. станция «Венера-1» достигла окрестностей планеты и прошла от нее на расстоянии менее 100 000 км. Станция передала на Землю первичную информацию о дальнем космосе.

12 и 16 ноября 1965 г. ушли в космос еще две АМС - «Венера-2» и «Венера-3», предназначенные для решения более широкого круга научных и технических задач. По сравнению со станцией «Венера-1» они имели в полтора раза большую массу (960 вместо 644 кг). Это позволило оснастить «Венеру-2» более разнообразной научной аппаратурой, а на «Венере-3» установить спускаемый аппарат.

На траектории перелета проводились эксперименты по измерению содержания нейтрального водорода в космическом пространстве; по исследованию космических лучей, как приходящих в Солнечную систему из глубин Галактики, так и порожденных самим Солнцем; по изучению солнечного и космического длинноволнового радиоизлучения; по исследованию солнечного ветра и магнитных полей в межпланетном пространстве.

1 марта 1966 г. впервые в истории человечества космический аппарат, созданный на Земле, АМС «Венера-3» достиг другой планеты и вошел в ее атмосферу. Анализ полученной с «Венеры-2» и «Венеры-3» информации обогатил их создателей новыми сведениями, позволил наметить оригинальные технические решения. Накопленный опыт был учтен при конструировании станции «Венера-4». Она стартовала 12 июня 1967 г. Более благоприятные баллистические условия при пуске в этом году дали возможность при использовании того же носителя увеличить массу новой станции примерно на 50 кг.

«Венера-4» значительно отличалась от своих предшественниц, особенно системой терморегулирования, которая стала проще и надежнее. Большие изменения претерпела конструкция спускаемого аппарата, благодаря чему он сумел преодолеть более чем трехсоткратные перегрузки в венерианскои атмосфере. Впервые в истории Земля в течение полутора часов принимала уникальную информацию с таинственной планеты. За это время спускаемый аппарат совершил парашютный спуск в атмосфере и прекратил существование на высоте 22 км, где давление достигло 18 атм и температура 277°С. Поверхности планеты аппарат не достиг, так как не был рассчитан на подобные условия. Но свою задачу он выполнил. Пришел конец всем спорам, заблуждениям, неопределенности. Полуторачасовой сеанс передачи данных с участка парашютирования принес информацию, которая по своему значению превзошла всю сумму сведений о Венере, накопленную астрономами за многовековую историю человечества. Самым значительным достижением создателей станции явилось доказательство наличия у планеты атмосферы, состоящей в основном из углекислого газа при относительной его объемной концентрации около 93%.

Стартовавшие в январе 1969 г. АМС «Венера-5» и «Венера-6» конструктивно не отличались от «Венеры-4», были лишь несколько упрочнены корпуса их спускаемых аппаратов. Это позволило произвести измерения параметров надоблачной и подоблачной атмосферы планеты на более низких высотах - до 19 км. Результаты полетов новых станций подтвердили выводы о составе атмосферы планеты, сделанные после полета «Венеры-4», и позволили уточнить данные о содержании в ней углекислого газа, азота, кислорода и водяного пара. Стало также очевидно, что для проведения измерений в нижних слоях атмосферы и на поверхности Венеры необходимы спускаемые аппараты, способные выдерживать внешнее давление более 100 атм и иметь теплоизоляцию, обеспечивающую работу бортовой аппаратуры при температуре окружающей среды до 475°С.

Такой спускаемый аппарат был создан. Он вошел в состав АМС «Венера-7», запущенной 17 августа 1970 г. и достигшей планеты 15 декабря того же года. Ее аппаратура проводила измерения не только во время спуска во всей толще атмосферы, но и после посадки на поверхность планеты в течение 23 мин. В частности, измерения показали, что температура у поверхности Венеры близка к 475°С.

С помощью спускаемого аппарата станции «Венера-8», запущенной 27 марта 1972 г., кроме традиционных измерений температуры и давления впервые были проведены разносторонние исследования атмосферы и поверхности планеты. Они, в частности, показали, что, несмотря на сплошной облачный покров, освещенность у поверхности достаточно высока для фотографирования места посадки спускаемого аппарата без искусственной подсветки. По доплеровскому смещению несущей частоты передатчика спускаемого аппарата рассчитывалась горизонтальная скорость ветра в атмосфере Венеры на различных высотах. Оказалось, что на высотах более 40 км над поверхностью эта скорость составляет 100-140 м/с, а на высотах менее 10 км не превышает 3 м/с, плавно уменьшаясь к поверхности до 0-0,5 м/с. Таким образом, с помощью АМС «Венера-4» - «Венера-8» удалось получить данные о температурном режиме подоблачной атмосферы Венеры и установить давление у поверхности планеты.

На «повестку дня» встала задача разработки межпланетных станций нового поколения, способных проводить более широкий круг научных исследований.

Накопленный опыт космических исследований Венеры позволил создать совершенно новый тип конструкции АМС, таких, как «Венера-9» и «Венера-10». В состав каждой из этих станций вошли искусственный спутник Венеры и спускаемый аппарат массой 1560 кг. При этом аппаратура искусственного спутника Венеры могла ретранслировать на Землю радиосигналы с борта спускаемого аппарата, совершившего посадку на освещенную Солнцем, но не видимую с Земли сторону планеты. «Венера-9» и «Венера-10» были запущены соответственно 8 и 14 июня 1975 г., а 22 и 25 октября их спускаемые аппараты произвели зондирование атмосферы и совершили мягкую посадку на поверхность Венеры. Впервые фототелевизионные устройства спускаемых аппаратов передали на Землю панорамные изображения поверхности Венеры, приборы определили содержание естественных радиоактивных элементов в ее грунте. На участках спуска измерялись скорость ветра, содержание водяного пара, температура, давление и освещенность. Относительная масса водяного пара в атмосфере Венеры на высоте 40 км над ее поверхностью оказалась равной примерно 10^-3. Температура и давление у поверхности составляли 457°С и 90 атм. Это убеждало в том, что районы посадки на 1,5-2 км возвышаются над средним уровнем поверхности. Измерения солнечной радиации дали величину интегрального потока на поверхности Венеры около 100 Вт/м² и освещенности 14 000 лк. Через двое суток после отделения спускаемых аппаратов станции «Венера-9» и «Венера-10» вышли на орбиты искусственных спутников Венеры. Их научная аппаратура позволила получить ценную информацию о температурном режиме и структуре верхней границы облаков и надоблачной дымки в атмосфере Венеры, о составе и температурном режиме в верхней части атмосферы. Получены также данные о взаимодействии солнечного ветра с планетой, о рельефе ее поверхности, диэлектрической проницаемости грунта, высотном распределении температуры, давления и плотности в атмосфере и другие характеристики. Впервые были надежно зарегистрированы спектры свечения ночного неба Венеры, обнаружены значительные изменения высотных распределений концентрации электронов в зависимости от времени суток.

9 и 14 сентября 1978 г. в сторону Венеры стартовали АМС «Венера-11» и «Венера-12», которые состояли из спускаемого и пролетного аппаратов, причем последний использовался и как ретранслятор при передаче телеметрической информации с борта спускаемого аппарата на Землю. 21 и 25 декабря 1978 г. на расстоянии около 34 000 км от Венеры прошли АМС «Венера-12» и «Венера-11». Ранее отделившиеся от них спускаемые аппараты совершили мягкую посадку на поверхность планеты. Комплекс приборов, установленных на спускаемых аппаратах, позволил уточнить химический состав газового и аэрозольного компонентов венерианской атмосферы, измерить структуру и концентрацию частиц ее облачного слоя, определить температуру, давление и плотность в различных районах поверхности Венеры. Получены данные о структуре планеты, ее поверхности, исследованы динамика, циркуляция, турбулентность, тепловой баланс и электрическая активность атмосферы.

Ниже приведены результаты анализа информации, которая была получена в основном с помощью автоматических межпланетных станций «Венера-11» и «Венера-12» (частично использованы данные американских АМС «Пионер-Венера-1» и «Пионер-Венера-2»).

Рельеф и внутреннее строение Венеры

На спускаемых аппаратах АМС «Венера-8» - «Венера-10» были установлены многоканальные гамма-спектрометры, которые позволили определить содержание естественных радиоактивных элементов - урана, тория, изотопа калия в венерианском грунте. Результаты измерений показали, что в районах посадки спускаемых аппаратов грунт по содержанию радиоактивных элементов напоминает земные базальты, причем в районе посадки спускаемого аппарата «Венеры-8» эти базальты близки к щелочным. Определена и плотность камня, на который опустился датчик плотномера спускаемого аппарата «Венеры-10». Она оказалась равной 2,7-2,9 г/см³, что хорошо согласуется с выводом о базальтовом составе коры.

После фотометрических обработок панорамных снимков удалось определить отражательную способность (альбедо) поверхности в видимом диапазоне длин волн. Коэффициент отражения поверхности оказался близким к лунному. Среднее значение альбедо при падении света по нормали к поверхности равно 6% (на Луне 7%), а вариация альбедо находится в интервале 3-12°.

Усредненное для всей Венеры значение диэлектрической проницаемости грунта было ранее определено при проведении радиоинтерферометрических измерений (в 1964 г.). Полученное среднее значение диэлектрической проницаемости 3,6 ±1 согласуется с возможным диапазоном плотности грунта в слое толщиной около 1 м (1,2- 2,3 г/см³). На основе этих данных можно сделать вывод о том, что грунт на Венере более плотный, чем на Луне и Марсе.

С 1967 г. началось радиолокационное зондирование рельефа планеты с помощью наземных радиотелескопов, а впоследствии - искусственных спутников Венеры и спускаемых аппаратов.

Как указывалось выше, Венера является планетой с «выглаженным» рельефом. Но есть очень крупные горные массивы. Выше была дана общая характеристика горному району Максвелл. Весь этот район имеет тектоническое происхождение. Важную роль в формировании наблюдаемых структур играла и вулканическая деятельность. Возможно, центральная часть плато покрыта сравнительно молодыми лавовыми потоками. В пределах плоскогорья Афродиты обнаружены два обширных поднятия, названные Гаусс и Герц. Они несколько меньше, чем Максвелл - их размер в основании около 700 км, а высота над окружающей местностью 6 - 8 км. Помимо этих образований на больших площадях, обладающих приблизительно однородной отражательной способностью, обнаружены сравнительно малые хребты, холмы, впадины и котловины, среди которых особенно выделяется протяженная глубокая долина в южном полушарии. По своим размерам она напоминает рифтовые ущелья внутри основного поднятия, подобные рифтовым зонам на океаническом ложе Земли. Ряд дополнительных данных о рельефе, по-видимому, указывает на то, что эта долина опоясывает всю планету. Все это служит убедительным свидетельством существования активной тектонической деятельности на Венере. В пользу таких представлений говорят и чрезвычайно мелкие, сглаженные кратеры ударного происхождения в поперечнике до 150-200 км и глубиной 500-700 м вблизи экватора. Обнаруженные в последнее время громадные кратеры до 500-700 км в поперечнике оказались той же глубины. Возможно, это связано с высокой подвижностью коры планеты.

Предположение о подвижности венерианской коры и венеротрясениях были высказаны еще в 1975 г. после получения первых телефотометрических панорам поверхности, переданных со спускаемых аппаратов «Венеры-9» и «Венеры-10». Оказалось, что место посадки спускаемого аппарата «Венеры-10» выглядит как ровная каменистая пустыня без сколько-нибудь заметных перепадов высот. Крупная каменная глыба поперечником не менее 3 м, на которую опустился аппарат, испещрена темными пятнами, вероятно, представляющими собой небольшие углубления, заполненные грунтом. Сама эта глыба, как и другие, подобные ей, находящиеся на большем удалении от аппарата, погружена в более темный грунт. Весь ландшафт, видимо, представляет собой выходы коренных магматических пород, претерпевших значительные изменения под действием высокой температуры и давления атмосферы. На глыбе явно видны трещины. Они, возможно, появились вследствие внутренних процессов, происходящих на Венере. Но они могли образоваться и от удара при посадке спускаемого аппарата на поверхность планеты. Истинную причину установить не удалось.

Различия в микрорельефе поверхности и степени заполнения отдельных неровностей эродированным материалом отражают различия в составе пород, их неодинаковую устойчивость к факторам разрушения, среди которых основную роль, очевидно, играет химическое взаимодействие с атмосферными газами. Район посадки спускаемого аппарата «Венеры-9» отстоял от места, где опустился спускаемый аппарат «Венеры-10», примерно на 2000 км. На панораме, переданной из этого района, привлекает внимание обилие крупных (размером 50-70 см, высотой 15 - 20 см) остроугольных камней, которыми заполнена примерно половина поверхности. Для них характерны пластинообразная форма и наличие ступенчатых отколов. Пространство между камнями заполнено сравнительно светлым материалом, очевидно мелкозернистым грунтом. Возможно, он образовался в процессе разрушения и деформации поверхностной породы. Этот грунт, а также фрагментированный материал в месте посадки спускаемого аппарата «Венеры-10», покрывающий коренные скальные породы, подобны лунному реголиту. Происхождение ландшафта на панораме, переданной спускаемым аппаратом «Венеры-9», скорее всего, обусловлено разрушением горных пород скального типа под действием внутренних сдвигов и разломов в коре планеты. В результате этого процесса на склоне возвышенности, на которую опустился аппарат, образовалась каменистая осыпь. Крутизна склона около 30°, линия горизонта в отличие от панорамы, переданной спускаемым аппаратом «Венеры-10», находится на расстоянии всего нескольких десятков метров. Камни не подверглись заметному разрушению. Можно предположить, что такой ландшафт довольно типичен для Венеры и образовался сравнительно недавно (в геологическом масштабе времени). Возможно также, что происходит периодическое движение камней по склону из-за предполагаемой высокой сейсмичности Венеры. Экспериментальные исследования внутреннего строения Венеры еще не начаты. Но его можно представить, пользуясь аналогиями (методами сравнительной планетологии) на основании вполне достоверных результатов измерений различных параметров: массы, размеров, средней плотности, орбитальной скорости и скорости собственного вращения Венеры. Предполагается, что планета имеет кору толщиной около 16 км, силикатную оболочку и железное ядро (граница между ядром и оболочкой находится на глубине 3224 км).

Характеристики атмосферы планеты Венера

Анализ результатов радиофизических измерений, полученных с помощью станции «Венера-4», позволил предположить, что температура и давление у поверхности Венеры достигают соответственно 700±100 К и 65⁺²⁵_-15 Последующие полеты станций «Венера-5» - «Венера-8» подтвердили это предположение. В частности, было установлено, что температура и давление у поверхности планеты могут достигать примерно 750К и 100 атм, а в районах посадок спускаемых аппаратов «Венеры-9» и «Венеры-10» они были равны соответственно 730К и 90 атм.

С помощью спускаемых аппаратов АМС «Венера» впервые удалось установить ветровой режим в нижних слоях атмосферы. По данным, переданным с спускаемого аппарата «Венеры-8», скорость ветра возрастает от 0-0,5 м/с у поверхности до 100-140 м/с в верхней атмосфере, причем направление ветра заметно не изменяется. В слое на высотах 20-40 км скорость ветра постоянна (30-36 м/с). На высотах 12-18 км и около 48 км находится зона резкого ее изменения, а в нижней части атмосферы (0-10 км) ветры очень слабые. Аппаратура спускаемых аппаратов «Венеры-9» и «Венеры-10» также зафиксировала малую скорость ветра у поверхности Венеры.

Сопоставление данных зондирования атмосферы Венеры в различных точках подтверждает предположение о малых горизонтальных контрастах температуры. Так, на высотах ниже 50 км эти контрасты не превышают нескольких градусов, причем более высокие температуры зарегистрированы в районах около 30° ю. ш. по сравнению с температурами областей, расположенных около 5 и 60° с. ш.

По-видимому, температура венерианской атмосферы возрастает с увеличением планетоцентрической широты до некоторого значения, а затем начинает убывать в направлении к полюсам. При этом в нижних слоях атмосферы температура практически выравнивается на высоте, соответствующей давлению 30 атм. Этого и следовало ожидать, учитывая значительную тепловую инерцию этих слоев.

Сведения о температуре на высотах 95-105 км показывают, что там расположен изотермический слой с температурой 175-180К. На высотах 60 - 70 км обнаружена весьма слабая волнообразная структура распределения температур, видимо, из-за тепловых приливов, происходящих в атмосфере Венеры.

Для понимания процессов, происходящих в атмосфере, необходимо знать ее химический состав, для чего используют эмпирические модели структуры атмосферы. При построении такой модели использовались данные, полученные с помощью станции «Венера-4», которые показали, что атмосфера на 93% состоит из углекислого газа и на 7% из азота.

Химический состав атмосферы Венеры был уточнен в ходе полетов к этой планете АМС «Венера-11» и «Венера-12», а также американских аппаратов «Пионер-Венера-1» и «Пионер- Венера-2». Анализ результатов показал, что в состав атмосферы Венеры помимо углекислого газа и азота входят водяной пар (0,05%), примеси окиси углерода, кислорода, соляной и плавиковой кислот, сероводорода, сернистого газа. Неожиданностью явилось то, что были обнаружены необычные концентрации аргона (0,01%), неона (0,001%) и криптона (0,0005%).

Масса атмосферы Венеры составляет 5,3·10²³ г и очень близка к общей массе углекислого газа, содержащегося в земной коре (5,1- 10²³ г). Учитывая такое совпадение, можно предположить, что состав первоначальных атмосфер Венеры и Земли был сходен, но в ходе эволюции углекислый газ на Земле оказался захваченным земной корой, а на Венере сохранился в атмосфере (например, благодаря высокой температуре поверхности).

Специфика Венеры состоит в том, что в отличие от земных условий на ней нет жидкой воды. До сих пор остается неясной судьба водяного пара Венеры, даже если принять, что из твердой оболочки в атмосферу его выделилось столько же, сколько и на Земле. Поэтому следует предположить, что Венера сформировалась из таких горных пород, которые не содержали значительного количества воды, а дегазированный углекислый газ не испытывал эволюции, подобной земной и связанной с образованием карбонатов. Следовательно, очень важно выяснить эволюцию парникового эффекта Венеры.

Хотя поверхности Венеры достигает сравнительно небольшая часть внеатмосферного потока солнечной радиации (около 1,8%), даже этого достаточно для достижения значительной освещенности на уровне поверхности по сравнению с земными условиями и поддержания высокой температуры в нижней части атмосферы. Это и объясняется как раз действием парникового эффекта. Заключается он в том, что венериан-ская атмосфера является практически непрозрачной для теплового излучения поверхности в космическое пространство.

Чтобы понять условия возникновения парникового эффекта, следовало провести ряд измерений освещенности в различных слоях венерианской атмосферы и на поверхности планеты. Первые такие измерения на различных высотах были проведены 22 июля 1972 г. с помощью фотометра во время снижения на парашюте спускаемого аппарата «Венеры-8». В результате обработки данных были выделены три основные области в атмосфере, в пределах которых свет ослабляется по-разному. Оказалось, что наибольшее ослабление происходит в слое между верхней границей облаков, определяемой по уровню, которому соответствует оптическая толщина, равная единице, и составляющей 65 - 70 км, до высоты 49 км, в то время как в границах между 49 и 32 км оно значительно слабее, а ниже 32 км атмосфера практически прозрачна, так как ослабление солнечного света здесь незначительно. Таким образом, результаты измерений освещенности свидетельствуют о вертикальной неоднородности атмосферы. Анализ полученных результатов убеждает в том, что ослабление света на высотах до 32 км обусловлено главным образом молекулярным рассеянием. На высотах же более 32 км такое ослабление может вызываться и рассеянием, и поглощением солнечной радиации аэрозольными компонентами.

Среди многочисленных проблем физики Венеры одна из наиболее волнующих и интересных связана с природой ее облаков. То, что эта планета окутана облаками, было известно давно: именно они препятствовали в течение столетий астрономическим наблюдениям, не позволяя увидеть поверхность и определить свойства подоблачной атмосферы.

Результаты измерений, проведенных автоматическими межпланетными станциями, показали, что венерианские облака представляют собой весьма сложные образования, не однородные по вертикальной структуре и обладающие сравнительно малой плотностью. Это скорее слабый туман, дымка, дальность видимости в которой превышает километр. Соответственно очень мала и масса облачных частиц. Вместе с тем протяженность облаков по высоте достигает почти 20 км, чем и объясняется их непрозрачность при наблюдениях с Земли даже при малой плотности. Нижняя граница облаков, по данным измерений освещенности, проведенных станциями «Венера», довольно стабильна и расположена на уровне 48-49 км с небольшими колебаниями по высоте и плотности.

Внутри облаков четко выделяются три отдельные зоны (ярусы): верхняя (67-58 км), средняя (58-52 км) и нижняя (52-48 км). Верхнюю зону в основном составляют мелкие сферические частицы размером 2-3 мкм, которые преломляют световые лучи так же, как 80%-ный раствор серной кислоты. Число капель невелико (100-300 частиц в 1 см³), но больше, чем в других зонах. Средняя и нижняя зоны содержат также и более крупные частицы размером 5 - 8 мкм, коэффициент преломления которых значительно меньше и почти такой же, как у воды или льда, а число таких частиц в 1 см³ меньше 100. В средней и нижней зонах облаков частицы, скорее всего, имеют вид сравнительно тонких пластинок из солей соляной кислоты. Показатель преломления и характер рассеяния света такими частицами хорошо согласуются с наблюдавшимися значениями. Это предположение подкрепляется также данными измерений, проведенных АМС «Венера-12» при помощи рентгенофлюоресцентного спектрометра, согласно которым в облаках содержится хлор в количестве, почти на порядок превышающем содержание серы. Последнее легко объяснить, если принять во внимание значительно большие размеры кристаллических частиц по сравнению с каплями серной кислоты. Следует также учитывать и то, что зарегистрированный хлор находится в виде капель соляной кислоты, также обладающих низким показателем преломления. Надоблачная дымка простирается от верхней границы облаков примерно до высоты 80 км. Но из чего состоят эти частицы, пока не известно.

Подоблачная дымка обнаружена под тремя основными слоями облаков до высоты 32 км над поверхностью. Наряду с мелкими субмикронными частицами здесь, вероятно, содержится небольшое количество более крупных частиц, обладающих высоким показателем преломления, как у серы. Образование и состав этой дымки, по-видимому, генетически связаны с самими облаками, у нижней границы которых при температуре 100°С серная кислота начинает интенсивно выкипать, а частицы серы плавиться.

Ниже уровня дымки и вплоть до поверхности атмосфера практически прозрачна, однако в районе высот 12- 17 и 8-12 км по результатам измерений спускаемого аппарата «Венеры-11» отмечались слои с незначительным содержанием аэрозолей (1-2 частицы в 1 см³), обладающих высоким показателем преломления. Возможно, что эти слои переменны по высоте и существуют непостоянно. Несмотря на высокую плотность атмосферы Венеры, у поверхности она не запылена. Этот важный вывод еще раньше был сделан на основании измерений малой скорости ветра в районах посадки спускаемых аппаратов «Венеры», а также из анализа телевизионных панорам.

С облаками Венеры связано еще одно чрезвычайно интересное явление - ее высокая грозовая активность. По частоте следования импульсов, регистрировавшихся в процессе спуска аппаратов «Венеры-11 и -12», был сделан вывод о том, что интенсивность электрических разрядов на Венере во много раз выше, чем на Земле. Это означает, что в протяженных облаках Венеры легче возникают электрические поля со средней напряженностью, достаточной для возникновения электрического разряда. Высокой грозовой активностью на Венере, очевидно, объясняется природа многократно наблюдавшегося слабого свечения ее ночной стороны, благодаря которому становится различимым на фоне неба контур темного края диска. Это явление известно под названием «пепельного света» Венеры, и энергетически оно хорошо укладывается в рамки такого механизма.

Данные измерений, проведенных с помощью АМС, позволили выявить сложную картину атмосферных движений облачного покрова Венеры. Доказано существование глобального околополярного вихря в венерианской стратосфере южного полушария. Он характеризуется системой спиралеобразных облачных полос, сходящихся к полярной зоне сплошной облачности из зоны более низких широт. Этот вихрь является точным аналогом спиралеобразных систем облачности земных тропических циклонов, наблюдаемых с помощью метеорологических ИСЗ. Хотя информация, относящаяся к северному полушарию Венеры, гораздо более скудна, есть основания считать, что там наблюдается аналогичная крупномасштабная структура облачного покрова.

На Венере, вероятно, существует циркуляция, сходная с хорошо известной циркуляцией в тропиках Земли (подъем воздуха над экватором и опускание в высоких широтах), но охватывающая целое полушарие. Источником энергии циркуляции в этом случае является не выделение скрытого тепла конденсации, как в земном тропическом циклоне, а поглощение солнечной радиации верхним слоем облачного покрова.

Анализ данных, полученных с помощью АМС, позволяет считать, что в атмосфере Венеры существуют два слоя с различными режимами циркуляции. В нижнем (на высотах меньше 40 км) суточный ход (зависимость циркуляции от времени суток) отсутствует, вертикальный перепад температуры почти адиабатический, а движение атмосферы медленное. В верхнем слое (выше 70 км) суточный ход значителен, вертикальный перепад температур меньше адиабатического и наблюдается очень сильный (около 100 м/с) зональный (вдоль кругов широты) тепловой перенос в направлении вращения планеты.

Новый важный этап исследования планеты Венера с помощью АМС «Венера-13» и «Венера-14»

Автоматические межпланетные станции «Венера-13» и «Венера-14» были выведены на межпланетные траектории соответственно 30 октября и 4 ноября 1981 г. и достигли окрестности планеты Венера 1 и 5 марта 1982 г. За двое суток до входа в атмосферу Венеры от станций были отделены спускаемые аппараты, а сами станции переведены на пролетные траектории. Спускаемые аппараты вошли в атмосферу Венеры со скоростью около 11 км/с и после торможения в атмосфере и снижения на парашюте до высоты 47 км продолжали спуск с использованием аэродинамического тормозного устройства.

Спускаемый аппарат «Венеры-13» совершил посадку в районе с координатами 7°30' ю. ш. и 303° долготы в равнинной местности к востоку от области Феба, спускаемый аппарат «Венеры-14» - в районе с координатами 13°15' ю. ш. и 310°9' долготы также к востоку от области Феба. Расстояние между районами посадки около 1000 км. Во время снижения спускаемых аппаратов с помощью установленных на их борту научных приборов проводились комплексные исследования химического и изотопного состава атмосферы и облаков, структуры облачного слоя, а также эксперименты по спектральному анализу рассеянного солнечного излучения и регистрации электрических разрядов в атмосфере.

Исследования структуры и динамики атмосферы Венеры с помощью спускаемых аппаратов «Венеры-13» и «Венеры-14» проводились несколькими способами. Еще до раскрытия парашюта информацию о вертикальном распределении давления и температуры, которые возникают при торможении аппарата в атмосфере, дал датчик перегрузок. Эти перегрузки в 140-150 раз превышали земное ускорение силы тяжести. Зная зависимость перегрузок от времени, можно по уравнениям аэродинамики найти зависимость температуры и давления от высоты в интервале высот от 100 до 65 км. Затем измерения проводились при помощи специальных термометров и барометрических датчиков.

Скорость ветра и характеристики турбулентного движения атмосферы измерялись по изменениям частоты радиосигнала, вызванным эффектом Доплера.

Схема полета АМС «Венера-13 и -14» 1 Земля. 2 Выведение на ОИСЗ. 3 Довыведение на ОИСЗ. 4 Разгон с ОИСЗ к Венере. 5 Первая коррекция (первые 20 сут полета). 6 Вторая коррекция (за 7-15 сут до подлета к Венере). 7 Разделение станции на ОА и СА и увод ОА (за 2 сут до подлета к Венере). 8 Сеанс связи ОА с СА. 9 Траектория увода ОА. 10 Венера. 11 Траектория посадки СА. Для АМС «Венера-13 и -14» была принята пролетно-десантная схема полета, обеспечивающая доставку спускаемого аппарата (СА) к планете и передачу необходимых потоков информации с СА на Землю через орбитальный аппарат (ОА). Схема полета включает следующие основные операции: выведение АМС на промежуточную орбиту ИСЗ и старт с этой орбиты на межпланетную трассу перелета в конце первого витка; проведение на трассе перелета двух коррекций, обеспечивающих выполнение заданных условий входа СА в атмосферу Венеры и его посадки в выбранном районе; отделение СА за 2 сут до подлета к Венере и перевод ОА на пролетную траекторию с параметрами, обеспечивающими ретрансляцию на Землю через ОА радиосигналов с СА на участке спуска в атмосфере и во время функционирования посадочного аппарата (ПА) на поверхности планеты.

Все эти методы измерений применяются на станциях «Венера» уже давно. Поэтому задачей нового цикла измерений, выполненных во время полета спускаемых аппаратов «Венеры-13» и «Венеры-14» явилось накопление статистических данных об атмосфере планеты Венера. Вертикальный профиль температуры и давления, а также вертикальный профиль ветра и турбулентности, полученные в ходе этих экспериментов, оказались близкими к полученным ранее.

Важный результат для объяснения главной особенности динамики атмосферы Венеры - большая и, в первом приближении, постоянная скорость ветра (около 100 км/с) на высотах 50- 70 км - получен при помощи оптического спектрофотометра. Он показал, что значительная часть солнечного излучения поглощается атмосферой Венеры как раз на этих высотах. Это, вероятно, и поддерживает интенсивные конвективные и турбулентные движения, а также вращение атмосферы с периодом около 4 земных суток.

Исследование химического состава атмосферы проводилось четырьмя различными приборами: масс-спектрометром, газовым хроматографом, оптическим спектрофотометром и влагомером. Масс-спектрометр сортирует атомы и молекулы по их массам, передавая на Землю масс-спектрометрические кривые. Всего их было получено с обеих станций около 250. Еще спускаемый аппарат не сел на поверхность, а экспериментаторы уже установили наличие в атмосфере Венеры изотопа неона, который советским специалистам раньше не удавалось зарегистрировать (чувствительность прибора была в 10-30 раз выше, чем на двух предыдущих АМС). После непродолжительной обработки был найден ксенон, наличие которого раньше также не удавалось заметить. В результате измерений получены данные о содержании изотопов четырех инертных газов - неона, аргона, криптона, ксенона. Их относительная концентрация очень мала - от стотысячных до сотых долей процента, но научное значение этих данных весьма велико. Дело в том, что большинство изотопов инертных газов относится к числу реликтовых, т. е. сохранившихся без изменений со времени формирования атмосферы планет. Их относительное и абсолютное количество служит важным контрольным параметром при «отбраковке» различных моделей формирования атмосферы.

С помощью газового хроматографа измерялись незначительные молекулярные составляющие атмосферы, такие, как окись углерода, двуокись серы и другие содержащие серу соединения. На спускаемых аппаратах выполнено около 15 анализов проб атмосферы, в том числе из облачного слоя. Анализ полученных хроматограмм показал, что наряду с ранее обнаруженными азотом, аргоном, сернистым газом и окисью углерода дополнительно найдены сероводород, сероокись углерода, криптон, кислород и др.

Оптический спектрофотометр регистрирует спектр рассеянного облаками солнечного излучения, т. е. зависимость его яркости от длины волны. Спектр изрезан провалами - это полосы поглощения углекислого газа и водяного пара. По глубине провалов можно судить о количестве этих составляющих атмосферы. С каждого спускаемого аппарата получено по нескольку тысяч спектров. Влагомер также предназначен для измерения содержания воды в атмосфере. Принцип его действия основан на измерении электропроводности поглощающего влагу материала. По измерениям с помощью оптического спектрофотометра и влагомера установлено, что среднее содержание водяного пара в слое атмосферы толщиной 4 км (на высотах 46-50 км) составляет по объему не более 0,2%.

Схема посадки СА АМС «Венера-13 и -14» 1 Разделение СА и ОА за 2 сут до подлета к Венере. 2 Вытяжной парашют. 3 Вход в атмосферу Венеры, баллистический спуск. 4 Парашют увода. 5 Отстрел крышек парашютных отсеков, ввод вытяжного парашюта и парашюта увода. 6 Отвод верхней теплозащитной оболочки, ввод тормозного парашюта. 7 Тормозной парашют. 8 Отстрел нижней теплозащитной оболочки. 9 Отстрел тормозного парашюта. 10 Посадка. 11 Земля. 12 ОА, используемый как ретранслятор.

АМС «Венера-13 и -14»
1 Спускаемый аппарат.
2 Научная аппаратура.
3 Остронаправленная антенна.
4 Блок баков.
5 Радиатор горячего контура системы терморегулирования.
6 Прибор ориентации на Землю.
7 Научная аппаратура.
8 Приборы ориентации на звезду.
9 Приборы ориентации на Солнце.
10 Малонаправленная антенна.
11 Приборный отсек.
12 Научная аппаратура.
13 Баллон системы ориентации.
14 Радиатор холодного контура системы терморегулирования.
15 Газовые сопла системы ориентации.
16 Магнитометр.
17 Солнечная батарея.
18 Орбитальный аппарат.

Технические характеристики
Полная масса АМС 4300 кг.
Масса СА 1645 кг.
Масса ПА 760 кг.
Масса научной аппаратуры: ОА - 92 кг, ПА - 100 кг.

Спускаемый аппарат АМС «Венера-13 и -14»
1 Отсек парашютной системы.
2 Отсек научной аппаратуры, работающей в облачном слое.
3 Научная аппаратура.
4 Телефотометр.
5 Служебная аппаратура.
6 Прочный корпус.
7 Теплоизоляция.
8 Теплозащитный корпус.
9 Посадочное устройство.
10 Научная аппаратура.
11 Аэродинамическое тормозное устройство.
12 Антенна.

Внизу. Цветное панорамное изображение поверхности Венеры, переданное с борта посадочного аппарата «Венеры-13» 1 марта 1982 г. Поверхность планеты имеет преимущественно желто-оранжевую, зеленоватую окраску, оранжевый цвет имеют небо и облака. Это связано с тем, что синяя часть спектра поглощается в верхней части атмосферы Венеры, а ее поверхность и нижняя часть атмосферы освещаются не белым, как на Земле, а желтым светом с оранжево-зеленоватыми оттенками.

В районе посадки аппарата видны выступы коренной породы плитчатого строения. Поверхность планеты сильно эродирована, имеет ячеистую структуру и трещиноватость, свидетельствующие о химическом выветривании породы. Значительная часть поверхности, изображенная на панораме, покрыта дробленым и мелкозернистым материалом с включением обломков коренной породы разного размера. Грунт в районе посадки содержит 45% окиси кремния, 4% окиси калия и 7% окиси кальция. На снимке видны элементы конструкции спускаемого аппарата. Внизу - край посадочного устройства, в центре - отброшенная после посадки защитная крышка иллюминатора, справа - цветная испытательная таблица. На краях видны линия местного горизонта и участки небосвода.


Научная аппаратура ПА «Венеры-13 и -14»
1 Газовый хроматограф. Исследование состава атмосферы и аэрозоля при спуске.
2 Масс-спектрометр. Исследование химического и изотопного состава атмосферы и аэрозоля при спуске.
3 Нефелометр. Определение размеров и концентрации частиц аэрозоля, коэффициента преломления при спуске и после посадки.
4 Радиоспектрометр. Исследование электрической и сейсмической активности планеты.
5 Рентгенофлюоресцентный анализатор. Химический состав аэрозоля при спуске и после посадки.
6 Грунтозаборное устройство. Доставка грунта для анализа.
7 Влагомер: измерение содержания воды в атмосфере.
8 Экспериментальная солнечная батарея. Определение мощности светового потока.
9 Измеритель давления и температуры: измерения давления и температуры в атмосфере и на поверхности планеты.
10 Посадочное устройство.
11 Химический индикатор. Определение наличия кислорода после посадки.
12 Ферма.
13 Измеритель физико- механических характеристик грунта. Измерение несущей способности и сопротивления срезу грунта; измерение электропроводности грунта.
14 Корпус.
15 Теплоизоляция.
16 Спектрометр и сканирующий фотометр. Исследование поглощения и рассеяния солнечного излучения в атмосфере.
17 Телефотометр. Получение панорамы поверхности планеты.
18 Измеритель перегрузок. Определение плотности атмосферы и перегрузок при спуске и посадке.
19 Щиток.
20 Антенна.
21 Контейнер.

Кроме качественно новых и тонких экспериментов по определению характеристик атмосферы Венеры с помощью спускаемых аппаратов «Венеры-13» и «Венеры-14» решались две принципиально важные задачи: передача на Землю черно-белых и цветных панорам поверхности Венеры и прямое определение химического состава ее горных пород.

Панорамные изображения поверхности Венеры получены с помощью телефотометров, установленных на посадочных аппаратах. Телевизионная камера была помещена внутри герметичного отсека посадочного аппарата в условиях небольшого давления и умеренной температуры, и только часть камеры, вынесенная как перископ непосредственно к иллюминатору, сквозь который ведется передача изображения, подвергается воздействию температуры, близкой к венерианской. Телевизионные камеры спускаемых аппаратов «Венеры-13» и «Венеры-14» были значительно усовершенствованы. Их разрешающая способность, т. е. возможность различать мелкие детали поверхности, увеличена в 2 раза и составляет несколько миллиметров на переднем плане панорамы. Существенно возросло количество полутонов, которые содержатся в изображении. В 2 раза сократилось время передачи одной панорамы. Для реализации указанных усовершенствований потребовалось в 12 раз повысить скорость передачи информации с посадочного аппарата.

Сравнивая изображения поверхностей, полученные в районах посадки спускаемых аппаратов «Венеры-13» и «Венеры-14», нетрудно установить их различие. В районе посадки спускаемого аппарата «Венеры-13» видны выступы коренной породы планеты, имеющей плитчатое строение. Ее поверхность сильно эродирована, видны ячеистая структура и трещиноватость, свидетельствующие о химическом выветривании породы. Эта порода, по крайней мере ее поверхностный слой, имеет заметно меньшие плотность и прочность, чем изверженные кристаллические породы земной коры. Поэтому значительная часть поверхности, изображенная на панораме, покрыта дробленым мелкозернистым материалом с включением обломков коренной породы разного размера. Грунт состоит из сильнощелочных базальтов. По радиолокационным данным, этот тип геологической структуры характеризует около двух третей всей поверхности планеты. Такие породы довольно редко встречаются на Земле, главным образом на океанических островах и в рифтовых зонах Мирового океана. В районе посадки спускаемого аппарата «Венеры-14» наблюдается иной ландшафт. Станция опустилась на скальную породу. Видны плоские формы отдельных фрагментов породы, наблюдается слоистость, свидетельствующая о медленном остывании (по-видимому, температура поверхности была высокой). Поверхность породы менее выветрена, чем на панораме спускаемого аппарата «Венеры-13». Почти полностью отсутствует дробленый и мелкозернистый материал. Все это указывает на более молодую структуру. По радиолокационным данным, этот тип геологической структуры характеризует четверть всей поверхности планеты. В районе посадки спускаемого аппарата «Венеры-14» породы содержат значительно меньше щелочных элементов, чем в районе посадки спускаемого аппарата «Венеры-13», и напоминают широко распространенные базальты, слагающие океаническую кору Земли. Возможно, низменные районы венерианской поверхности были залиты магматической лавой в более поздний период формирования коры планеты.

Впервые были получены цветные панорамы поверхности Венеры. При первом рассмотрении цветной панорамы поверхности возникает впечатление о нереальности цвета и всей цветовой гаммы. Но это лишь кажущееся несоответствие. Если смотреть на поверхность планеты из иллюминатора посадочного аппарата, то можно увидеть именно эти преимущественно желтовато-оранжевые, зеленоватые цвета любых предметов на поверхности, оранжевое небо и такого же цвета облака. Дело в том, что синяя часть спектра поглощается в верхней части атмосферы Венеры, а ее поверхность и нижняя часть атмосферы освещаются не белым, как на Земле, а желтым светом с оранжево-зеленоватыми оттенками.

Одной из главных задач АМС «Венера-13» и «Венера-14» было взятие проб грунта и определение его химического анализа на борту спускаемых аппаратов. Специальные грунтозаборные устройства произвели отбор проб породы, затем механизмы подачи грунта передали их внутрь герметичных отсеков. При этом был произведен сброс температуры от 460 до 20-30°С, а давление с 89 до 0,1-0,2 атм. Затем пробы были поданы в приемные камеры рентгенофлюоресцентных анализаторов, которые по вторичному рентгеновскому излучению, вызванному облучением проб двумя радиоактивными изотопами (железо-55 и плутоний-238), определили в них содержание основных породообразующих химических элементов (от натрия до железа) и передали полученные спектры на Землю.

Полученные данные о химическом составе пород указывают на то, что в районе посадки спускаемого аппарата «Венеры-13» залегает порода, которая классифицируется как претерпевший химическое выветривание лейцитовый базальт. Этот тип глубинных базальтоидов с высоким содержанием калия и магния на Земле встречается довольно редко. Состав породы в районе посадки спускаемого аппарата «Венеры-14» соответствует составу широко распространенных на Земле океанических толеитовых базальтов.

Можно сказать, что первые станции серии «Венера» дали очень много ошеломляющих, сенсационных результатов. Затем ученые приступили к планомерному детальному исследованию Венеры более точными приборами, расширяя фронт работ. Этот этап еще не завершен. В результате должна быть решена кардинальная проблема - построена модель Венеры, которая позволит понять, каким образом она пришла к современному устойчивому раскаленному состоянию. Решение этой проблемы будет иметь огромное значение для сравнительной планетологии и более глубокого понимания происхождения и эволюции всей Солнечной системы.

вперёд

в начало назад