Исследования морей и океанов из космоса в общей программе изучения природы нашей планеты занимают все большее место. Значение их растет год от года. В развитие этого нового, важного направления огромный вклад внесли советские космонавты и специалисты в области космической техники.

Изучение Мирового океана теперь проводится в каждом полете советских космических кораблей и орбитальных станций. Об этом говорят и итоги первой экспедиции на орбитальной научной станции «Салют-6».

Вскоре после перехода на станцию Ю. Романенко и Г. Гречко передали сообщение о катастрофе двух американских танкеров у берегов Южной Африки. В результате на поверхности океана образовалось гигантское нефтяное пятно. Космонавты следили за его передвижением, ведь определение степени загрязнения океана входило в программу их работы.

Наблюдения за течениями представляют значительный интерес для океанологов, но не менее важны они и для рыбаков. Из многолетнего опыта им хорошо известно, что косяки рыбы обычно скапливаются у берегов океанических «рек», т. е. на границах морских течений. Причина этого простая. Основная пища многих рыб – мельчайшие живые организмы моря. Они лучше всего развиваются на границах богатых питательными веществами холодных и живительных теплых вод. Но уследить за этими границами очень трудно, так как берега океанических «рек» непрерывно меняют свое положение и очертания, уходя иногда на сотни километров в сторону. И только из космоса можно их легко обнаружить.

Визуальные наблюдения, использование телевизионных и других средств позволили установить связь облачности с океаническими течениями. В дальнейшем было выявлено, что различные характеристики облачности (тип, форма, ярусность, текстура, ее тон) помогают определять и прослеживать гидросферные фронты. Так, над относительно теплой водной массой, характеризующейся повышенным испарением влаги, образуется сплошная низкая облачность, в то время как над более холодной водной массой облачность разрежена или совсем отсутствует. В таком случае граница облачного массива и служит индикатором гидросферного фронта.

Экипажи советских орбитальных станций неоднократно отмечали, что с космических высот хорошо просматривается дно океана. На мелководных участках (так называемом шельфе) хорошо видна структура подводного рельефа. Такие наблюдения необходимы при строительстве морских буровых вышек, портов и других сооружений.

Изучение морского дна в пределах континентального шельфа ограничивается прозрачностью воды. Однако установлено, что глубина просматриваемости дна на космических изображениях, чувствительных в зелено-голубой части спектра, всегда больше, чем при аэрофотосъемке, – в среднем до 20 – 25 м, достигая местами 50 и даже 100 м.

Особенно отчетливо из космоса видны выносы мутных речных вод в море. В ряде случаев можно проследить эти выносы на расстоянии в десятки километров от устьев рек и хорошо разобраться в структуре прибрежных морских течений.

Естественно, все, что видит глаз космонавта, можно зафиксировать на черно-белую или цветную фотопленку и затем доставить на Землю для последующего детального изучения. Так, космонавты В. Быковский и В. Аксенов во время полета на космическом корабле «Союз-22» сделали много снимков Мирового океана. Исследование их позволило решить ряд задач океанологии. Кстати, космические снимки района Бермудского треугольника не выявили чего-нибудь необычного и подтвердили мнение ученых о том, что все разговоры о таинственности этого района Мирового океана не имеют под собой никакой сколько-нибудь научной базы.

Наблюдения океана из космоса можно вести не только визуально или с помощью обычной фототелеаппаратуры, но и используя специальную аппаратуру, чувствительную к инфракрасным излучениям и радиоволнам. Изображения океана, полученные с помощью тепловизоров, позволяют с точностью значительно выше одного градуса определять температуру поверхностного слоя воды. Следовательно, с помощью спутников можно получить картину распределения температур на огромных океанских просторах.

Весьма перспективно изучение океана радиометодами. Регистрация собственного радиоизлучения океана в сантиметровом диапазоне волн позволяет определять температуру и соленость воды, степень ее волнения, скорость ветра в приводном слое и ряд других океанических параметров. Применяя эти методы, можно проводить исследования океана при любых метеоусловиях. Для радиоволн атмосфера почти всегда прозрачна, и никакие тучи и облака не могут помешать наблюдениям.

Первые опыты в этом направлении были осуществлены в нашей стране под руководством академика В. Котельникова еще несколько лет назад. Установленная на спутниках «Космос-243», «Космос-386» и некоторых других радиометрическая аппаратура подтвердила правильность расчетов ученых и дала яркие доказательства перспективности этого направления.

Информация, полученная из космоса, крайне необходима морякам и открывает реальные перспективы создания автоматизированных систем кораблевождения по оптимальным маршрутам.

Навигационные спутники в последние годы совершили настоящую революцию в штурманском деле. Раньше самые искусные штурманы могли указать положение корабля в открытом океане с точностью лишь до нескольких километров.

Так, 10 – 15 лет назад один из научно-исследовательских кораблей нашел очень интересную подводную гору. Сразу изучить ее не было возможности, поэтому тогда просто засекли ее координаты. Когда же спустя некоторое время корабль вернулся в этот район, то понадобилось несколько суток, чтобы найти гору. Сейчас спутниковые навигационные системы определяют положение корабля в любой точке Мирового океана в любой момент при любых метеоусловиях с точностью до нескольких десятков метров.

Следует сказать и о спутниковых системах связи на море. Обычный радиообмен кораблей с берегом ограничивается несколькими короткими радиограммами в сутки. Большего не позволяет ограниченная пропускная способность коротковолнового канала связи. Разработанные в последние годы проекты морских спутниковых систем связи дадут возможность всем кораблям практически непрерывно поддерживать связь со своей базой через спутник-ретранслятор, передавать большие потоки информации и, что также немаловажно, позволят морякам, находящимся вдали от родных берегов, регулярно разговаривать по радиотелефону со своими родными и близкими.

Учитывая важность изучения Мирового океана с помощью космических средств, специалисты в области космонавтики и океанологии разрабатывают новые специализированные приборы и спутники для исследования Мирового океана, в том числе в интересах тружеников моря. Уже появились проекты чисто морских спутников, предназначенных только для решения этих задач. Так, в США разработан проект спутника «Сисат». Запуск его запланирован на 1978 г. на орбиту высотой около 1000 км. Этот спутник будет каждые 36 часов передавать на Землю информацию в реальном масштабе времени о состоянии океанской поверхности. Она будет сразу же поступать к морякам, рыбакам, океанологам для непосредственного использования.

В заключение хотелось бы остановиться еще на одной проблеме, которую известный норвежский ученый Тур Хейердал назвал проблемой номер один современной океанологии. Речь идет о нефтяном загрязнении Мирового океана. По словам ученого, человечество, если оно хочет сохранить жизнь на Земле, должно обратить самое серьезное внимание на борьбу с этими загрязнениями. Океан – основной поставщик кислорода на нашей планете – может умереть под нефтяным одеялом, а если умрет океан, последствия для жизни на Земле могут оказаться самыми печальными. И здесь космические средства могут прийти на помощь ученым.

Первые опыты по дистанционному обнаружению нефтяных загрязнений показали, что их можно регистрировать как с помощью оптических, так и инфракрасных и радиоволновых приборов. По-видимому, недалек тот день, когда на борту искусственного спутника Земли или орбитальной станции установят аппаратуру, которая при каждом сколько-нибудь значительном загрязнении океана нефтью и нефтепродуктами начнет поднимать тревогу. По этим сигналам специальные морские суда будут выходить в океан и устранять загрязнения. Тогда эта космическая патрульная служба станет в ряд наиболее выдающихся заслуг космонавтов перед человечеством.

Трудно переоценить значение процессов, происходящих в атмосфере Земли, для жизни на нашей планете. Но чтобы повысить точность прогнозов погоды, чтобы понять те изменения, которые проявляются в воздушном океане под влиянием деятельности человека, необходимы широкие исследования.

Прежде всего нужны точные измерения давления и температуры воздуха, концентрации водяного пара и конденсированной влаги, заключенной в туманах, облаках или дождях, направления и силы ветра, количества примесных газов и аэрозолей и т. п. Дело осложняется тем, что эти параметры должны измеряться по всей толще атмосферы и в пунктах, расположенных по всему земному шару.

Почти полвека атмосферные измерения ведутся в основном с помощью небольших шаров-радиозондов, на борту которых находятся барометр, термометр и измерители влажности. Показания этих приборов автоматически передаются по радио по мере подъема шара.

Затем за полетами зондов стали следить радиолокаторы. Собранные с их помощью данные позволяют определять скорость и направление ветра на разных высотах. Однако эти методы не могут обеспечить оперативного получения всех необходимых параметров и их изменений во времени. Ведь чтобы проследить за передвижением радиозонда, надо вести за ним наблюдения в течение нескольких часов. А данные о распределении по всей толще атмосферы температуры, влажности, водности облаков, скоростях движения воздуха и т. п. надо получать в считанные минуты и даже секунды.

В последнее десятилетие наука и техника вплотную подошли к решению этой сложной задачи путем так называемого дистанционного зондирования атмосферы. Суть его заключается в том, что соответствующие приборы принимают и анализируют те или иные излучения, поступающие из толщи воздушного океана.

Различаются «активные» и «пассивные» методы зондирования. Первые основаны на принципе радиолокации, когда передатчик посылает определенный импульс, а по характеру и интенсивности отраженного сигнала определяются свойства атмосферы на всей трассе его прохождения. Для активного зондирования используются оптические волны, генерируемые лазером, радиоволны сантиметрового диапазона, посылаемые радиолокатором, звуковые волны, идущие от звуколокатора. Пассивные методы основаны на регистрации собственного теплового излучения атмосферы. Максимальная его интенсивность приходится на инфракрасные волны и радиоволны, которые и применяются для дистанционного зондирования.

Разработка перечисленных методов активно ведется как в нашей стране, так и за рубежом. Хорошо известны многолетние исследования по дистанционному зондированию атмосферы в инфракрасной области спектра, выполнявшиеся в Ленинградском университете, а по радиоизлучению атмосферы в Институте радиотехники и электроники АН СССР, а также в Горьковском научно-исследовательском институте (НИРФИ).

В результате в НИРФИ впервые была создана метеорологическая станция дистанционного зондирования свойств атмосферы путем приема ее собственного теплового радиоизлучения, или, как ее назвали, – метеорологический радиотелескоп. Его действие испытывалось в специальных экспедициях в северных и умеренных широтах, на Земле и в воздухе (на самолете). С его помощью в считанные минуты удавалось получать данные о температуре, количестве и распределении водяного пара в атмосфере, водности облаков, их высоте, толщине и температуре, а также о скорости ветра на высотах в несколько километров. Много труда и творческой активности в эти разработки вложила целая группа научных сотрудников.

Достигнутые результаты получены благодаря многолетнему фундаментальному изучению радиоизлучения атмосферы, проводившемуся в НИРФИ с конца 40-х годов. Уже в то время в институте было зарегистрировано радиоизлучение атмосферы на сантиметровых, а затем и дециметровых волнах. С тех пор проведен большой цикл исследований, учеными выполнены важные теоретические и экспериментальные работы.

Что же представляет собой метеорадиотелескоп? Это комплекс приборов, способных принимать и точно измерять радиоизлучение атмосферы на специально выбранном ряде волн длиной от 1,6 до 13,5 мм. Дело в том, что волны различных частот приносят на Землю информацию о событиях, происходящих на определенных высотах.

Дистанционное зондирование атмосферы по ее собственному радиоизлучению имеет ряд преимуществ перед другими методами – оно возможно при любой погоде и в любое время суток. А в комбинации с оптическим, радиолокационным и звуковым зондированием позволит получить ряд новых сведений о состоянии атмосферы, например, о количестве углекислого газа, загрязнении дымом, наличии вредных примесей.

Сейчас создается более совершенная аппаратура метеорадиотелескопа, которая даст возможность практически мгновенно зондировать атмосферу и получать всю необходимую информацию. В перспективе видится, что такая станция будет представлять собой небольшой радиотелескоп с антенной около полуметра и малой ЭВМ для выдачи окончательных данных. Весьма реально создание на основе этой системы спутникового метеорадиотелескопа. В таком случае достижимо оперативное получение метеорологических сведений в масштабе всей планеты.

Дистанционные методы зондирования открывают большие возможности для исследования структуры земной атмосферы и происходящих в ней процессов. Они позволяют выявлять концентрации различных примесных газов в атмосфере. Можно представить себе и организацию контроля за озонным слоем, который, как известно, защищает все живое на планете от губительной ультрафиолетовой радиации Солнца и сам нуждается в защите от разрушения.

Радиометоды позволяют вести постоянный оперативный контроль за состоянием воздушной среды, получать данные о ее характеристиках в глобальном масштабе. Это будет способствовать решению задачи долгосрочного прогнозирования погоды. Таким образом, сделан еще один шаг в создании перспективных методов исследования атмосферы Земли.

Имя этим автоматам – «Метеор». Рабочее место – космос. Продукция – глобальная информация.

Москва – центр, куда из Хабаровска, Новосибирска и Обнинска круглые сутки приходит телеинформация о нашей планете. Гигантское прямоугольное зеркало антенны «Фобос» площадью свыше 100 м² всегда нацелено в космос. Ее чувствительное «ухо» способно уловить слабейший электронный шорох. А так как эфир крупных городов заполнен шумом от работы различных электрических устройств, приемный пункт с «Фобосом» вынесен за пределы столицы – в Обнинск.

Мало кто из проезжающих по Садовому кольцу мимо высотного здания на площади Восстания знает, что на его вершине установлены антенны радиорелейной линии космического радиомоста. А отсюда рукой подать до здания Гидрометцентра СССР, где и находится конечный пункт приема и обработки спутниковой информации Государственного научно-исследовательского центра изучения природных ресурсов.

– Сейчас мы работаем с двумя типами спутников, – рассказывает главный инженер Центра В. Ф. Харитонов. – Один из них оперативный метеорологический спутник второго поколения – «Метеор-2», другой – экспериментальный спутник. Они ведут постоянную съемку в различных участках спектра – оптическом и инфракрасном. Это позволяет видеть облака как на освещенной, так и на теневой сторонах Земли, измерять температуру ее поверхности и высоту верхней границы облачности. Съемки ведутся с двух высот, соответственно орбитам спутников: 650 и 900 км. Широта осматриваемой территории – от 2200 до 2600 км. На борту спутников – система прямой передачи информации для упрощенных пунктов приема, например, установленного на атомоходе «Сибирь». Подобных станций приема только в нашей стране сейчас около шестидесяти. Но прямые передачи принимают практически во всем мире.

Подходит время очередного сеанса связи. Засветился экран видеоконтрольного устройства. В этот момент спутник со скоростью около 7 км/с приближается к Обнинску. Его бортовые магнитофоны собрали информацию в течение витка, и им предстоит передать ее на Землю в считанные минуты прохождения зоны радиовидимости. На экранах мониторов возникает быстрая череда условных знаков. После обработки на ЭВМ они превратятся в данные о метеорологических параметрах или снимки различных районов Земли. Так за один виток «Метеор» выполняет работу тысяч наземных метеостанций.

Что увидел спутник несколько минут назад? Показывают кадр, вместивший просторы Арктики. При помощи специальных устройств происходит географическая привязка – сетка координат параллелей и меридианов. Это делается, чтобы ускорить обработку снимков. Все они попадают в отдел анализа спутниковой информации. С 1965 г. в окнах занимаемых им помещений ни разу не гас свет. Около миллиона снимков обработали за это время его сотрудники. Кстати, этой скрупулезной работой заняты только женщины.

Вместе с Г. Н. Исаевой, начальником отдела, рассматриваем снимок обширного района Северного Ледовитого океана. В верхнем углу фотографии чистое белое поле.

– Оно всегда такое, – комментирует Г. Н. Исаева. – Так вот и выглядит Арктика – страна белого безмолвия...

Внизу фотографии впечатаны высота, номер витка, число и время. Несмотря на большую высоту, отчетливо видна каждая льдина. У них резкие угловатые очертания.

– Если в кадр попадут облака, их легко отличить от льдов по округлостям, – поясняет она. – К тому же скорость дрейфа ледяных полей значительно меньше, чем облаков. И на следующем снимке это сразу обнаружится. Но мы даем информацию не только о северных морях. По нашим данным составляются прогнозы для открытых акваторий океанов – тех мест, где нет сети метеостанций. А в разных точках Мирового океана под флагом нашей Родины ходят сотни судов. В последние годы в Гидрометцентре СССР для них составляют так называемые рекомендованные курсы. Это приносит большую экономию для нашего морского флота. Возьмем, например, перегон судов на Дальний Восток через три океана: Атлантический, Индийский и Тихий. Здесь нередки циклоны. При их обнаружении дается предупреждение, и Гидрометцентр СССР рекомендует район, в котором можно переждать непогоду...

Изображения, полученные из космоса, используются не один раз. Они накапливаются, чтобы в последующем стать арсеналом для ЭВМ. Тогда труд по дешифрированию снимков возьмут на себя машины.

Спутниковая информация принесла новые знания об образовании облаков. Человек издавна подметил связи между характером облачности и погодой. И закрепилось это в десятках метких народных изречений. Сегодня на облака взглянули из космоса. И как результат – книга «Использование изображений со спутников в анализе и прогнозе погоды», выпущенная советскими и американскими учеными 4 года назад. Сейчас ею пользуются страны – члены Всемирной метеорологической организации.

Коллектив специалистов ГосНИИЦИПра и Гидрометцентр СССР с коллегами из социалистических стран готовят также «Руководство по использованию спутниковой информации в анализе и прогнозе погоды».

В перечне специальностей «Метеоров» есть и такая – космический страж нашего «зеленого моря». Ежедневно на Центральную авиабазу охраны лесов уходят снимки. Если где-то обнаружены очаги загорания, дается прогноз направления ветра, возможного перемещения пожара и состояния облачности для вызывания искусственного дождя. На одном из таких снимков – район Обской губы. Пять параллельных шлейфов дыма, темные пятна выгоревшей тундры. Так выглядел из космоса тундровый пожар. Благодаря оперативно полученной информации его удалось быстро обнаружить и погасить.

«Метеоры на службе народного хозяйства» – так называется толстый том, который показали мне в заключение. Это макет будущей книги, подготовленной в Центре. Она богато иллюстрирована. Интересен снимок Волги от ее истока до устья. В верховьях тонкий шнурок, затем вздутия водохранилищ, дельта же похожа на ветвистый корень растения. Кстати, подобные снимки используются на уроках географии в ряде московских школ. Из книги можно узнать и другие интересные факты. Например, по прогнозам из космоса пастухам с отарами овец рекомендуют лучшие пастбища. Приводятся и цветные фотографии, полученные путем синтезирования нескольких черно-белых, снятых в различных оптических поддиапазонах.

Так что у «Метеоров» большое будущее.

26 октября 1978 г. в Советском Союзе осуществлен запуск одной ракетой-носителем искусственных спутников Земли «Радио-1», «Радио-2» и «Космос-1045».

Спутники выведены на орбиту с параметрами:

– максимальное расстояние от поверхности Земли (в апогее) – 1 724 километра;

– минимальное расстояние от поверхности Земли (в перигее) – 1 688 километров;

– период обращения – 120,4 минуты;

– наклонение орбиты – 82,6 градуса.

На спутниках «Радио-1» и «Радио-2» установлена аппаратура для радиолюбительской связи, проведения студентами вузов научно-технических экспериментов и учебных работ.

На спутнике «Космос-1045» установлена аппаратура, предназначенная для продолжения исследования космического пространства, радиосистема для точного измерения элементов орбиты, радиотелеметрическая система для передачи на Землю данных о работе приборов.

Сеансы связи через спутники «Радио-1» и «Радио-2» будут проводиться в соответствии с намеченной программой. Данные, необходимые для организации радиолюбительской связи, будут публиковаться в печати и сообщаться через радиостанции Центрального радиоклуба и приемно-командных пунктов ДОСААФ СССР.

Управление работой спутников «Радио-1» и «Радио-2», прием и обработка поступающей с них информации осуществляются наземными приемно-командными пунктами ДОСААФ СССР.

Спутники «Радио-1» и «Радио-2» имеют международный регистрационный индекс «PC».

Творческие коллективы студентов вузов и радиолюбителей ДОСААФ СССР, создавшие спутники «Радио-1», «Радио-2» и наземные приемно-командные пункты, посвящают этот космический эксперимент 60-летию Ленинского комсомола.

Необычные поворотные антенны, установленные на крыше одного из высотных домов столицы вблизи Курского вокзала, обозначили Центральный космический приемно-командный пункт ДОСААФ СССР. Он создан для управления системой радиолюбительских спутников, выведенных утром 26 октября на околоземную орбиту. Подчиняясь приказам ЭВМ, антенны направлены сейчас в небо, чтобы принять сигналы первенцев еще одного семейства космических объектов.

Но это произойдет чуть позже, а пока в аппаратных, диспетчерских, коридорах приемно-командного пункта (ПКП) собрались люди, которые непосредственно участвовали в подготовке к запуску новых спутников. Здесь энтузиасты организаций ДОСААФ, студенты столичных вузов, в частности Московского авиационного института, молодые инженеры, ветераны-радиолюбители. У всех приподнятое настроение. Ведь свершившееся событие как бы венчает большую работу по сооружению космических аппаратов и специальных ретрансляторов, предназначенных для многочисленной армии радиолюбителей. Эти радиотехнические устройства примут сигналы любительских станций, усилят их на борту спутников и пошлют обратно на Землю. Через такой своеобразный космический мост тысячи советских коротковолновиков смогут связаться не только между собой, но и с зарубежными коллегами, живущими на всех континентах планеты. Ведь ретрансляторы обеспечат максимальную дальность связи до 8000 км.

Приближается условленный час, когда в наушниках операторов должны прозвучать позывные с орбиты. «Космос» входит в зону радиовидимости. Проходит еще несколько минут, и тишину, установившуюся на ПКП, разрывают звуки морзянки, многократно усиленные громкоговорителями. «PC. PC. PC», – слышим мы из космоса сигналы, которые записываются на магнитофон. Спутник обнаружен!

Наступает решающий этап эксперимента. Операторы с пульта управления посылают в космос команду на отделение. А спустя мгновение радиомаяк с уже знакомыми позывными приносит новую весть: «Радио-1» и его собрат отсчитывают первые километры вокруг планеты.

Приемно-командный пункт встречает это сообщение аплодисментами. Поздравления принимают те, кто создавал радиоэлектронную аппаратуру любительских спутников. Л. Лабутин – технический руководитель общественной лаборатории ДОСААФ. В. Л. Доброжанский – старейший радиолюбитель, автор многих приборов для полярных десантов, в том числе и для станции «СП-1». Принимают поздравления и Б. Лебедев, и его товарищи по общественной лаборатории ДОСААФ, руководители студенческих конструкторских бюро, в частности С. Мастинский из Московского авиационного института. Добрым словом вспоминаются и видные советские специалисты в области космической техники, помогавшие энтузиастам...

Руководитель ПКП принимает решение включить ретранслятор на одном из спутников. Начинается всесторонняя проверка первой в стране космической системы радиолюбительской связи.

После проверки космическая система будет отдана в распоряжение коротковолновиков.

В течение недели с околоземной орбиты поступают сигналы искусственных спутников Земли «Радио-1» и «Радио-2», созданных творческими коллективами студентов вузов и радиолюбителей ДОСААФ СССР.

Запуску первых в СССР любительских искусственных спутников Земли была посвящена пресс-конференция для советских и иностранных журналистов, состоявшаяся 1 ноября в Центральном доме журналиста. На спутниках установлена аппаратура для организации радиолюбительской связи, проведения студентами вузов научно-технических экспериментов и учебных работ. Проведены первые сеансы связи, данные которых сейчас обрабатываются специалистами.

Летчик-космонавт СССР Герой Советского Союза В. Д. Зудов огласил приветствие советских космонавтов создателям спутников «Радио-1» и «Радио-2».

В соответствии с программой дальнейшей отработки и развития систем связи и телевизионного вещания с использованием искусственных спутников Земли 19 декабря 1978 г. в Советском Союзе осуществлен запуск нового спутника связи «Горизонт».

Спутник выведен на орбиту с начальными параметрами:

– максимальное расстояние от поверхности Земли (в апогее) – 48 365 километров;

– минимальное расстояние от поверхности Земли (в перигее) – 22 581 километр;

– период обращения вокруг Земли – 23 часа 40 минут;

– наклонение орбиты – 11,3 градуса.

На спутнике «Горизонт» установлена усовершенствованная многоствольная бортовая ретрансляционная аппаратура, предназначенная для обеспечения телефонно-телеграфной радиосвязи и передачи телевизионных программ.

Через спутники связи «Горизонт» планируется в 1980 г. обеспечить трансляцию телевизионных передач из Советского Союза с мест проведения спортивных состязаний XXII Олимпийских игр.

Кроме аппаратуры связи и телевидения, на спутнике имеются: трехосная система точной ориентации на Землю, система энергоснабжения с независимым наведением и слежением солнечных батарей за Солнцем, система терморегулирования, радиотелеметрическая система для передачи на Землю данных о работе бортовых систем, радиосистема для точного измерения параметров орбиты и управления спутником, система коррекции орбиты.

Установленная на спутнике «Горизонт» аппаратура работает нормально. Командно-измерительный комплекс осуществляет управление спутником. Испытания связной и телевизионной аппаратуры спутника будут проводиться в соответствии с намеченной программой.

Прошло всего 8 лет с того момента, когда на Землю были доставлены первые образцы лунного грунта и ученые – геологи и геохимики – получили возможность непосредственно изучать породы с другого планетного тела. За этот относительно короткий срок благодаря современным исследовательским средствам накоплен огромный фактический материал. Однако все многообразие полученных сведений теперь не столько стимулирует безудержную фантазию исследователей, сколько ставит все более жесткие рамки, в которые надо вписать любую давно существующую или только появившуюся гипотезу происхождения Луны. Сейчас гипотеза об образовании Луны из оторвавшейся на месте Тихого океана части земной коры практически утратила свое значение. Резко сократилось и число приверженцев гипотезы о самостоятельном возникновении Луны как планетного тела с последующим захватом ее Землей.

Доминирующее значение ныне приобрела гипотеза об одновременном образовании планетной системы Земля – Луна.

Данные, характеризующие минералогический и химический состав лунных пород, образцы которых были взяты с поверхности в разных районах Луны, позволили сделать вывод прежде всего о принципиальном различии ее материковых и «морских» пород. Материковые породы – это габбро-анортозитовый комплекс и так называемые KREEP-базальты, т. е. базальты с относительно высоким содержанием калия (К), редких земель (REE) и фосфора (P). «Морские» же породы Луны представлены базальтами с широкими вариациями состава.

Проведенный А. В. Гараниным и Л. В. Дмитриевым статистический кластерный анализ накопленных данных о лунных магматических породах (635 индивидуальных силикатных анализов) позволил по составу выявить три группы, которые значительно отличаются одна от другой соотношением рассчитанных коэффициентов: А1₂О₃/СаО, FeO/FeO + MgO и TiО₂/TiО₂ + FeO (рис. 5).

Рис. 5. Составы главных групп лунных магматических пород на объемной диаграмме в координатах FeO/(FeO + MgO) – А12О3/СаО – TiО2/(TiО2+FeO), вес. % 1 – материковые породы; 2 – «морские» базальты с умеренным содержанием титана; 3 – высокотитанистые «морские» базальты; 4 – кислые и ультраосновные породы

Одна группа соответствует материковым породам, другая – высокотитанистым «морским» базальтам с 10 – 15%-ным содержанием TiO₂, третья – «морским» базальтам с умеренным содержанием TiО₂ – 2 – 6%.

Для выяснения характера петрохимических вариаций была использована предложенная Л. В. Дмитриевым диаграмма А–S (рис. 6).

Рис. 6. Положение главных групп лунных магматических пород на диаграмме А–S, где A = Al2О3 + CaO + Na2О + K2О, S = SiО2 – (FeO+MgO+TiО2+MnO + Cr2О3) 1 – материковые породы; 2 – «морские» базальты с умеренным содержанием титана; 3 – высокотитанистые «морские» базальты; 4 – ультраосновные породы; 5 – кислые породы; средние составы (по Р. А. Дэли) земных горных пород; 6 – океанические толеиты; 7 – анортозиты; 8 – пикриты; 9 – гарцбургиты; 10 – андезиты; 11 – граниты

На диаграмме видно, что каждая группа изображается в виде довольно узких удлиненных полей точек. Графики парных корреляций в координатах S – петрогенный элемент показали, что в каждой группе изменение основности (параметр S) приводит к закономерному изменению содержания любого элемента. Особый интерес представляет распределение щелочей. Оказалось, что в каждой из трех главных групп существуют разности, заметно обогащенные щелочами (особенно четко это видно на графике К₂О – S), причем в высокотитанистых базальтах такие породы отделены от главной группы хорошо заметным перерывом. Породы, обогащенные щелочами, были выделены в подгруппы, и в дальнейшем весь статистический анализ проводился для них как для самостоятельных групп.

Положение вариационных линий состава лунных пород относительно среднего состава их возможных земных аналогов показывает, что наиболее сходными оказываются KREEP-базальты и океанические толеиты. Лунные «морские» базальты близки по составу к земным пикритам. Лунные же анортозиты близки к земным анортозитам расслоенных габбро-анортозитовых интрузий (О. А. Богатиков).

Однако к этим аналогиям надо относиться достаточно осторожно. Эксперименты по расплавлению базальтов в вакууме (до 10^–7 мм рт. ст.) показали закономерный сдвиг состава расплава в сторону его значительного обогащения TiО₂, А1₂О₃, СаО, MgO и обеднения К₂О, Na₂О, SiО₂, т. е. как раз в сторону, отличающую лунные базальты от земных. Конечно, можно говорить лишь о тенденции изменения состава базальтовых расплавов в вакууме, но если учесть, что на Луне вакуум колеблется от 10^–7 до 10^–11, то, видимо, его влияние нельзя не учитывать. Вероятно, об этом не надо забывать, делая выводы о различии состава первичного, или исходного, вещества, из которого выплавляются базальты на Земле и на Луне. Такого различия – первичной обедненности вещества Луны летучими компонентами – могло и не быть, обедненность же ими продуктов вулканизма может оказаться в значительной мере вторичной, зависящей от условий проявления магматизма, а не от первичного состава подвергшихся плавлению пород.

Нельзя забывать, что характерная черта всех материковых пород – множество бывших газовых полостей. Следует отметить также, что содержание, таких летучих компонентов, как S, Se, Те, F, C1, Br, в «морских» базальтах значительно выше, чем в менее глубинных материковых породах.

Статистическое изучение вариаций состава лунных магматических пород позволило рассмотреть полученные результаты и в петрологическом аспекте. Для этого нормативные минералогические составы всех выделенных групп лунных магматических пород были нанесены на тройную диаграмму Ol–An–Q (оливин – анортит – кварц), используемую многими исследователями для петрологических построений, связанных с изучением лунных пород (рис. 7).

Рис. 7. Вариационные линии основных типов лунных магматических пород на диаграмме Ol – Q – An I – габбро-анортозиты; II – KREEP-базальты; III – «морские» базальты с низким содержанием титана и щелочей и высоким содержанием алюминия; IV – «морские» базальты с низким содержанием титана и щелочей и высоким содержанием кремния; V – «морские» базальты с низким содержанием титана и щелочей и высоким содержанием магния; VI – «морские» базальты с низким содержанием титана и высоким содержанием алюминия («высокоглиноземистые базальты»); VII – высокотитанистые «морские» базальты с низким содержанием щелочей; VIII – высокотитанистые «морские» базальты с высоким содержанием щелочей

Положение линии материковых габбро-анортозитов указывает на наиболее высокотемпературные условия формирования пород этой серии, вариации состава которой связаны с фракционированием и накоплением анортита. KREEP-базальты также лежат в высокотемпературной области, но их состав уже несколько смещен в направлении к котектике Ol–An. Вариации состава KREEP-базальтов также обусловлены фракционированием плагиоклаза.

Изменение состава «морских» базальтов с умеренным содержанием титана должно быть связано с существованием трех принципиально различных родоначальных расплавов. Один из них находится в поле оливина, другой – в поле плагиоклаза, третий – в поле ортопироксена. Вариации состава этих пород определяются фракционной кристаллизацией соответственно оливина, плагиоклаза и пироксена с приближением дифференциатов к котектике An–Opx (анортит-ортопироксен).

Базальты с высоким содержанием титана, и особенно высокотитанистые щелочные базальты, отражают, вероятно, наиболее низкотемпературный ряд дифференциации лунных магматических пород, поскольку вариационные линии этих пород заметно смещены к эвтектике An–Q–Opxх.

Ряд высокоглиноземистых базальтов (с умеренным содержанием TiO₂ и повышенным содержанием щелочей) относится, вероятно, к наиболее высокотемпературной серии лунных «морских» базальтов. Этот ряд заканчивается в стороне от котектической линии, но его продолжение служит началом ряда высокотитанистых базальтов. Если учесть, что на всех без исключения графиках вариационных линий S-петрогенный элемент высокотитанистые базальты продолжают линии высокоглиноземистых, то вряд ли отмеченная особенность случайна. По-видимому, есть все основания предположить, что обе эти группы пород генетически связаны между собой.

При статистическом анализе материала, характеризующего магматические породы Луны, были отмечены составы, не вошедшие в главные группы. К ним относятся лунные ультраосновные породы и лунные гранитоиды. И те и другие встречаются редко, поэтому для статистической оценки их состава и тем более для исследования их генетической связи с другими магматическими породами фактического материала недостаточно.

Однако, несмотря на отрывочные данные о составе кислых пород, эти данные все же представляют принципиальный интерес, так как большинство кислых пород описано в литературе как составная часть мезостазиса базальтов и материковых габброидов, из чего достаточно ясен их генетический смысл. Остановимся на этом несколько подробнее.

Установлено, что мезостазис «морских» базальтов и материковых габброидов представляет собой двухфазное стекло как продукт кристаллизации двух несмешивающихся расплавов, один из которых близок по составу к пироксенитам, а другой – к аляскитовым гранитам. Возможность ликвидации расплава, приближающегося по составу к мезостазису, была подтверждена экспериментально, причем в ходе опытов установлено, что «гранитная» жидкость составляет 5 – 10% объема исходного ликвирующего расплава, а это совпадает с оценкой реальных объемных соотношений фаз в мезостазисе.

Принимая во внимание результаты опытов и основываясь на конкретных данных о составе сосуществующих фаз в мезостазисе, мы рассчитали наиболее вероятный средний состав исходных ликвирующих расплавов, кристаллизация которых завершает магматический этап развития «морских» и материковых пород Луны. Оба состава оказались достаточно близкими к эвтектике An–Орх–Q.

Полученные результаты интересны прежде всего тем, что указывают на возможность и реальность двух процессов образования так называемых отбазальтовых гранитоидов путем кристаллизационной дифференциации и путем ликвации. Интересны они также и тем, что с их помощью можно представить процесс кристаллизации лунных пород до его заключительной стадии. По-видимому, дифференциация как в ряду от анортозитов до габброидов, так и в ряду «морских» базальтов не заканчивается перитектикой Ol–Орх–An, а продолжается вдоль котектики Ol–Орх–An до образования остаточного расплава с нормативной характеристикой эвтектики An–Орх–Q. Это получило яркое подтверждение в материале, доставленном станцией «Луна-24». В этом, вероятно, можно видеть общность процессов развития магматических серий материковых и «морских» пород Луны.

Если обратиться к содержанию в лунных породах редких элементов, то материковые породы отличаются от «морских» повышенным содержанием Cs, Ba, Au, Ni и пониженным содержанием Sc, Zr, Та, V, Cr. В «морских» базальтах, если их расположить по возрасту – от древних к молодым (3,8 – 3,1 млрд. лет) – отмечается закономерное снижение содержания TiO₂ (с 13 до 1,5%), происходящее на фоне увеличения количества SiO₂ (39 – 47%) и сидерофильных элементов (Cr, Ni, Co и V). По содержанию литофильных (Ba, Sr, Zr, Та, Се и др.) и халькофильных (Cu, Pb, Zn) элементов в целом лунные породы близки к земным аналогам. Непонятное исключение пока что составляет лишь группа сидерофильных элементов (Cr, Ni, Co, V), по соотношению которых лунные породы очень отличаются от земных. В лунных породах резко занижено содержание Ni и V, вследствие чего отношение V/Cr значительно ниже (0,1 и 1,0 – 1,4), a Co/Ni – выше (1,2 – 1,7 и 0,4), чем в земных базальтоидах. В причинах такого распределения сидерофильных элементов еще предстоит разобраться.

Таким образом, можно сказать, что главная задача первого периода изучения лунных пород – определение их основных типов, минерального и элементного состава, выяснение истории эндогенной жизни Луны и характера ее эволюции, установление подобия и различия состава лунных и земных пород – стала значительно ближе к решению.

По современным представлениям, формирование Луны как планетного тела в основном закончилось 4,6 млрд. лет назад. Первый материковый этап ее истории охватывает интервал 4,6 – 3,8 млрд. лет. В это время благодаря интенсивной бомбардировке Луны формирующими ее гигантскими метеоритами (так называемыми планетозималями), их гравитационному сжатию (аккреции) и нагреву поверхности солнечным ветром молодого Солнца произошло плавление внешнего, 100 – 200-километрового слоя. По мере охлаждения этого кипящего слоя в нем начали кристаллизоваться различные минералы. Относительно легкие минералы всплывали к поверхности, тяжелые – опускались в глубину. Произошла дифференциация расплава.

Около 4,4 млрд. лет назад поверхность Луны стала /твердой, но в результате разделения минералов в кипящем слое состав образовавшейся коры уже существенно отличался от исходного. Возникла материковая кора габбро-анортозитового состава, которая потом еще сотни миллионов лет подвергалась сильнейшей бомбардировке метеоритами разных размеров. На рубеже 4 млрд. лет интенсивность бомбардировки резко сократилась. Примерно в это время, главным образом на стороне, обращенной к Земле, образовались крупные депрессии лунной поверхности.

3,8 – 3 млрд. лет назад Луна прошла второй максимум прогревания (в результате накопления в ее недрах радиоактивного тепла), о чем свидетельствуют массовые излияния базальтов, затопившие депрессии поверхности и сформировавшие равнины лунных «морей». Это был «морской» этап истории Луны.

Около 3 млрд. лет назад или несколько позже наступил современный, послеморской этап эволюции Луны, когда глубинные магматические процессы уже заметно не проявлялись и ведущими факторами преобразования ее поверхности стали относительно слабая метеоритная бомбардировка, солнечный ветер и космические лучи. На этом этапе лунная поверхность постепенно закрывается рыхлым чехлом реголита, состоящего из отдельных кусочков пород и зерен минералов. Под действием солнечного ветра в приповерхностных зонах фрагментов пород происходит восстановление железа, титана и кремния до металлического состояния, которое сохраняется в земной атмосфере.

Таковы основные этапы истории Луны.

Весьма примечательно, что аналогичная этапность развития, правда, еще не подкрепленная абсолютными датировками, устанавливается также для Меркурия и Марса. Данные сравнительно-планетологического характера свидетельствуют о том, что ведущие факторы ранних стадий эволюции всех планет земного типа были близки. А это значит, что ранняя история Луны и других планетных тел с незавершенным характером эволюции может быть использована в качестве аналога для построения моделей ранней эволюции Земли.

Причем сейчас это один из наиболее перспективных путей познания ранней истории Земли.

Возраст Земли, как и Луны, определяется в 4,6 млрд. лет, но геологическую историю Земли мы знаем в основном лишь за последние 1,6 млрд. лет. Конечно, геологи тщательно изучают и предшествующую историю Земли, тем более, что около 70% полезных ископаемых на нашей планете образовалось именно в ранний период ее жизни. Но если ранняя история жизни Земли сильно затушевана более молодыми геологическими процессами и расшифровка этой истории крайне трудна, то на Луне ранняя двухмиллиардная история «геологического» развития как бы законсервирована почти в первозданном состоянии. С другой стороны, установление определенной этапности в формировании лунной коры и ее общности с другими планетами земного типа поставило перед нами новые проблемы в познании ранних этапов жизни Земли, истории формирования земной коры, причин разной продолжительности активной геологической жизни планетных тел Солнечной системы.

Взять хотя бы проблему энергетики геологических процессов. Еще совсем недавно основным и единственным источником глубинного тепла Земли считалось только тепло, выделяющееся при распаде радиоактивных элементов. Сейчас уже можно с достаточной степенью уверенности говорить, что это далеко не единственный источник внутреннего тепла планет. Оказывается на ранних стадиях жизни планет, в завершающий период их формирования главный источник тепла, приводящий к плавлению внешних частей планетных тел и формированию первичной коры, – энергия аккреции, что раньше не учитывалось в моделях теплового баланса Земли. Далее, благодаря накоплению тепла радиоактивного распада возникает новый источник энергии, поддерживающий проявление активных геологических процессов. Но по мере распада радиоактивных элементов количество выделяющегося тепла, пройдя через максимум, начинает уменьшаться, что должно приводить к затуханию активной геологической жизни, как это, вероятно, и было на Луне. Однако тогда возникает вопрос: почему же на Земле до сих пор продолжаются активные геологические процессы? Видимо, объяснить это можно лишь тем, что на Земле радиоактивный источник тепла дополнился новым, которого нет на Луне.

В связи с этим обращают на себя внимание чрезвычайно интересные исследования советских ученых О. Л. Кускова и Н. И. Хитарова. На основе сложных термодинамических расчетов они показали, что при температурах и давлениях, существующих на границе мантии Земли и ее ядра, могут протекать реакции восстановления кремния и растворения его в железо-никелевом ядре, и это должно приводить к выделению энергии, сопоставимой по величине с энергией радиоактивного распада. Другими словами, при определенных условиях и размерах планетных тел на смену энергии радиоактивного распада может прийти энергия химических реакций, происходящих на границе ядра и мантии планет. Но те же расчеты показали, что необходимые для этого температуры и давления достигаются только на Земле, возможны на Венере, но невозможны на Луне и Меркурии. Марс занимает промежуточное положение, и энергия химических реакций там, по-видимому, если и проявлялась, то в заметно меньшей степени, чем на Земле и Венере. Не с этим ли связана и разная продолжительность активной геологической жизни планет Солнечной системы? Во всяком случае, с таких позиций можно объяснить активную современную геологическую деятельность на Земле и Венере и отсутствие ее на Луне и Меркурии.

Однако это лишь один аспект возникающих в результате изучения Луны новых проблем. Признание модельного значения Луны для исследования ранних этапов жизни Земли вновь ставит вопрос о возможном габбро-анортозитовом характере первичной земной коры и ведущей роли в дегазации верхней мантии и образовании атмосферы и гидросферы именно этого, наиболее раннего, но и наиболее масштабного общепланетарного процесса формирования земной коры. Такой путь исследования приводит к утверждению первичности древней материковой коры и вторичности океанической коры, говорит о возможности возникновения их различий в самые ранние этапы жизни Земли.

Отсюда вытекает задача более широкого изучения не только вертикальной, но и горизонтальной неоднородности состава верхней мантии под участками коры с разной историей развития, а также выявления в этих участках различий в рудопродуктивности коры и мантии, что может иметь большое значение для познания закономерностей размещения месторождений полезных ископаемых.

И, наконец, встает коренной вопрос о возможном существенном различии состава верхней и нижней мантии, о вероятности заметных отличий состава верхней мантии от состава первичного вещества, из которого формировалась наша Земля.

Нельзя не согласиться со словами Г. Г. Шмитта – первого геолога, проводившего исследования на лунной поверхности: он совершенно справедливо сказал, что Луна представляет собой испещренное кратерами запыленное окно, через которое можно заглянуть в тайны происхождения и эволюции Земли.

Лунная атмосфера уникальна: сильно разреженная газовая оболочка, в которой экзосфера (область свободной диссипации газов в окружающее пространство) начинается непосредственно от поверхности твердого тела Луны. Это связано со сравнительно малой массой Луны и определенным расстоянием от Солнца. При сочетании таких условий тепловые скорости движения молекул близки критической (параболической) скорости для Луны.

В ближайших к Земле окрестностях Солнечной системы есть еще один подобный пример – планета Меркурий. Несмотря на то, что критическая скорость для Меркурия почти в два раза больше, чем для Луны, близость планеты к Солнцу и, соответственно, более высокая дневная температура, способствуют большим скоростям теплового движения молекул газа. Поэтому на Меркурии атмосфера аналогична лунной, в связи с чем на поверхности и Меркурия, и Луны преобладают ударные формы рельефа, ландшафты очень схожи.

Попытки обнаружить лунную атмосферу с помощью наземных оптических наблюдений яркости и поляризации света вблизи рогов лунного серпа привели к выводу, что верхний предел концентрации газовых частиц у поверхности Луны составляет около 10¹⁰ см^–3. Радиоастрономические наблюдения эффектов, сопровождающих момент захода за Луну дискретных радиоисточников, показали, что этот предел может быть ниже – до 10⁴ см^–3. Таким образом, степень установленной радиоастрономическими исследованиями разреженности говорит о том, что вся лунная атмосфера должна быть ионизована.

Появление первых искусственных спутников Луны позволило провести прямые измерения ионной концентрации вблизи Луны. По данным, полученным с помощью ИСЛ «Луна-10», концентрация частиц на высоте 300 км над поверхностью составляла 10² см^–3, по наблюдениям, проведенным ИСЛ «Луна-22», концентрация частиц – около 10³ см^–3.

С помощью выполненных по программе «Аполлон» непосредственных измерений ионизационным манометром и масс-спектрометром, а также спектральных орбитальных измерений получены сведения о составе и плотности атмосферы на уровне поверхности Луны.

Основными компонентами лунной атмосферы оказались водород, гелий, неон и аргон. Водород обнаружен главным образом в молекулярном виде; дневная концентрация атомарного водорода составляет не более 10 см^–3, тогда как содержание молекулярного водорода вблизи подсолнечной точки – 6 ∙ 10³ см^–3. Во время лунной ночи самая низкая концентрация Н₂ – 3,5 ∙ 10⁴ см^–3, т. е. почти в 6 раз больше, чем в лунный день.

Содержание гелия достигает максимума также в ночное время лунных суток и составляет 4 ∙ 10⁴ см^–3. С наступлением дня оно уменьшается примерно в 20 раз.

Доминирующий компонент лунной атмосферы – неон, точнее, ионы ²⁰Ne. Максимальная их концентрация в лунной атмосфере – 8 ∙ 10⁴ см^–3 наблюдается тоже в ночное время. С наступлением лунного дня она снижается до 4 ∙ 10³ см^–3. Концентрация неона в лунной атмосфере примерно вдвое превышает концентрацию гелия.

Зарегистрированы два иона аргона: ³⁶Ar и ⁴⁰Ar. По своим суточным вариациям концентрации аргон несколько отличается от других компонентов лунной атмосферы. Максимальная концентрация ⁴⁰Ar наблюдается перед восходом Солнца и достигает 4 ∙ 10⁴ см^–3. Другой суточный всплеск концентрации происходит в момент захода Солнца и составляет 8 ∙ 10³ см^–3. После захода Солнца содержание аргона снижается до 3,5 ∙ 10³, а в течение ночи падает до 10² см^–3. Максимальная концентрация ³⁶Ar достигает 3 ∙ 10³ см^–3, суточные ее изменения такие же, как и у ⁴⁰Ar (при сохранении отношения величин концентрации примерно 1 : 10).

Следовательно, можно сказать, что наибольшая плотность газовой оболочки Луны наблюдается в ночное время: суммарная концентрация газовых частиц – около 2 ∙ 10⁵ см^–3. В лунный день предполагаемая концентрация всех обнаруженных газов, вероятно, менее 10⁴ см^–3.

Процессы, происходящие в лунной атмосфере, в значительной мере определяются тепловым движением частиц, которое зависит от степени нагрева поверхностного слоя Луны.

Лунные породы, образующие поверхностный слой – реголит, обладают весьма низким коэффициентом отражения света. В среднем эта величина составляет не более 10 – 12%. Следовательно, около 90% падающей на лунную поверхность солнечной энергии поглощается реголитом и преобразуется в тепло. Вещество реголита имеет низкую теплопроводность и прогревается на очень незначительную глубину – около 1 м. Поскольку в этом тонком слое сосредоточивается вся поглощенная солнечная энергия, дневная температура поверхности превышает 400 К (вблизи подсолнечной точки). В ночное время реголит сравнительно быстро остывает, и к концу лунной ночи температура поверхности становится несколько меньше 100 К.

В табл. 1 приведены средние тепловые скорости движения частиц соответствующих газов (в скобках указан их атомный или молекулярный вес), рассчитанные для экстремальных значений температуры поверхности Луны (v₁ соответствует 400 К, v₂ – 100 К).

Критическая скорость для Луны v_кр = 2,38 км/с. Поэтому причины крайне низкой дневной концентрации Н и Н₂ очевидны: в первом случае средняя тепловая скорость частиц превышает критическую, во втором – близка к ней.

Представляет особый интерес выяснить характер движения газовых частиц, когда средние тепловые скорости недостаточно велики для того, чтобы происходило интенсивное рассеяние газов в окружающее пространство.

Располагая данными о концентрации частиц вблизи лунной поверхности, можно оценить длину свободного пробега атомов и молекул – расстояние между двумя последовательными столкновениями частиц. Эта величина при указанных выше значениях концентрации в дневное время составит 1,8 ∙ 10⁵ км, в ночное – 8,8 ∙ 10³ км, т. е. ночью длина свободного пробега частиц почти на порядок превышает величину лунного радиуса (1,7 ∙ 10³ км), а днем – более чем на два порядка. Следовательно, столкновения частиц практически не оказывают никакого влияния на траекторию атома или молекулы газа в лунной атмосфере. В таком случае можно рассмотреть идеальное движение единичного атома (или молекулы) в гравитационном поле Луны.

Если скорость теплового движения не превышает критическую, но отличается от круговой (для Луны – 1,68 км/с), частица движется по эллиптической орбите, в одном из фокусов которой находится центр Луны. Величины параметров эллиптических орбит для частиц газовых составляющих лунной атмосферы (эксцентриситет е, большая а и малая b полуоси и фокусное расстояние с), рассчитанные для дневных (T = 400 К) и ночных (T = 100 К) условий в единицах лунного радиуса, приведены в табл. 2.

Из данных табл. 2 следует, что днем атомы водорода свободно диссипируют из лунной атмосферы, а молекулы Н₂ выходят на высокую, близкую к круговой, окололунную орбиту. Ионы гелия также выходят на орбиту, близкую к круговой. Однако, поскольку большая и малая полуоси эллипсовидной орбиты мало отличаются от лунного радиуса, частицы гелия возвращаются на лунную поверхность и начинают новый цикл движения. Орбиты ионов неона и аргона представляют собой более вытянутые эллипсы. На ночной стороне и атомы водорода движутся по эллиптическим орбитам, возвращающим их на лунную поверхность.

Исходя из параметров орбит, можно определить расстояния до поверхности, которые проходит частица от точки начального движения по эллиптической траектории до столкновения с поверхностью. Результаты расчетов этих величин для дневного и ночного времени лунных суток приведены в табл. 3 (S – в единицах лунного радиуса).

Таким образом, проекция на поверхность траектории гипотетической частицы днем в несколько раз больше, чем ночью, т. е. процесс миграции частиц с дневной стороны на ночную протекает более интенсивно, чем в обратном направлении. Эта особенность движения частиц в лунной атмосфере служит качественным объяснением более высокой ночной концентрации частиц легких газов и всплесков содержания в атмосфере ионов аргона во, время восхода и захода Солнца, когда число ионов, пересекающих терминатор со стороны освещенного полушария, значительно превышает число ионов, движущихся в обратном направлении. Большая величина утреннего пика концентрации аргона объясняется еще и освобождением газа, адсорбированного поверхностными породами в течение лунной ночи.

Приведенная модель процессов, происходящих в лунной атмосфере, упрощена, поскольку рассматривает только тепловое движение частиц газа в гравитационном поле Луны. Полностью ионизованная лунная атмосфера должна быть чувствительной также и к межпланетному магнитному полю и его изменениям. Этот фактор, вероятно, несколько усложняет поведение как одной частицы, так и всей газовой оболочки Луны.

Отклонения реальных скоростей движения частиц от средних значений в лунной экзосфере, как и в экзосферах других планет, приводят к диссипации не только легких, но и тяжелых компонентов атмосферы.

В табл. 4 приведены средняя скорость, высота и время диссипации для различных составляющих лунной экзосферы при максимальных значениях температуры (T = 400 К).

Если кроме термической диссипации учесть процесс ускорения ионов межпланетным магнитным полем, время диссипации уменьшится. Как показывают расчеты Р. Ходжеса и др. (США)¹, в этом случае величина t для газов, более легких, чем аргон, практически совпадает с приведенной в табл. 4. Однако для аргона время диссипации сократится до 10⁷ с, т. е. на несколько порядков.

¹ Hodges R. R., Hoffman С. Н., Johnson R. S. – Icarus, 1974, 21, № 4.

Согласно оценкам Е. Л. Рускол (СССР)², максимальная плотность лунной атмосферы в эпоху наиболее активной дегазации лунных недр соответствовала концентрации частиц 10¹⁰ – 10¹¹ см^–3. Если предположить, что этот процесс происходил в период интенсивного лунного вулканизма 4 – 3,5 млрд. лет тому назад, то сейчас концентрация частиц с учетом времени диссипации должна была быть в лучшем случае на 6 – 7 порядков ниже. Следовательно, газовая оболочка Луны – не остатки ранней атмосферы. Только постоянное пополнение из внешних или внутренних источников могло бы сохранить плотность лунной атмосферы на существующем уровне. Наиболее вероятные источники – солнечный ветер и дегазация лунных недр.

² Рускол Е. Л. Происхождение Луны. М.: Наука, 1975.

Пополнение лунной атмосферы водородом, гелием и неоном происходит, по-видимому, из газовых частиц солнечного ветра. Происхождение же лунного аргона может быть двояким. Изотоп ³⁶Ar, как и более легкие газы, приносится солнечным ветром. Но ⁴⁰Ar – несомненно внутрилунного происхождения, он радиогенен и возникает в результате распада ⁴⁰К. В лунную атмосферу ⁴⁰Ar проникает вследствие дегазации твердого вещества Луны.

При существующей разреженности лунной атмосферы даже самые малые метеоритные частицы беспрепятственно достигают поверхности, вызывая ее интенсивную микроэрозию. Микрометеоритная эрозия оказывает влияние на свойства приповерхностного окололунного пространства, в пределах которого находится и лунная атмосфера. Плотность потока микрометеоритов с массой больше 10^–13 г и скоростью падения около 25 км/с, по данным непосредственных измерений на Луне, составляет 2 ∙ 10^–8 см^–2с^–1. Эта величина позволяет предположить наличие вблизи поверхности рассеянного мелкодисперсного вещества, т. е. своеобразной аэрозольной составляющей лунной атмосферы.

Наблюдение избыточных свечений лунного неба подтверждает это предположение. Так, свечение западной части лунного горизонта в течение нескольких часов после захода Солнца позволило сделать вывод

о существовании в зоне терминатора облака пылевых частиц, имеющих диаметр около 10 мкм. Свечение это зарегистрировано на снимках, сделанных телекамерами «Сервейора».

Повышенная концентрация микрочастиц твердого вещества была зарегистрирована также с помощью аппаратуры, установленной на лунной поверхности экипажем «Аполлона-17». Увеличение потока микрочастиц отмечалось в течение 8 лунных суток над местом установки аппаратуры в моменты восхода и захода Солнца.

Скорость регистрации микрочастиц возрастала почти в 100 раз за время от нескольких часов до 40 ч перед восходом и в течение 30 ч после восхода Солнца. Было установлено, что преимущественное перемещение микрочастиц происходит в направлении от Солнца. Предполагаемый механизм подобного горизонтального переноса частиц по поверхности заключается во взаимодействии электростатических зарядов пылинок с электростатическими полями, возникающими на лунной поверхности под влиянием солнечного излучения. Кроме того, постоянный фон избыточной яркости, который обнаружен в видимой и ультрафиолетовой областях спектра во время исследований³, выполненных с помощью «Лунохода-2», предполагает существование над поверхностью Луны пылевого слоя толщиной около 10³ км при размерах частиц 70 мкм и их концентрации около 7 ∙ 10^–10 см^–3. Вычисленная величина плотности аэрозольной составляющей в 10⁴ – 10⁵ раз превышает концентрацию пылевых частиц в межпланетном пространстве.

³ Зверева А. М., Северный А. В., Терез Э. Я. – Космические исследования, 1974 12, вып. 6.

Изучение лунной атмосферы, несмотря на ее крайне малую плотность, представляет большой интерес. В частности, изучение протекающих в ней процессов может дать представление о тонких эффектах взаимодействия планет с окружающим космическим пространством.

Советские радиофизики с помощью автоматических межпланетных станций «Венера-9» и «Венера-10» детально изучили атмосферу и рельеф Венеры и провели исследование околосолнечной плазмы.

Прямое изучение Венеры с помощью космических аппаратов было начато советскими межпланетными станциями «Венера-4, -5, -6, -7 и -8». Спускаемые аппараты этих станций из глубин плотной атмосферы Венеры передали сведения о давлении, температуре и газовом составе атмосферы в пяти районах планеты. Преимущество дистанционных методов состоит в том, что они позволяют исследовать свойства атмосфер и поверхностей планет в планетарном масштабе. Дистанционные методы являются также единственно возможными тогда, когда нельзя направить аппарат в интересующую нас область, например в околосолнечное пространство.

Запуски первых в мире спутников Венеры «Венера-9» и «Венера-10» расширили возможности изучения планеты. Это были долгоживущие аппараты, в течение многих месяцев несущие космическую вахту. Длительная работа большого комплекса приборов, установленных на станциях, позволила детально исследовать Венеру.

Искусственные спутники Венеры провели 3 комплексных радиофизических эксперимента, в основе которых лежит влияние среды на параметры радиоволн. Характеристики радиоволн (амплитуда, частота и др.) точно так же, как характеристики световых волн, находятся в прямой зависимости от того, какую среду эти волны встречают на своем пути – полированную поверхность или грубую, необработанную, зеркало или прозрачное стекло, или «абсолютно черное тело».

Методом радиопросвечивания исследовалась верхняя часть атмосферы Венеры в интервале высот от 40 до 500 км над поверхностью планеты (рис. 8, 9). Метод отражения радиоволн поверхностью планеты принес новые сведения о рельефе и изменении давления у поверхности в зависимости от рельефа. Радиопросвечиванием околосолнечной плазмы удалось измерить скорость истечения плазмы от Солнца и определить характеристики турбулентности околосолнечной плазмы.

Рис. 8. Схема радиопросвечивания атмосферы Венеры

Рис. 9. Электронная концентрация дневной ионосферы Венеры при разных условиях освещения планеты Солнцем (цифры у кривых – зенитный угол Солнца, в град)

Исследования начались в октябре 1975 г., сразу же после того, как «Венера-9» и «Венера-10» стали искусственными спутниками Венеры. Перед заходом станций за планету радиоволны распространялись через ее атмосферу на ночной стороне Венеры, а после выхода из-за планеты происходило радиопросвечивание дневной атмосферы Венеры. Очень важно, что радиопросвечивание удалось осуществить в разных районах планеты – в экваториальных, полярных областях и в средних широтах. При радиопросвечивании исследовались ионосфера и тропосфера (рис. 10). Радиолуч, проходящий через тропосферу, не может проникнуть глубже 35 км над поверхностью планеты. Поэтому метод радиопросвечивания дает сведения об атмосфере в интервале высот от 40 до 500 км.

Рис. 10. Изменение амплитуды радиоволн под влиянием тропосферы и ионосферы

Плотная атмосфера Венеры оказывает сильное влияние на характеристики радиоволн, проходящих через нее. Изменяются частота и амплитуда радиоволн, которые уверенно регистрируются в Центре дальней космической радиосвязи и служат основой для определения параметров атмосферы. Вариации амплитуды и частоты радиоволн при выходе спутника из-за освещенной Солнцем стороны планеты позволили установить распределение давления и температуры по высоте, оценить турбулентность атмосферы и изучить ионосферу планеты. Давление на высоте 40 км оказалось равным 3,5 атм, а на высоте 51 км над поверхностью планеты – 1 атм. Газовая оболочка Венеры толще, чем земная. На высоте 86 км от нее давление составляет тысячную долю атмосферы, а на Земле такое давление соответствует высоте 48,6 км. Температура на дневной и ночной сторонах планеты (рис. 11) для различных высот распределяется так: на высоте 51 км, соответствующей уровню давления у поверхности Земли, температура равна 74° C. При уменьшении высоты температура увеличивается на 9,8° С на каждый километр. Существенно, что нижняя часть атмосферы имеет постоянный тепловой режим – на высотах меньше 55 км температура на дневной и ночной сторонах практически одинакова. Выше 60 км наблюдается значительное расхождение между температурой дневной и ночной сторон планеты. На высоте 70 км температура днем на 15 – 20° С выше, чем ночью.

Рис. 11. Изменение температуры дневной и ночной сторон Венеры в зависимости от высоты над поверхностью планеты

Особенности распределения температуры позволяют понять механизм формирования ветров в атмосфере Венеры. В нижней плотной атмосфере, имеющей постоянную температуру, должно происходить медленное перемещение газа. И действительно, измерения с помощью спускаемых аппаратов показали, что скорость ветра на небольших высотах очень мала. На высоте около 65 км, где есть различия между температурой на дневной и ночной сторонах планеты, должны «дуть» сильные ветры, а они вызывают сильную турбулентность атмосферы. Турбулентность атмосферы в свою очередь приводит к появлению быстрых замираний сигнала. И действительно, анализ замирания сигналов при радиопросвечивании атмосферы подтвердил, что на высотах 56 – 68 км наблюдается повышенная турбулентность.

Атмосфера на высотах, больших 95 км, ионизована. На дневной стороне планеты концентрация электронов сильно зависит от зенитного угла Солнца. Днем при зенитном угле Солнца 14 – 16° ионосферный максимум расположен на высоте 140 км, электронная концентрация равна (4 – 4,5) ∙ 10⁵ см^–3. При больших зенитных углах электронов становится меньше: для зенитных углов Солнца 75 и 83° электронная концентрация в максимуме, соответственно, равна 2,5 ∙ 10⁵ и 1,8 ∙ 10⁵ см^–3. Ионосфера Венеры простирается до высот 400 – 600 км. Примерно на такой высоте происходит резкое уменьшение концентрации электронов, что связано с «выметанием» газа из самой верхней части ионосферы набегающим потоком межпланетной плазмы. Этот поток плазмы обусловлен влиянием Солнца, которое порождает своеобразное явление – солнечный ветер.

Ночная ионосфера Венеры имеет электронную концентрацию, в десятки раз меньшую, чем дневная. Дневная ионосфера Венеры имеет электронную концентрацию, примерно в 3 раза меньшую, чем дневная ионосфера Земли, и занимает по высоте в 3 – 4 раза меньшее пространство, чем земная ионосфера.

Выдающееся достижение космической техники – первые фотографии поверхности Венеры, полученные спускаемыми аппаратами станций «Венера-9» и «Венера-10».

Первые сведения о рельефе Венеры, скрытой под плотным облачным покровом, были получены при ее радиолокации с Земли. Это стало возможным благодаря точным измерениям расстояний до определенных участков поверхности планеты. Исследования, проведенные в СССР под руководством академика В. А. Котельникова, показали, что поверхность планеты имеет сложный рельеф.

Станции «Венера-9» и «Венера-10» исследовали рельеф вблизи видимого лимба планеты. Эти районы трудно изучать радиолокацией с Земли, поэтому рельеф определяли методом отражения радиоволн, излучаемых станцией (рис. 12, 13). По команде с Земли космический аппарат разворачивался так, что направленная антенна облучала радиоволнами поверхность планеты. Отраженные радиоволны принимались на Земле, и по их характеристикам узнавали особенности рельефа. Параметры отраженных радиоволн дают возможность определить, насколько та или иная область выше или ниже сферической поверхности и каков рельеф этой области. Координаты изучаемых областей на поверхности Венеры определяются по траекториям космических аппаратов. Анализ степени неровности рельефа показал, что у равнинной области рельеф сильно сглажен и напоминает лунные моря. Неровный рельеф характерен именно для тех областей, в которых наблюдается изменение высот вдоль исследованной трассы.

Рис. 12. Схема отражения радиоволн поверхностью Венеры

Рис. 13. Рельеф двух районов Венеры протяженностью около 800 км Первый район (а) – гладкий; второй (б) характеризуется неровностями, достигающими в высоту 2 км

Совокупность радиофизических измерений и прямого фотографирования позволили лучше изучить рельеф планеты. Оказалось, что на Венере имеются обширные равнины с сильно сглаженным рельефом и горные образования.

После завершения экспериментов радиопросвечивания атмосферы и исследования рельефа Венеры началось изучение околосолнечной плазмы. В этом эксперименте длина трассы радиосвязи составляла 250 – 260 млн. км. Радиолуч проходил путь Венера – Земля через околосолнечную плазму на разных расстояниях от центра Солнца. В апреле 1976 г., когда начались исследования (рис. 14, 15), угол между центром Солнца и аппаратом был равен 15°, а радиолуч проходил от центра Солнца на расстоянии 40 млн. км. Из-за движения планет этот угол уменьшался, и 16 июня 1976 г. он составлял всего 0,6°. Радиолуч в это время проходил на расстоянии 0,9 млн. км от центра Солнца. Потом аппарат зашел за Солнце, и в июле того же года проводилось зондирование околосолнечной плазмы уже при увеличении расстояния от трассы радиосвязи до Солнца.

Рис. 14. Схема радиозондирования околосолнечной плазмы

Рис. 15. Расширение спектра радиоволн по мере приближения радиолуча к Солнцу

Известно, что солнечный ветер обусловливает многие явления на Земле и других планетах. Поэтому очень важно знать его характеристики. Передатчики станций «Венера-9» и «Венера-10» излучали высокостабильные синусоидальные колебания частотой 928 МГц. Влияние на радиоволны неоднородностей плазмы, увлекаемых солнечным ветром, сказывалось в хаотических колебаниях частоты и амплитуды. Эти колебания привели к расширению полосы энергетического спектра радиоволн. Анализ зарегистрированных явлений позволил определить скорость солнечного ветра и степень турбулентности плазмы. Оказалось, что скорость солнечного ветра увеличивается с ростом расстояния до центра Солнца. При расстоянии 1,6 млн. км она равна 35 км/с, а при 10 млн. км – 150 км/с. Турбулентность же плазмы, наоборот, быстро уменьшается с увеличением расстояния до центра Солнца. При расстояниях, больших 5 млн. км, турбулентность плазмы стабилизируется, а в области 9 – 12 млн. км – даже возрастает. Одновременное измерение скорости солнечного ветра и степени турбулентности плазмы позволяет лучше понять механизм формирования солнечного ветра. Уменьшение степени турбулентности плазмы при увеличении расстояния до центра Солнца должно сопровождаться нагревом плазмы, так как энергия движения вихрей переходит в тепловое движение атомов. Сильный турбулентный нагрев плазмы обусловливает ее расширение. Поэтому скорость солнечного ветра возрастает именно в той области, где убывает неоднородность плазмы.

Первые искусственные спутники Венеры дали обширную информацию о планете. Мы остановились только на радиофизической части этих исследований.

В соответствии с программой исследования космического пространства и планет Солнечной системы 9 сентября 1978 г. в Советском Союзе осуществлен запуск автоматической межпланетной станции «Венера-11».

Основной целью запуска станции является продолжение научных исследований планеты Венера. В процессе полета станции по трассе Земля – Венера планируется проведение исследований характеристик солнечного ветра, космических лучей, ультрафиолетового и рентгеновского излучений в космическом пространстве, а также исследование гамма-излучений с помощью научной аппаратуры, созданной специалистами СССР и Франции в соответствии с советско-французской программой сотрудничества по исследованию космического пространства в мирных целях.

Станция «Венера-11» была выведена на межпланетную траекторию с промежуточной орбиты искусственного спутника Земли. По данным баллистических измерений, параметры траектории полета станции близки к расчетным. Межпланетная станция должна достигнуть окрестностей Венеры в декабре 1978 г.

Бортовые системы и научная аппаратура станции работают нормально. Управление полетом автоматической межпланетной станции «Венера-11» осуществляется из Центра дальней космической связи.

Координационно-вычислительный центр ведет обработку поступающей информации.

В соответствии с программой исследования космического пространства и планет Солнечной системы 14 сентября 1978 г. в Советском Союзе осуществлен запуск автоматической межпланетной станции «Венера-12».

Автоматическая станция «Венера-12» по конструкции и назначению аналогична станции «Венера-11», запуск которой осуществлен 9 сентября 1978 г.

Параметры траекторий движения станций близки к расчетным.

Полет двух автоматических станций «Венера-11» и «Венера-12» позволит получить более полные данные о планете Венера, а также о физических процессах, протекающих в космическом пространстве.

Управление полетом станций «Венера-11» и «Венера-12» осуществляется из Центра дальней космической связи.

Бортовые системы и аппаратура автоматических станций функционируют нормально.

Поступающая с борта информация обрабатывается координационно-вычислительным центром.

Автоматическая станция «Венера-12», как и станция «Венера-11», достигнет окрестности планеты в декабре 1978 г.

Центр дальней космической связи, 25. (ТАСС). Продолжается полет автоматических межпланетных станций «Венера-11» и «Венера-12», стартовавших 9 и 14 сентября.

За истекший период со станциями проведено 39 сеансов радиосвязи, в которых выполнялись измерения параметров траекторий движения, контролировалась работа бортовых систем, передавалась на Землю научная и телеметрическая информация.

В соответствии с программой полета были осуществлены коррекции траекторий движения станций. Проведенные после коррекций измерения показали, что станции «Венера-11» и «Венера-12» продолжают движение по траекториям, близким к расчетным, и достигнут окрестностей планеты Венера 25 и 21 декабря 1978 г. соответственно.

К 25 сентября станции «Венера-11» и «Венера-12» удалились от Земли на 5,5 и 4,1 млн. км.

По данным телеметрической информации, бортовые системы станций функционируют нормально.

Координационно-вычислительный центр ведет обработку поступающей информации.

Центр дальней космической связи, 13. (ТАСС). Продолжается полет автоматических станций «Венера-11» и «Венера-12» к планете Венера. Как уже сообщалось, на межпланетных трассах проводятся комплексные исследования физических процессов, протекающих в космическом пространстве.

Станции «Венера-11» и «Венера-12» продолжают выполнение советско-французской программы по изучению космических гамма-всплесков. Эти исследования начаты ранее автоматической станцией «Прогноз-6» и запущенным в Советском Союзе французским искусственным спутником Земли «Снег-3». Целью этих работ является определение места нахождения и характеристик космических источников вспышек гамма-излучения. В период с 11 по 19 сентября 1978 г. советские и французские приборы, установленные на станциях «Венера-11» и «Венера-12», зарегистрировали несколько всплесков гамма-излучения галактического происхождения.

С помощью спектрометров, установленных на обеих станциях, проводились измерения яркости неба в ультрафиолетовой области спектра.

23 сентября 1978 г. замечена мощная вспышка на Солнце, поток заряженных частиц от которой наблюдался более двух суток. В это же время в межпланетном пространстве зарегистрировано резкое возрастание интенсивности протонов и альфа-частиц солнечного происхождения во всех измеряемых диапазонах энергий.

В ходе полета проводятся комплексные исследования межпланетной плазмы и, в частности, раздельные измерения ионных составляющих солнечного ветра, которые могут дать дополнительную информацию о процессах, происходящих в солнечной короне, и механизме ускорения солнечного ветра.

13 октября станция «Венера-11» находилась на удалении 11,5 млн. км от Земли, а станция «Венера-12» – 10,6 млн. км. Научные исследования на трассах перелета к планете Венера продолжаются. Данные измерений, переданных в сеансах связи с автоматических межпланетных станций, обрабатываются и изучаются.

Центр дальней космической связи, 4. (ТАСС). Продолжается полет автоматических межпланетных станций «Венера-11» и «Венера-12», стартовавших 9 и 14 сентября.

К 4 ноября станции «Венера-11» и «Венера-12» удалились от Земли на расстояние более 20 миллионов километров.

В ходе полета с помощью установленной на станциях аппаратуры регулярно проводятся научные измерения и эксперименты, в том числе продолжается выполнение советско-французской программы по изучению космических гамма-всплесков. Целью исследований является получение информации о природе этого малоизученного явления и местоположении источников всплесков в космическом пространстве. Аппаратура станций «Венера-11» и «Венера-12» зарегистрировала новые вспышки гамма-излучения различных энергий и более двадцати слабых рентгеновских вспышек на Солнце.

Регистрация всплесков гамма-излучения и изучение солнечной активности ведутся также с помощью советско-французской аппаратуры, установленной на борту советской автоматической станции «Прогноз-7». Измерения, проводимые одновременно тремя далеко отстоящими друг от друга космическими аппаратами, позволяют повысить точность определения координат космических гамма-вспышек и вспышек на Солнце.

За истекший период со станциями «Венера-11» и «Венера-12» проведено 63 сеанса радиосвязи, в которых выполнялись измерения параметров траекторий движения, контролировалась работа бортовых систем, передавалась на Землю научная информация.

По данным телеметрической информации, бортовые системы станции функционируют нормально.

Поступающая со станций «Венера-11» и «Венера-12» научная информация обрабатывается и изучается.

Центр дальней космической связи, 24. (ТАСС). Продолжается полет автоматических станций «Венера-11» и «Венера-12» к планете Венера.

За истекший период со станциями проведено 72 сеанса радиосвязи, в которых выполнялись измерения параметров траекторий движения, контролировалась работа бортовых систем, передавалась на Землю научная информация.

В соответствии с программой полета на станциях регулярно проводятся научные эксперименты. Как уже сообщалось, на станциях функционируют советские и французские приборы, регистрирующие космические и солнечные всплески гамма-излучения. В настоящее время проводится предварительная обработка данных научных экспериментов, выполненных на межпланетных трассах. В частности, анализ полученной информации позволил выделить ряд всплесков, одновременно наблюдавшихся на двух космических аппаратах, что с достаточной степенью достоверности подтверждает их галактическое происхождение. Во время этих измерений станции «Венера-11» и «Венера-12» разделяло расстояние около миллиона километров. Такое разнесение аппаратуры позволит с высокой точностью локализовать на небе отмеченные источники гамма-всплесков.

В ходе полета продолжают проводиться комплексные исследования межпланетной плазмы. Раздельные измерения протонной и альфа-компонент солнечного ветра на различных расстояниях от Солнца важны для изучения процессов ускорения межпланетной плазмы. Сопоставление данных экспериментов, полученных на станциях «Венера-11» и «Венера-12», с результатами одновременных измерений аналогичного прибора, установленного на борту высокоапогейного спутника Земли «Прогноз-7», дает дополнительные возможности изучения эффектов распространения солнечного ветра в межпланетном пространстве.

Станции «Венера-11» и «Венера-12» приближаются к цели полета. 24 ноября расстояние, отделявшее их от планеты Венера, составляло для «Венеры-11» – 12,4, а для «Венеры-12» – 11,1 миллиона километров.

По данным телеметрической информации, бортовые системы станции функционируют нормально.

Советской космической наукой и техникой сделан новый шаг в исследовании планеты Венера.

21 декабря 1978 г. межпланетная станция «Венера-12», преодолев за 98 суток полета расстояние более 240 миллионов километров, достигла окрестности планеты. Спускаемый аппарат станции в 6 часов 30 минут московского времени совершил мягкую посадку и в течение 110 минут передавал научную информацию с поверхности планеты. Автоматическая станция «Венера-12» прошла на расстоянии 35 000 километров от планеты Венера и продолжает полет в космическом пространстве.

Как сообщалось, автоматическая станция «Венера-12» была запущена 14 сентября 1978 г. В ходе полета по межпланетной траектории с помощью приборов, установленных на борту автоматической станции, проводились научные исследования физических процессов, протекающих в космическом пространстве. В частности, продолжалось выполнение советско-французской программы по изучению гамма-всплесков солнечного и галактического происхождения. Научная информация и данные о работе систем и аппаратуры станции регулярно передавались на Землю. В соответствии с программой полета, 21 сентября и 14 декабря были осуществлены коррекции траектории движения станции.

19 декабря, за двое суток до входа в атмосферу Венеры, от станции отделился спускаемый аппарат, а станция была переведена на пролетную траекторию, проходящую вблизи планеты.

Спускаемый аппарат вошел в атмосферу Венеры со скоростью 11,2 километра в секунду. После аэродинамического торможения в атмосфере и снижения на парашюте до высоты 40 километров аппарат продолжал спуск с использованием тормозного устройства.

Во время спуска аппарата, с высоты 62 километра до поверхности планеты, с помощью установленных на борту научных приборов проводились эксперименты по тонкому химическому анализу состава атмосферы и облаков, спектральному анализу рассеянного в атмосфере солнечного излучения, изучению электрических разрядов в атмосфере планеты.

После посадки спускаемого аппарата на поверхность Венеры научные измерения были продолжены.

На борту станции «Венера-12» установлен вымпел с барельефом Владимира Ильича Ленина, а на спускаемом аппарате – государственный знак с изображением Герба Союза Советских Социалистических Республик.

Автоматическая станция «Венера-11», запущенная на 5 суток ранее станции «Венера-12», продолжает полет и достигнет окрестности планеты 25 декабря.

Центр дальней космической связи продолжает управление межпланетными станциями «Венера-11» и «Венера-12».

Результаты нового космического эксперимента обрабатываются и анализируются в институтах Академии наук СССР.

В нашей Галактике около 100 млрд. звезд – далеких солнц. Тысяч семь из них можно видеть невооруженным глазом, значительно больше – в телескопы. Вместе с тем астрономам известна единственная планетная система – та, в которой живем мы с вами. Нет сомнений, что планеты должны быть и у значительного числа других звезд, но пока это не подтверждено прямыми наблюдениями. Таким образом, все, чем мы располагаем сегодня для изучения планет, – это наша Солнечная система.

Венера – ближайшая соседка Земли и хотя бы уже потому занимает особое место в советской программе космических исследований. С тех пор, как изучение планет стало проводиться с помощью космических аппаратов, наши знания о ней несравненно выросли. Силами советских ученых и специалистов была создана серия аппаратов «Венера», которые открыли один из наиболее экзотических миров в Солнечной системе.

В своем движении вокруг нашего общего светила Венера каждые 584 дня приходит в положение максимального сближения с Землей, когда планеты разделяет около 40 млн. км. Это немного по астрономическим масштабам. И все-таки еще 12 лет назад о поверхности Венеры мы знали очень мало. Одна из причин – чрезвычайно плотная венерианская атмосфера с постоянным слоем тумана на высоте 49 – 70 км. Еще недавно многие ученые называли Венеру и Землю планетами-близнецами. В самом деле, они близки по своему диаметру и массе. Обе получают от Солнца примерно одинаковое количество энергии: хотя Земля расположена в 1,4 раза дальше от него, но у Венеры отражательные свойства облаков выше. Продолжительность года на Венере также близка к привычному нам значению и составляет 225 суток.

Правда, уже данные радиоастрономии и некоторые расчеты позволяли говорить о необычно высоких температурах у поверхности Утренней звезды. Настолько высоких, что они вызывали недоверие. С развитием межпланетной радиолокации стало ясно, что и вращение планеты вокруг ее оси необычно: длительность одного оборота превышает венерианский год. Солнечные сутки там составляют 118 земных, причем Солнце восходит на западе.

Начиная с 1967 г., когда «Венера-4» впервые совершила плавный спуск в атмосфере и провела прямые измерения состава газовой среды, еще 6 все более сложных посланцев советской науки по радио сообщали сведения об Утренней звезде. И теперь можно достоверно говорить о ряде ее особенностей. Так, атмосфера Венеры составляет 0,0001 часть всей массы планеты (в 100 раз больше, чем у Земли). Не менее 95% атмосферы составляет углекислый газ, есть очень немного водяного пара, угарного газа, а на больших высотах – незначительное количество кислорода. Кроме того, в атмосфере присутствуют пары соляной, плавиковой и серной кислот.

По мере углубления аппаратов в атмосферу показатели температуры и давления росли. У поверхности планеты они составили в среднем 480°С и 93 кг/см². В среднем потому, что поверхность оказалась весьма неровной, с протяженными цепями гор и долинами. Разумеется, при таких условиях на поверхности Венеры нет никаких океанов. Но плотность газа там очень велика, всего в 14 раз ниже плотности воды.

Главную причину высоких температур ученые видят в так называемом «парниковом эффекте», когда плотное «одеяло» атмосферы задерживает отраженное тепловое излучение. В свою очередь, высокое давление связано с разогревом поверхности (рис. 16).

Рис. 16. Схема строения нижних слоев атмосферы по данным, полученным советскими автоматическими межпланетными станциями

Одна из наиболее трудных загадок – сухость атмосферы. Если испарить океаны Земли, то давление водяного пара на уровне бывшего моря составило бы 250 кг/см². А на Венере соответствующая величина ничтожна. Конечно, можно предположить, что протопланетный материал, из которого 4,6 млрд. лет назад сформировалась наша соседка, содержал в 1000 раз меньше воды, чем такой же материал, из которого возникла Земля. Но почему это случилось? Возможно и другое объяснение: Венера теряла своп запасы воды по мере того, как легкий водород улетучивался из ее атмосферы. Но расчеты этого не подтверждают.

В октябре 1975 г. на орбиты первых спутников Утренней звезды вышли автоматические станции «Венера-9 и -10», а их спускаемые аппараты впервые в истории мировой науки передали телевизионное изображение поверхности другой планеты. Камни на крутом склоне горы и плоская равнина со скальными плитами – такой предстал перед нашим взглядом схваченный телекамерой участок. Достаточно было увидеть этот склон, чтобы сделать вывод: горообразование на Венере происходит примерно в тех же масштабах, что и на Земле, тектонически планета активна – подобные глыбы и острые обломки камней не могут быть очень старыми.

В 1975 – 1977 гг. с борта искусственных спутников Венеры выполнялись радиометрические измерения. Выяснилось, что глобальное тепловое излучение планеты исходит от довольно холодного извне облачного слоя. Оказалось, что температура ночной стороны постоянна, ее верхний слой облаков на 8 – 12° теплее, чем с дневной стороны. В целом же ночная сторона излучает на 17% энергии больше, чем дневная. По-видимому, это явление, получившее название тепловой асимметрии Венеры, связано с фотохимическим образованием днем мельчайших капель, из которых состоят облака. Это ослабляет идущие снизу потоки.

Состав венерианских облаков, по имеющимся на сегодняшний день данным, – концентрированная серная кислота с небольшой примесью серы. Это непривычно для нас, но стоит напомнить, что совсем недавно легкие облака из мельчайших частиц серной кислоты были обнаружены и над Землей. Заметим также, что полное количество сернокислотных частиц в облаках Венеры невелико и сравнимо с уровнями промышленного и естественного (вулканические газы) загрязнения нашей атмосферы. Состав облаков Венеры предполагается уточнить в экспериментах будущего.

Как следует из сказанного выше, исследования нашей небесной соседки с помощью космических аппаратов принесли много новых, порой неожиданных сведений. Вместе с тем они поставили перед учеными ряд очередных вопросов, ответ на которые призваны дать новые посланцы Земли. Ведь каждая планета Солнечной системы представляет собой уникальное природное явление с присущими только ему физическими особенностями, дающими в руки астрономам ценнейшие сведения о Вселенной. Одновременно мы лучше понимаем происхождение и историю нашей Земли. Сравнивая две планеты, некоторые специалисты утверждают, что в развитии недр и поверхности Венера ушла дальше Земли. В этом случае, опираясь на сходство диаметров (95% земного), плотности (также 95%), масс (0,815 земной), можно надеяться по Венере предугадать будущее нашей планеты, хотя и очень отдаленное.

Отметим еще один практический вывод, который может дать изучение атмосферы Венеры. Ее более простая динамика, связанная с небольшой скоростью вращения планеты, позволяет относиться к ней как к лаборатории, созданной самой природой для экспериментов таких масштабов, которые искусственно провести просто немыслимо. Собственно, этим целям и служат межпланетные станции «Венера».

В новых космических посланцах главная научная нагрузка приходится на спускаемые аппараты. Вместе с продолжением ряда исследований, начатых на предыдущих «Венерах», таких, как изучение оптических свойств атмосферы и облачного слоя, природы аэрозольных частиц облаков, высотных зависимостей температуры, давления и плотности атмосферы, предусмотрен на «Венере-11 и -12» ряд новых экспериментов. Среди них – анализ малых составляющих атмосферы и определение их изотопного состава, что позволит решить некоторые проблемы эволюции Венеры, изучение электрической активности атмосферы.

Есть у этого эксперимента и еще одна особенность: одновременно с нашими «Венерами» у планеты работают американские аппараты «Пионер–Венера». Можно предполагать, что в дальнейшем многие из исследований на советских и американских аппаратах дополнят друг друга.

Как известно, спускаемый аппарат «Венеры-12» уже передал из атмосферы и с поверхности планеты результаты своих измерений. А 25 декабря окрестностей Утренней звезды достигнет «Венера-11».

Наш корреспондент попросил известного советского планетолога профессора В. Мороза рассказать о наиболее актуальных проблемах исследования Венеры.

– Раньше, до полета автоматических станций, и прежде всего отечественных «Венер», мы почти ничего достоверного не знали об этой планете, и поэтому каждый эксперимент, скажем, измерения давления, профиля температуры, определение состава атмосферы, приносил неожиданные открытия. Атмосфера на Венере оказалась состоящей почти целиком из углекислого газа, давление у поверхности свыше 90 атм., а температура около 500°. Не оправдались предположения о схожести Венеры с Землей. Они были рождены сходством основных характеристик планет, таких, как масса, размер, средняя плотность вещества и т. д. Сейчас период разведки, период первых открытий в сущности закончился и начинается этап планомерного, глобального изучения взаимосвязанных между собой сложных явлений на Венере. Прежде всего мы должны понять законы развития атмосферы и климата, установить, какие начальные условия привели к тому, что в результате эволюции Венера оказалась раскаленной планетой с мощной углекислой атмосферой, столь не похожей «а Землю.

На мой взгляд, главная загадка в этой проблеме – вода. Измерения, проведенные станциями «Венера-9» и «Венера-10», показали, что на высотах от 20 до 40 км в венерианской атмосфере содержание воды составляет десятые доли процента. Есть основания предполагать, что такая концентрация сохраняется вплоть до безводной поверхности. Это означает, что на Венере воды в 10 000 раз меньше, чем на Земле. Почему? Это еще предстоит выяснить. Недостаток воды, вероятно, и обусловил наличие громадного количества углекислого газа на Венере. На нашей планете благодаря взаимодействию с водой углекислый газ превращался в твердые карбонатные породы. На Венере углекислый газ накапливался в атмосфере, играя роль «стекла», порождал парниковый эффект и за счет этого шло разогревание Венеры.

Сейчас наступает эпоха комплексного исследования Венеры различными методами, и мы надеемся, что они позволят решить многие загадки, в том числе и таинственную «нехватку» воды.

– Одна из самых волнующих загадок – состав венерианских облаков: некоторые ученые, например, считают, что они состоят из серной кислоты. Что Вы думаете по этому поводу и в целом о венерианской атмосфере?

– Высказывалось очень много предположений о составе венерианских облаков. До полетов автоматических станций полагали, что они состоят из ледяных кристаллов и именно благодаря этому Венера так ярко сияет в лучах Солнца. Потом выдвигались предположения, что там есть пары ртути, хлористого железа и других соединений. В последнее время стала популярной другая гипотеза, выдвинутая американскими учеными Силлом и Янгом. Они считают, что облака (или по крайней мере их верхний слой) состоят из капелек концентрированного раствора серной кислоты. По наземным наблюдениям, оптические свойства венерианских облаков хорошо согласуются с этой гипотезой. А окончательный приговор вынесут приборы, которые определят состав малых примесей в атмосфере Венеры.

По последним измерениям, проведенным с орбиты спутников советскими автоматическими станциями «Венера-9» и «Венера-10», верхняя граница облаков в дневное время составляет примерно 68 – 70 км. Нижняя граница, по данным посадочных аппаратов и некоторым другим измерениям, находится на высоте 50 км.

Атмосфера на Венере плотная. Так, на высоте 50 км давление составляет 1,5 атм, больше, чем на «дне» нашей земной атмосферы. Мощная венерианская атмосфера мешает земным телескопам увидеть венерианскую поверхность, и было вообще не ясно, проникает ли солнечный свет вниз. Эксперимент по измерению освещенности, проведенный в 1972 г. с помощью спускаемого аппарата станции «Венера-8», показал, что некоторая доля солнечного света достигает «дна» венерианской атмосферы. По данным посадочных аппаратов «Венеры-9» и «Венеры-10», освещенность па поверхности Венеры оказалась около 10 000 лк. Подобные условия на Земле соответствуют средним широтам в полдень, когда небо закрыто облаками. Света оказалось вполне достаточно для съемки места посадки и передачи панорам на Землю.

Исследования Венеры в ультрафиолетовом свете позволили установить, что некоторые образования в ее атмосфере совершают полный оборот за 4 сут, в то время как сама планета обращается вокруг своей оси за 243 сут. Не исключено, что венерианская атмосфера вращается вокруг планеты в ту же сторону, что и Венера, но гораздо быстрее. Факт удивительный. Видимо это связано с тем, что атмосфера Венеры – своеобразная тепловая машина: ведь в верхних слоях облаков температура минус 40°С, а на поверхности около 500. Как работает эта машина, пока не очень понятно.

– Как в свете современных знаний выглядит поверхность Венеры? Что известно о составе слагающих ее пород?

– Первые панорамы венерианской поверхности были переданы, как известно, советскими автоматическими станциями «Венера-9» и «Венера-10». Взору людей открылась каменистая безжизненная пустыня. Для исследователей удивительной была остроугольная форма некоторых камней. Ведь при громадном давлении у поверхности венерианские ветры (а одна из наших станций зарегистрировала в месте посадки скорость ветра около 1 м/с, что при тамошней плотности атмосферы соответствует нашему сильнейшему урагану) должны были бы сгладить поверхность, словно могучий «утюг». Значит, на Венере идут активные геологические процессы. Не исключено, что мы там еще обнаружим вулканическую активность.

Радиолокация Венеры показывает, что в обследованных областях нет больших перепадов высот – крупных горных районов или впадин. В то же время там обнаружены старые, сильно разрушенные кратеры глубиной в несколько сот метров и диаметром в несколько сот километров. Они аналогичны древним лунным или марсианским кратерам. Это означает, что атмосферная эрозия действует там медленнее, чем на Земле, видимо, из-за сухости атмосферы.

Данные по естественной радиоактивности пород, слагающих поверхность Венеры, свидетельствуют о том, что это скорее всего базальты. Но здесь нужны более детальные измерения состава пород. В целом пока о составе венерианского грунта мы знаем мало и еще меньше о недрах планеты.

– Несколько лет назад известный американский астроном К. Саган предложил «засеять» атмосферу Венеры микроорганизмами типа водорослей, которые могли бы съедать углекислый газ, а взамен выделять кислород и тем самым постепенно сделали бы эту планету пригодной для жизни. Как Вы оцениваете этот проект?

– На мой взгляд, проекты такого рода в будущем вполне осуществимы. Можно представить себе и другие варианты перестройки атмосферы Венеры в нужном для нас направлении. Пока надо всесторонне изучить Венеру. Ведь, скажем, даже такой проект, как поворот сибирских рек в Среднюю Азию на хорошо известной нам планете представляется нам весьма смелым. И, прежде чем он будет реализован, десятки институтов должны провести тщательные исследования, взвесить все «за» и «против», оценить возможные отдаленные последствия. Перестройка атмосферы целой планеты дело куда серьезнее. Но я уверен, что когда у человечества появится жизненная необходимость в преобразовании природы других планет, то это будет осуществлено.

25 декабря 1978 г. автоматическая межпланетная станция «Венера-11» достигла окрестности планеты Венера. Спускаемый аппарат автоматической станции в 6 часов 24 минуты московского времени совершил мягкую посадку на поверхность планеты на расстоянии около 800 км от места посадки спускаемого аппарата станции «Венера-12».

Основной задачей комплексного эксперимента, проводимого с помощью межпланетных станций «Венера-11» и «Венера-12», является продолжение сравнительного изучения характеристик планеты Венера в ее различных районах, начатое предыдущими автоматическими станциями.

Как сообщалось, автоматическая станция «Венера-11», аналогичная по конструкции и назначению станции «Венера-12», была выведена на межпланетную траекторию 9 сентября 1978 г.

В ходе полета по межпланетной трассе с автоматической станцией «Венера-11» регулярно проводились сеансы радиосвязи, во время которых осуществлялось управление станцией, контролировалось состояние бортовых систем, измерялись параметры траектории движения, проводились научные исследования физических процессов, протекающих в космическом пространстве. Научная информация и данные о работе систем и аппаратуры станции регулярно передавались на Землю. 16 сентября и 17 декабря были проведены коррекции траектории движения станции.

23 декабря от станции отделился спускаемый аппарат с научной аппаратурой на борту, а станция «Венера-11» была переведена на пролетную траекторию, проходящую па расстоянии 35 000 км от поверхности планеты.

Во время спуска аппарата и на поверхности планеты проводились комплексные исследования по программе, аналогичной программе исследований спускаемого аппарата станции «Венера-12».

Научно-технические эксперименты и исследования на поверхности Венеры проводились при температуре окружающей среды 446 градусов Цельсия и давлении 88 атмосфер в течение 95 минут.

Информация со спускаемого аппарата принималась автоматической межпланетной станцией «Венера-11», пролетавшей вблизи планеты, и ретранслировалась станцией на Землю. После ухода из зоны радиовидимости и завершения приема информации со спускаемого аппарата «Венера-11» продолжает движение по гелиоцентрической орбите.

На борту автоматической станции «Венера-11» установлен вымпел с барельефом Владимира Ильича Ленина. На спускаемом аппарате установлен государственный знак с изображением Герба Союза Советских Социалистических Республик.

В ходе дальнейшего полета двух автоматических межпланетных станций «Венера-11» и «Венера-12» планируется продолжение научных измерений и исследований, начатых на межпланетной трассе Земля – Венера.

Большой объем научной информации, полученной автоматическими станциями «Венера-11» и «Венера-12», обрабатывается и изучается в институтах Академии наук СССР.

Результаты полета двух советских межпланетных станций, осуществивших практически одновременные научные измерения в атмосфере и на поверхности Венеры в разных районах, существенно расширят знания о природе планеты, явятся достойным вкладом в науку о Вселенной.

Изучение химического состава атмосфер планет Солнечной системы – одна из важных научных задач в космических исследованиях. Газовая оболочка формируется в результате многих физико-химических процессов, происходящих как в самой атмосфере, так и в твердом веществе планеты. Еще сравнительно недавно предполагалось, что Земля и Венера, столь схожие между собой по массе, имеют приблизительно одинаковые по своему химическому составу атмосферы. Однако благодаря экспериментам, проведенным на советской автоматической станции «Венера-4», стало ясно, что основу газовой оболочки Венеры составляет углекислый газ. Именно он (вместе с незначительными примесями паров воды) и создает так называемый парниковый эффект, в результате действия которого температура нижних слоев атмосферы и поверхности Венеры поднимается почти до 500°С.

Сегодня мы знаем также, что в атмосфере Венеры есть азот, незначительные количества окиси углерода – угарного газа, а также такие неожиданные соединения, как хлористый и фтористый водород, которые содержатся в земных вулканических газах.

В принципе в атмосфере Венеры можно ожидать присутствия многих соединений. Поверхность ее нагрета до высокой температуры, что способствует как улетучиванию многих компонентов из твердой оболочки планеты (например, серы), так и более интенсивному протеканию ряда химических реакций.

Поэтому для более детального анализа химии атмосферы на борту советских автоматических станций «Венера-11» и «Венера-12» была установлена специальная аппаратура, в частности малогабаритный газовый хроматограф «Сигма». Программа эксперимента, разработка и изготовление прибора были осуществлены институтом ВНИИКАнефтегаз Министерства приборостроения, средств автоматизации и систем управления совместно с Институтом космических исследований АН СССР.

Принцип действия хроматографа основан на разделении забранной из атмосферы Венеры газовой пробы на отдельные составляющие с последующим определением концентрации каждого компонента смеси.

Главная особенность прибора – использование специального детектора, в котором анализируемая примесь ионизируется атомами благородных газов (гелия или неона). Нужно было обеспечить не только высокую чувствительность (около 10^–5 объемных процентов), но и надежную защиту прибора от загрязнений как на Земле, так и при перелете по трассе Земля Венера.

Необычность и сложность этой задачи легко можно продемонстрировать на следующем примере. Обычные хроматографы такого типа после нескольких месяцев бездействия выходят на рабочий режим за 1 – 2 недели. «Сигме» же для этого было отведено несколько десятков минут. Этого удалось достичь с помощью специально разработанных методов защиты.

Разработчикам хроматографа пришлось преодолеть и много других трудностей. Достаточно сказать, что обычные газовые хроматографы весят более центнера, а вес «Сигмы» около 10 кг. При этом надо учесть, что она имеет несколько независимых измерительных каналов, это как бы несколько хроматографов.

Особое внимание уделялось обеспечению надежности анализа. Необходимо было иметь абсолютную уверенность, что в пробы атмосферы Венеры не попали «земные» вещества из отсека спускаемого аппарата или с его поверхности. Поэтому хроматограф автоматически выполнял «холостой» анализ, проверял свою работоспособность и осуществлял калибровку с помощью контрольной газовой смеси.

Вся информация вместе с результатами анализов атмосферы Венеры поступала на Землю. Одновременно результаты части анализов записывались в блок памяти хроматографа и затем многократно передавались на Землю.

Такой газовый хроматограф в космическом исполнении был создан впервые в мире.

С помощью «Сигмы» удалось провести на участках спуска 9 анализов проб из атмосферы Венеры.

Космический эксперимент подтвердил прежние данные об основных компонентах атмосферы Венеры – углекислоте и азоте. Кроме того, обнаружен аргон, что исключительно важно для понимания эволюции этой планеты. Предварительные оценки содержания аргона дают значения его концентрации порядка 0,01%. Впервые хроматографическим методом обнаружен в атмосфере угарный газ – окись углерода. На основании проведенных анализов можно сделать предварительный вывод о присутствии в атмосфере Венеры и сернистых соединений.

Точный количественный анализ полученной информации, который будет проведен в ближайшее время, внесет новый вклад в наши знания о планетах Солнечной системы.

Последний месяц прошлого года был ознаменован крупными событиями в изучении космического пространства и планет Солнечной системы. В начале декабря в атмосфере Венеры опустились американские космические аппараты, а в конце декабря осуществили мягкую посадку на поверхность планеты советские посланцы – спускаемые аппараты станций «Венера-11» и «Венера-12».

Предшествующие полеты к Утренней звезде десяти советских станций позволили получить о ближайшей к нам планете огромное количество сведений. Приоткрыв завесу тайны над вечно скрытой облачным слоем Венерой, они одновременно задали нам новые загадки, поставили новые вопросы и проблемы. За их разрешением и был направлен очередной научный десант.

Почему же Венера привлекает к себе столь пристальное внимание ученых? Дело в том, что это – единственная в Солнечной системе планета, близка к Земле по своим размерам, массе, плотности и ряду других характеристик. А по мнению многих ученых, продолжительность магматической деятельности на небесных телах земного типа и, следовательно, степень дифференциации первичного вещества в значительной степени зависят от их размеров.

Например, на маленькой Луне вулканическая жизнь продолжалась всего 1,5 млрд. лет и около 3 млрд. лет назад прекратилась. На Земле, как известно, она продолжается и в наше время, хотя, конечно, ее интенсивность значительно сократилась. Поэтому близость размеров и масс Земли и Венеры позволяет думать, что внутреннее строение Венеры и история ее развития как планетного тела должны в принципе походить на земные.

Можно предполагать, что обе планеты имеют оболочечное внутреннее строение. Формирование земной коры в процессе выплавления из мантии базальтоидных пород, как это было показано академиком А. П. Виноградовым, сопровождалось дегазацией недр нашей планеты и возникновением благодаря этому гидросферы и атмосферы. Магматические процессы на Венере также должны сопровождаться дегазацией недр. Но здесь уже начинаются и различия.

На Земле, как известно, атмосфера состоит главным образом из азота и кислорода с ничтожно малой примесью углекислого газа, а гидросфера – в основном из хлоридов и сульфатов натрия и магния. Но так было не всегда. Первичная атмосфера нашей планеты, по-видимому, состояла из углекислоты, которая в результате реакций с земной корой и гидросферой перешла в связанное состояние. И около 3,5 млрд. лет назад наша атмосфера, вероятно, стала углеводородной, в основном метановой, затем азотной и лишь примерно 600 млн. лет назад уже с помощью фотосинтеза начала приобретать современный состав. Единственными компонентами, сохранившимися в земной атмосфере с момента ее зарождения, остались инертные газы: ксенон, криптон и некоторые изотопы аргона.

Состав вод Мирового океана тоже претерпел заметные изменения. Вначале это был скорее всего слабый раствор соляной и серной кислот. Взаимодействие вод океана с земной корой вызвало нейтрализацию этого раствора, а затем установилось химическое равновесие, обусловившее слабощелочной характер и относительное постоянство содержания главных компонентов.

Соседство в Солнечной системе и ряд других данных позволяют предположить, что первичный состав Земли и Венеры вряд ли существенно различался. Нет никаких оснований говорить о принципиальной разнице в формировании па них коры (литосферы) путем выплавления и дегазации недр, хотя развитие этого процесса во времени на Венере, видимо, имело характерные отличия.

Как теперь известно, одна из главных особенностей Венеры – ее чрезвычайно медленное вращение вокруг своей оси: солнечные сутки на Венере составляют 118 земных. Если же исходить из представления, что начальные периоды вращения всех планет близки между собой и составляли всего 5 – 8 ч, то для торможения вращения Венеры нужны были очень сильные внешние воздействия. Среди гипотез, объясняющих это явление, сейчас все более заметное место приобретает наиболее, пожалуй, экзотическая из них.

По этой гипотезе вращение Венеры затормозил некогда существовавший у нее естественный спутник, который по диаметру был чуть меньше ее радиуса, а по массе – около 7% массы планеты. Всем этим параметрам отвечает Меркурий. В 1976 г. американские ученые Ван-Фландрен и Хэррингтон решили проверить эту гипотезу. С помощью ЭВМ была вычислена эволюция орбиты Меркурия как спутника Венеры. Модельный эксперимент показал, что «убегание» Меркурия с орбиты спутника было неизбежно.

Если эта гипотеза подтвердится, то термическая, а следовательно, и геологическая история Венеры и Меркурия получат совершенно новое освещение. Их взаимодействие должно было вызывать появление сильных приливных сил, сопровождаться выделением огромной энергии, разогревом и ускоренной дифференциацией и дегазацией первичного вещества планеты на самых ранних этапах ее существования.

Было ли подобное различие в термической истории Земли и Венеры, можно проверить, если мы будем знать соотношение в венерианской атмосфере 36-го и 40-го изотопов аргона, которое в этом случае должно быть существенно выше, чем в земной атмосфере. О степени же дегазации первичного вещества Венеры, об интенсивности формирования ее литосферы можно судить по содержанию в атмосфере инертных газов, прежде всего ксенона и криптона. Отсюда и вытекают те научные задачи, решение которых было возложено на станции «Венера-11» и «Венера-12»: определить в атмосфере Утренней звезды содержание и изотопный состав инертных газов. По предварительным данным сотрудников Института космических исследований АН СССР, соотношение указанных изотопов аргона в атмосфере Венеры действительно оказалось значительно выше, чем на Земле.

Как уже отмечалось, первичный состав и характер формирования литосфер Земли и Венеры должен быть близок. Значит, должен быть схожим и процесс дегазации их недр. На Земле вулканические газы, которые сформировали атмосферу и гидросферу, в основном состоят из паров воды, углекислого и сернистого газов, хлора с примесью метана и аммиака. Где же эти компоненты на Венере? Гидросферы там нет, да и быть не может из-за слишком большой температуры ее поверхноности (470 – 480°С). Остается предположить, что они находятся в атмосфере Венеры. Мы теперь знаем, что она примерно на 95% состоит из углекислоты. Мы также знаем, что дымка, располагающаяся выше основного облачного слоя, состоит из паров серной кислоты с примесью соляной и плавиковой кислот. Но мы до сих пор не знаем, из чего состоит мощный основной облачный слой.

Отсюда вторая задача, поставленная перед станциями: определить состав аэрозолей основного облачного слоя. Полученные в результате этого эксперимента данные оказались во многом неожиданными и сейчас тщательно анализируются и проверяются. Дело в том, что приборы зафиксировали не серу, как предполагалось, а хлор. Это, конечно, не исключает возможности присутствия в облачном слое и соединений серы, но для установления их соотношения и форм необходимы дополнительные лабораторные эксперименты.

Термодинамические расчеты моделей атмосферы Венеры и ее взаимодействия с литосферой позволяют оценить содержание там других, кроме углекислоты, компонентов, а также предполагать возможность существенного выведения из атмосферы и связывания литосферой воды, серы и хлора. Но для того, чтобы эти расчеты были достаточно надежны, необходимо экспериментально установить содержание в атмосфере паров воды и малых газовых составляющих, а также определить соотношение в ней угарного и углекислого газов. Именно это и стало третьей научной задачей станций. Теперь мы получили более определенное представление о количестве в атмосфере Венеры малых газовых компонентов и ее окислительно-восстановительных свойствах.

Таким образом, проведено целенаправленное пополнение недостающих сведений об атмосфере Венеры, которая, как в зеркале, отражает весь процесс эволюции планеты. Это позволяет сделать важный шаг к пониманию истории и эволюции ближайшей к Земле планеты.

Аргон в атмосфере планеты загадок... «Таинственные» разряды в далеком поднебесье... Эти и другие важные для планетологии сведения получены в результате смелого десанта советских автоматических станций «Венера-11» и «Венера-12», которые преодолели трассу в десятки миллионов километров и заглянули под извечную вуаль Утренней звезды, плавно опустившись в самое пекло на ее поверхность.

О первых итогах уникального эксперимента, новых приборах, установленных на межпланетных станциях, по просьбе корреспондента «Советской России Б. Герасимова рассказывает лауреат Ленинской премии, доктор физико-математических наук, заведующий лабораторией Института космических исследований АН СССР В. Г. Истомин.

– Изучая, в частности, атмосферу Венеры, считают не без оснований ученые, можно на примере ее развития обогатить наши знания и о самой Земле. Тем более, что у обеих планет много схожего: мало отличаются они друг от друга по массе, размерам, да и от Солнца находятся примерно на одинаковом расстоянии. Но вот по другим показателям Земля и Венера имеют весьма существенные различия. Особенно разительной выглядит атмосфера Утренней звезды: температура газов около поверхности порядка 500°, да и давление составляет десятки земных атмосфер.

Чем вызвано подобное негостеприимство, какие компоненты, кроме уже известных, включает в себя раскаленная далекая атмосфера? Именно для ее более детального изучения и были созданы оригинальные приборы, которые справили новоселье на борту советских космических лабораторий «Венера-11» и «Венера-12». В числе их и масс-спектрометр. Его сконструировали и снарядили в полет специалисты Научно-технического объединения АН СССР, Института космических исследований и Сумского завода электронных микроскопов. Характерный штрих: степень новизны прибора, его оригинальность подкреплены пятью авторскими свидетельствами. Среди разработчиков хотелось бы отметить молодого ученого К. Гречнева, предложившего новую методику измерения.

В принципе масс-спектрометр – это целая аналитическая лаборатория, только в миниатюре. Причем, сверхточная. На миллион однородных частичек заметит одну «постороннюю» – ту, которая может представить для науки наибольший интерес. Прибор автоматически, по программе забирает микропорцию газа из исследуемой атмосферы, затем электронная мини-пушка обстреливает в рабочей камере его компоненты. Образовавшиеся же при этом ионы взвешиваются в высокочастотных электрических полях. А определив этот вес, ученые узнают, какое место тот или иной элемент занимает в периодической таблице Менделеева.

Вот какое устройство отправилось в путешествие к планете загадок. Естественно, еще задолго до старта десятки раз пересматривали его конструкцию, неизменно стремясь уменьшить габариты и вес. Не забывали и про непременное требование «сверхвысокой» надежности: прибору предстояло окунуться на три с лишним месяца (на время перелета) в состояние анабиоза, но затем при встрече с Венерой проснуться и по первой же команде с «места в карьер» включиться в работу. Впрочем, такая же участь, те же неумолимые космические лимиты на вес, габариты, точность измерений, надежность были предъявлены ко всей аппаратуре, которой доверили представлять земную науку по программе «Венера». Из числа многих претендентов это почетное право завоевали новый сканирующий спектрофотометр, необычный «грозоотметчик», некоторые другие уникальные приборы.

Одна за другой, с интервалом менее недели стартовали с советского космодрома две межпланетные станции. В прессе уже сообщалось об основных этапах сложного звездного марафона. Естественно, наибольший интерес представил финиш автоматических дозорных науки, когда они ворвались в раскаленное пекло Венеры, передавая в Центр дальней космической связи бесценную информацию.

Сейчас уже расшифрованы те принятые с Утренней звезды знаменитые радиограммы. Впечатляет их высокая информативность, содержащая массу новых сведений. Закрытая от любопытных взоров, планета на этот раз была вынуждена поделиться многими своими секретами. Вот некоторые, к примеру, данные по ее атмосфере, полученные с помощью «всевидящих» масс-спектрометров. Приборы показали, что азота там содержится несколько процентов. Почему его так много – очередная загадка для науки. Кроме того, есть основания предполагать наличие в атмосфере хлора и серы. Среди взятых «на контроль» элементов зафиксированы также неон и криптон.

Но, пожалуй, наибольшую сенсацию вызвало открытие на Венере «аргоновой аномалии». В «поле зрения» обоих масс-спектрометров, – а это лишний раз подтверждает высокую достоверность измерений, – оказалось целое «семейство» изотопов аргона (36-го, 38-го и 40-го). Причем совершенно в иной, чем на Земле, пропорции. Разница составляет чуть ли не 300 раз. А как мы знаем, аргон – очень важный хранитель истории, он своего рода визитная карточка многих уже ушедших со сцены ее событий. Не вдаваясь в подробности, можно отметить, что в свете этих новых, только что полученных сведений еще большие права гражданства обретают новые гипотезы, объясняющие механизм зарождения далекой атмосферы. Например, та, которая допускает, что на ранней стадии Венера захватила, сохранив их в малоизмененном виде, из протопланетных сгустков материи гораздо больше газов, чем наша Земля. Так ли это? Истину позволят найти дальнейшие исследования планет Солнечной системы.

В познании истины важны все собираемые по крупинкам цифры и факты. Одни сведения удачно дополняют другие, заставляют задуматься исследователя, решить, так ли уж незыблемы наши прежние представления, гипотезы, даже теории. Особенно это актуально для космогонии. Еще недавно писатели и поэты, да, впрочем, и ученые видели в Венере самую родную сестру Земли, наделяли ее различными формами высокоорганизованной жизни.

А сегодня благодаря триумфу космонавтики мы совсем по-иному смотрим на Утреннюю звезду. Однако тем не менее она по-прежнему остается для нас, землян, планетой загадок, хотя наука позволила уже ответить на многие из поставленных вопросов.

Немало важной информации пришло на Землю и от других приборов, так же славно поработавших на межпланетных станциях «Венера-11» и «Венера-12». Только представьте: аппараты зафиксировали необычные электрические разряды. И это в иссушенном пеклом небе, где дожди-то немыслимы. Тем не менее такой феномен обнаружен, и наука ищет ему закономерное объяснение.

Предварительные научные итоги декабрьского десанта на Венеру спускаемых аппаратов двух советских автоматических станций обсуждены на заседании президиума Академии наук СССР. С сообщением выступил директор Института космических исследований академик Р. З. Сагдеев. В беседе с корреспондентом ТАСС Н. Железновым он назвал завершившуюся в декабре экспедицию весомым вкладом в планетологию, в уточнение модели атмосферы Венеры, прояснение механизма физических и химических процессов, происходящих на планете.

– Чем отличалась прошедшая экспедиция от предыдущих полетов к Венере?

– Конечно, сценарий полета базировался на тех решениях, которые уже не раз проверены при полетах к Венере и посадках на ее поверхность. Главное новое качество экспедиций на «Венере-11» и «Венере-12» состоит в том, что на последних аппаратах впервые была поставлена задача провести тонкий химический анализ структуры венерианской атмосферы. Основные компоненты (углекислый газ и азот), составляющие окружающую планету газовую оболочку, были известны по предыдущим полетам. Однако, как считают планетологи, для понимания химической истории Солнечной системы, для познания эволюции планет, в том числе и Земли, существенную роль могут сыграть точные знания о наличии малых составляющих в атмосфере, и в особенности, инертных газов. На долю этих «невидимок» приходится в атмосфере Венеры в общей сложности около 1%, и отсюда понятно, какую ювелирную работу поручили специалисты различным приборам, установленным на борту спускаемых аппаратов. По существу, им была дана задача найти одну единственную молекулу в миллионе других.

– Что это были за приборы?

– Некоторые научные приборы, установленные на борту каждой «Венеры», впервые работали в атмосфере планеты. Таким образом, мы вправе считать, что главной целью прошедшего десанта была экспериментальная проверка в реальных и довольно жестких условиях новых научных устройств. Однако все приборы не только выдержали суровые испытания (температуру до 500° и давление до 100 атм), но и с исключительной точностью передали на Землю, через десятки миллионов километров, всю богатую гамму результатов, которые мы рассчитывали получить. Назову лишь некоторые устройства: масс-спектрометр, газовый хроматограф, спектрофотометр.

Не могу передать словами всю радость моих коллег по институту, когда буквально через 2 часа после первой и второй посадки мы получили, например, предварительно расшифрованные данные с масс-спектрометров. Этот прибор забирал по ходу спуска на планету 12 микропроб атмосферы, и из каждой пробы «строил» до 10 спектрограмм. Мы взглянули на первую из них и увидели, что количество углекислого газа и азота соответствует ранее полученным данным. Это означало, что нашим новым приборам можно верить и что их «доклады» о самых компонентах атмосферы, достигающих долей процента, точны.

– Какие данные были для Вас самыми неожиданными?

– Масс-спектрометр показал присутствие в атмосфере трех изотопов аргона. Соотношение аргона-40, являющегося продуктом радиоактивного распада калия, происходившего уже после образования планеты, к аргону-36, т. е. первородному газу, которое и на Земле, и на Венере, согласно гипотезе о родстве этих планет, должно быть одинаковым, оказалось на Венере в несколько десятков раз отличным от земного. Венерианская атмосфера обогащена изотопами аргона-36 и -38. Отсюда напрашивается вывод, что тепловая история Венеры развивалась иначе, чем на Земле. Видимо, процесс «отжига газа» в атмосферу из твердой или жидкой оболочки развивался на Венере не по земному образцу. Это, кстати, неплохо согласуется с такой, на первый взгляд, невероятной картиной, как наличие лишь ничтожного количества водяных паров в атмосфере. Где же на Венере вода? Не исключено, что молекулы ее находятся в породах Венеры в связанном состоянии. Такое допущение ставит довольно интересную задачу – исследовать, нет ли на планете каких-либо соединений, характеризующих водосодержащие породы.

Любопытные данные получены о распределении аэрозолей в атмосфере Венеры. Самый мощный их слой расположен, как показали спектрограммы, на высоте 60 – 40 км. Затем, по мере приближения к поверхности, рассеяние света и энергии происходит по уже известным законам. Прибор «Гроза», которому было поручено вести репортаж об электрической активности атмосферы, зарегистрировал несколько сильных всплесков.

Советские межпланетные автоматические станции «Венера-11» и «Венера-12». В. Л. Барсуков, В. Г. Золотухин, В. М. Ковтуненко, Р. З. Сагдеев.

Советские межпланетные автоматические станции «Венера-11» и «Венера-12» в конструктивном отношении близки к «Венере-10», однако они были оснащены совершенно иным приборным комплексом. Эксперименты, проведенные во время спуска станций в атмосфере Венеры, были нацелены на исследование трех основных проблем: а) тонкий химический анализ атмосферных газов; б) природа облаков; в) тепловой баланс атмосферы. Ниже перечислены приборы, предназначенные для исследования атмосферы, и в скобках отмечено, для каких проблем существенна полученная с их помощью информация:

1. Масс-спектрометр (а, б).

2. Разовый хроматограф (а, б).

3. Оптический спектрометр и фотометр (а, б, в).

4. Нефелометр (б).

5. Рентгеновский флюоресцентный спектрометр (б).

6. Прибор для измерения электрической активности атмосферы (б, в).

Кроме того, проводились измерения температуры, давления и аэродинамических перегрузок. Все эксперименты проведены успешно. Ниже следуют первые сообщения об их результатах. Даты запуска, посадки, координаты точек посадки, зенитное расстояние Солнца в точках посадки, а также температура и давление у поверхности таковы:

Пролетные аппараты межпланетных автоматических станций «Венера-11» и «Венера-12» после отделения спускаемых аппаратов прошли над планетой на высоте около 34 000 км. Они обеспечили ретрансляцию информации со спускаемых аппаратов, а также несли комплекс научных приборов, предназначенных для исследований верхней атмосферы Венеры (УФ-спектрометр, см. ниже сообщение о результатах), солнечного ветра, космических источников гамма-излучения. В процессе подготовки и испытаний комплекса научной аппаратуры была создана система экспресс-обработки научной информации, позволившая оперативно обрабатывать данные с пролетных и спускаемых аппаратов.

Измерения химического и изотопного состава атмосферы при помощи масс-спектрометра. В. Р. Истомин, К. В. Гречнев, В. А. Кочнев, В. А. Павленко, Л. Н. Озеров, В. Г. Климовицкий.

На спускаемых аппаратах «Венера-11» и «Венера-12» проводились масс-спектрометрические измерения состава атмосферы. В обоих экспериментах масс-спектрометры были включены на высоте ~24 км и работали вплоть до посадки аппаратов. Сопоставление масс-спектров с двух аппаратов показывает полное тождество полученных результатов. Основные характеристики использованных масс-спектрометров таковы, что диапазон от 11 до 105 а. е. м. развертывается за 7 с, при этом разрешение на уровне 0,1 пика составляет ~35; время отбора пробы газа менее 5 ∙ 10^–3 с, частота отбора – один раз в 3 мин. Всего было взято 22 пробы и передано на Землю около 200 масс-спектров.

В результате измерений установлено, что наряду с основной составляющей – СO₂ в атмосфере Венеры имеется значительное количество азота (около 5 об. %). Масс-спектрометр обнаружил также (как малую составляющую) водяной пар (избыток в пиках 17 и 18 а. е. м.); имеются указания на присутствие в сравнимых количествах хлора (при 35 а. е. м.), серы (избыток в пике 32 а. е. м.) и, возможно, соединений, содержащих хлор и серу.

Изотопный состав углерода, измеренный по отношениям пиков 13 и 12 а. е. м. с погрешностью около 10% соответствует земному (¹³С/¹²С ≈ 1,1 ∙ 10^–2).

Масс-спектрометр зарегистрировал также изотопы аргона (36, 38 и 40 а. е. м.), неона (20 а. е. м.) и криптона (84 а. е. м.). Суммарное содержание всех изотопов аргона – около 10^–2%, содержание неона-20 – около 10^–3%, а криптона-84 – 5 ∙ 10^–4%.

Изотопный состав аргона атмосферы Венеры обнаруживает сильную аномалию по сравнению с изотопным составом аргона атмосферы Земли: обилие «вторичного» (радиогенного) изотопа ⁴⁰Ar в атмосфере Венеры равно суммарному обилию «первичных» изотопов ³⁶Ar и ³⁸Ar. Относительно обилия обоих «первичных» изотопов аргона в атмосфере Венеры, напротив, хорошо соответствуют таковым для изотопов аргона земной атмосферы (³⁶Ar/³⁸Ar ≈ 5).

Анализ химического состава атмосферы Венеры газово-хроматографическим методом. Б. Г. Гельман, В. Г. Золотухин, Б. В. Казаков, Н. И. Ламонов, А. И. Липатов, Б. В. Левчук, Л. М. Мухин, Д. Ф. Ненароков, Б. П. Охотников, А. В. Синельников, В. А. Ротин, В. Н. Хохлов.

Для химического анализа атмосферы Венеры на борту советских автоматических станций «Венера-11» и «Венера-12» был установлен малогабаритный газовый хроматограф «Сигма».

Главная особенность данного хроматографа – использование специального ионизационного детектора, в котором анализируемая примесь ионизуется метастабильными атомами неона. Хроматограф в начале измерительного цикла проводил «холостой» анализ, проверял свою работоспособность с помощью электрического тест-сигнала и осуществлял калибровку с помощью контрольной газовой смеси. Специальное устройство для забора проб исключало попадание в прибор посторонних примесей, связанных с функционированием спускаемого аппарата.

С помощью газового хроматографа «Сигма» было проведено 9 анализов проб из атмосферы Венеры. Экспресс-обработка полученных данных показала присутствие в атмосфере кроме СO₂ (основная составляющая) целого ряда газов – азота (~2%), аргона (~0,4 ∙ 10^–2%), угарного газа (несколько тысячных долей процента). На основании проведенных анализов можно сделать предварительный вывод о присутствии в атмосфере Венеры сернистых соединений (в том числе SO₂ на уровне 10^–2об. %).

Спектрофотометрическое исследование рассеяния и поглощения солнечного излучения в атмосфере Венеры. Ю. М. Головин, В. И. Мороз, Б. Е. Мошкин, Н. А. Парфентьев, Н. Ф. Санько, А. П. Экономов.

На спускаемых аппаратах после раскрытия парашюта каждые 10 с с помощью специально созданного для этой цели прибора регистрировались спектр дневного неба Венеры в диапазоне от 4500 до 12 000 Å и угловое распределение яркости рассеянного излучения в четырех фильтрах: 4900, 7100, 10 200 и 13 000 Å (эффективные длины волн). Спектральный канал прибора обеспечивает разрешающую силу λ/Δλ ≈ 30, фотометрический λ/Δλ ≈ 4, угловое разрешение обоих каналов около 15°. Исследование спектров дневного неба Венеры на советских спускаемых аппаратах проводится впервые, на «Пионере-Венус» (США) эта задача не ставилась.

Полученный материал (около 500 спектров и угловых сканов) демонстрирует постепенное изменение распределения энергии в спектре рассеянного солнечного излучения по мере погружения космических аппаратов в глубь атмосферы. Это изменение обусловлено аэрозольным рассеянием (на частицах облаков), газовым рэлеевским рассеянием и поглощением в абсорбционных полосах, принадлежащих СO₂ и Н₂O. В спектрах, полученных прямо с поверхности и вблизи нее видны глубокие полосы СO₂ (λ 7800, 8700, 10 500 Å) и Н₂O (λ 8200, 9500, 11 400 Å). Широкая область истинного поглощения, пока неотождествленная, наблюдается на этих высотах в интервале 4600 – 5500 Å. В интервале от 6000 до 8500 Å интенсивность рассеянного солнечного излучения от высоты раскрытия парашюта до поверхности уменьшается примерно в 10 раз; в пределах облачного слоя – всего в 2 раза. Нижняя граница облаков расположена на высоте около 48 – 50 км, и вблизи нее объемный коэффициент рассеяния максимален.

В результате анализа и интерпретации этого материала предполагается получить данные о химическом составе, строении облачного слоя и тепловом балансе атмосферы.

Исследования аэрозольной компоненты атмосферы Венеры. М. Я. Маров, В. Н. Лебедев, В. Е. Лысцев, К. К. Мануйлов.

Нефелометр обратного рассеяния, установленный на спускаемом аппарате, представляет собой объединенные в едином блоке источник модулированного частотой 4 кГц зондирующего излучения на длине волны 0,92 мк с полушириной 0,015 мк по уровню 0,5 и фотометр, регистрирующий это излучение, рассеянное внешней средой в заднюю полусферу, в диапазоне углов 174 – 180°.

По результатам предварительного анализа полученной информации подтвержден вывод, сделанный на основании нефелометрических измерений на «Венере-9» и «Венере-10» о расположении нижней границы облаков на высоте около 48 – 49 км. Облачность вблизи нижней границы (между 48 и 51 км) либо обладает повышенной оптической плотностью, либо заметный вклад здесь начинают вносить крупные частицы с высоким показателем преломления n. Ниже облаков атмосфера в целом достаточно прозрачна, однако существуют области, где из-за наличия аэрозоля величина обратного рассеяния возрастает. Помимо отмечавшейся нами ранее области аэрозоля вблизи 14 – 17 км можно выделить подобную область между 5 и 10 км.

Исходя из предложенной нами модели (крупные аэрозольные частицы с r‾_эф ≥ 2,5 мк, n ≈ 1,8 – 2,0 и малой объемной концентрацией N ~ 1 – 2 см^–3) можно предположить, что подоблачный аэрозоль, как и аэрозоль вблизи нижней границы облаков, представляет собой частицы серы (n = 1,9), с чем согласуется теоретическая модель Янга. Вместе с тем с учетом эффективности эксгаляции летучих при высокой температуре поверхности и вероятности их конденсации в атмосфере на разных уровнях нельзя исключать возможности иного отождествления обнаруженных локальных областей аэрозоля в нижней атмосфере планеты.

Эксперимент «Гроза». Л. В. Ксанфомалити, О. Ф. Ганпанцерова, Е. В. Петрова, А. П. Суворов.

Задача эксперимента – изучение электрической активности атмосферы Венеры. Использовался длинноволновый спектроанализатор диапазона 8 – 100 кГц с внешней антенной. Имелся акустический канал с внешним датчиком.

Электромагнитные поля импульсного характера, обнаруженные при спуске «Венеры-12», имели напряженность 100 – 250 мкВ/м на 10 кГц и 20 – 30 мкВ/м на 18 кГц. Импульсы были сгруппированы двумя раздельными пакетами и отсутствовали между ними. На высотах менее 2 км и на поверхности амплитуда импульсов была очень малой.

Сопоставление результатов, полученных двумя аппаратами, имевшими сходные трассы, показало, что явления, связанные с движением и электризацией аппаратов, были несущественными. Совпадает только одна группа примерно на 10³ импульсов на высотах 5 – 11 км. На середине спуска «Венера-11» в течение 13 мин регистрировала большую группу импульсов (до 25 имп/с) с напряженностью поля до 700, 130, 40 и 6 мкВ/м на частотах 10, 18, 36 и 80 кГц соответственно. Падающая спектральная характеристика позволяет, по аналогии с земными грозами, считать источник достаточно удаленным. Другая группа импульсов относится, по-видимому, к источнику с малыми угловыми размерами.

Таким образом, предварительный анализ результатов эксперимента позволяет предположить, что зарегистрированные импульсные поля связаны с процессами в атмосфере Венеры. Частота следования импульсов намного превышает наблюдающуюся при земных грозах. Ниже уровня 2 км и на поверхности планеты напряженность поля резко падает; не исключено, что нижний слой атмосферы Венеры оказывает сильно экранирующее действие в диапазоне 8 – 100 кГц.

Акустический канал при спуске аппаратов регистрировал аэродинамический шум с уровнем более 88 дБ. При посадке шум прекращался, после чего имелись отдельные импульсные звуки, связанные с работой аппарата. Через 32 мин после посадки «Венеры-11» отмечен звук с уровнем около 82 дБ неизвестного происхождения.

Исследование рассеянного ультрафиолетового излучения в верхней атмосфере Венеры с пролетного аппарата. Ж.-Л. Берто, Ж.-Э. Бламон, В. Г. Курт, А. С. Смирнов, Н. Н. Романова.

Для исследования рассеянного ультрафиолетового излучения в верхней атмосфере Венеры на пролетном аппарате был установлен многоканальный дифракционный спектрометр, регистрирующий одновременно излучение в 10 спектральных каналах в области спектра от 300 до 1657 Å. Оптическая ось спектрометра была ориентирована примерно в антисолнечном направлении и сканировала освещенный диск планеты во время припланетного сеанса измерений длительностью свыше 2 ч. Аппарат прошел на расстоянии 40 000 км (6,6 радиусов от центра планеты), угловой диаметр планеты составлял 17°. Оптическая ось спектрометра сканировала диск Венеры почти по диаметру: минимальное расстояние от центра планеты составляло 3,4 и 4,5° (для «Венеры-12» и «Венеры-11» соответственно). В конце сеанса луч зрения проходил на расстоянии 3 радиусов от центра планеты.

В канале λ 1216 Å (Н1) возрастание сигнала было заметно на протяжении всего сеанса, в канале 584 Å (He1) также заметно некоторое возрастание сигнала вдали от планеты. В остальных каналах сигнал отличается от уровня фона лишь при визировании диска планеты. В таблице приведены скорости счета (в ед. имп/с) для фона и освещенного диска, а также отношение этих величин.

Для определения интенсивности в избранных линиях спектра необходимо учесть рассеянный свет в спектрометре, возникающий, главным образом, от излучения в линиях λ 1216 и 1300 Å. Максимум чувствительности прибора достигается вблизи 800 А (около 1 имп/с на 1 рэлей), на линии λ 1216 Å чувствительность падает до 1 имп/с на 10 рэлеев.

Данные измерений, полученных от двух станций, находятся в хорошем согласии друг с другом.

Исследование аэрозоля облачного слоя Венеры. Ю. А. Сурков, Ф. Ф. Кирнозов, В. К. Христианов, В. И. Гурьянов, В. Н. Глазов,. Б. Н. Корчуганов, А. Г. Дунченко.

На АМС «Венера-12» впервые сделана попытка определения элементного состава аэрозоля облачного слоя Венеры с помощью рентгенофлуоресцентного анализатора.

Прибор состоит из детекторного блока, который устанавливался вне гермоотсека спускаемого аппарата, и многоканального анализатора амплитуд импульсов, размещавшегося внутри гермоотсека. Детекторный блок содержит: а) аналитическую часть, в которой расположен фильтр для сбора аэрозоля, радиоизотопные источники и детекторы флуоресцентного излучения; б) электронную часть, содержащую предусилители, усилители, источники питания и т. п.; в) микронагнетатель, обеспечивающий прокачивание атмосферы и осаждение аэрозоля на фильтре. Многоканальный анализатор амплитуд импульсов имеет 256 каналов с емкостью в каждом канале 2¹⁶ импульсов. Он разделен на две секции по 128 каналов, в которые поступают сигналы от двух детекторов. Первый регистрирует спектр флуоресцентного излучения, возбуждаемого в аэрозоле изотопным источником железа-55, второй – изотопным источником кадмия-109.

Прибор работал на участке парашютного спуска станции в атмосфере Венеры на высотах приблизительно от 60 до 45 км над поверхностью. За время прохождения этого участка было прокачено через прибор около 1 м³ атмосферы. Одновременно с осаждением аэрозоля на фильтре происходило облучение его радиоизотопными источниками и регистрация спектров возбужденного флуоресцентного излучения.

Были измерены два спектра в диапазонах энергий от ~1 до 7,5 кэВ и от ~1,5 до 15 кэВ, а также зарегистрировано изменение скорости счета во времени накопления аэрозоля и измерения спектров.

По предварительным данным в составе аэрозоля обнаружено присутствие хлора, не исключено присутствие серы и исключено присутствие ртути в количестве, большем чем 1 · 10^–9 г/см³.