В последнее время стало ясно, что планеты земной группы и спутники планет необходимо исследовать не только как астрономические, но как и геологические объекты. Сравнительный планетологический анализ их истории способствует лучшему пониманию природы этих небесных тел и проливает свет на самые трудно читаемые, а то и просто неизвестные страницы геологической истории Земли.

Это был первый объект космических исследований среди планетных тел Солнечной системы. Она изучалась с орбитальных аппаратов и посадочных станций, ее поверхность бороздили «луноходы», на нее впервые ступила нога человека. Советские автоматические станции и американские астронавты доставили на Землю образцы лунных пород. До этого космическое вещество нам доставляли только метеориты.

На Луне – относительно небольшом безатмосферном теле, выделяются материки и моря. Породы лунных материков, по крайней мере до глубин 10 – 20 км, – это не консолидированные массивные породы, а брекчии с существенной примесью ударного расплава, которые возникли при интенсивной метеоритной бомбардировке. Занимающие только 16% поверхности лунные моря представляют собой вулканогенные образования, сложенные базальтовыми лавами.

Геохимический анализ лунных образцов не оставляет сомнений, что Луна возникла около 4,6 млрд. лет назад. Первый, «материковый», этап ее истории закончился около 4,4 млрд. лет назад. На Луне в то время сформировалась первичная «материковая» кора, затем еще сотни миллионов лет ее сильно бомбардировали метеориты разных размеров. Около 4 млрд. лет назад интенсивность бомбардировки резко упала, и примерно тогда же на обращенной к Земле стороне Луны образовались крупные депрессии, часть которых, возможно, имеет ударное происхождение.

3,8 – 3,0 млрд. лет назад, когда в недрах Луны накопилось радиогенное тепло, она прошла второй максимум прогревания. Об этом свидетельствуют массовые излияния базальтов, затопившие депрессии поверхности и сформировавшиеся лунные моря – это был «морской» этап.

Современный «послеморской» этап эволюции Луны, на котором глубинные магматические процессы уже заметно не проявлялись, наступил около 3,0 млрд. лет назад. С тех пор лишь слабая метеоритная бомбардировка, солнечный ветер и космические лучи преобразуют ее поверхность, и Луна постепенно покрывается рыхлым чехлом реголита.

По химическому составу выделяется три отличающиеся друг от друга группы лунных пород. Это «материковый» анортозит-норит-трактолитовый комплекс пород (АНТ) и встречающиеся вместе с ним высокоглиноземистые и крип-базальты¹, а также ранние высокотитанистые (до 12% TiO₂) и более поздние низкотитанистые «морские» оливиновые базальты.

¹ От английского KREEP – kalium, rare earth elements, phosphor, базальты, обогащенные калием, редкоземельными элементами и фосфором.

Характеризуя тектонику Луны, мы сталкиваемся с непривычной для Земли ситуацией (рис. 1). Преобладающие структуры и соответствующие им формы рельефа на Луне – ударные кратеры. С кратерами, а особенно крупными кратерными формами – кольцевыми бассейнами, связаны системы радиально-кольцевых разломов. Часть из них – это разломы, по которым происходили вертикальные движения, образовавшие «клавишную» систему опущенных и приподнятых блоков типа грабенов и горстов небольшой амплитуды (до 1,0 – 1,5 км). Не менее характерные образования поверхности лунных морей – прямолинейные и извилистые борозды (трещины) и уступы тектонической природы. Амплитуда вертикальных перемещений здесь также весьма ограничена (до 0,5 км).

Рис. 1. Карта-схема типов местностей Луны

По степени изученности внеземных тел Марс занимает второе место после Луны. Хотя атмосфера его гораздо разреженней, чем земная (у поверхности – более чем в 100 раз), тем не менее в ней развиваются мощные эоловые процессы. Им способствует и резкий перепад суточных температур, достигающий на Марсе 100°С.

На Марсе обнаружены разнообразные типы долин, морфологически сходных с ледниковыми долинами или с долинами земных рек и речными системами. По-видимому, в далеком прошлом на планете было гораздо теплее, и по ее поверхности текли реки. Ныне же основные водные запасы Марса (около 10²⁴ г) сосредоточены в криолитосфере – слое коры, содержащем линзы льда и мерзлые породы. Средняя толщина этого слоя на экваторе – 1,5 км, на полюсах – 6 – 7 км. Полярные области Марса покрыты мощными ледяными шапками; на севере они достигают около 1000 км в поперечнике, на юге – около 300 км. В зимнее время они покрываются снегом – частицами твердой углекислоты и ее газгидрата (типа СО₂ · 6Н₂О).

Поверхность Марса (по крайней мере в местах посадки американских станций «Викинг») покрыта реголитом, часто с признаками процессов выветривания. Поверхность камней с кавернами и ячейками – также последствия выветривания. Изученный в местах посадки двух станций «Викинг» марсианский грунт, взятый на равнинах Хриса и Утопия, отстоящих друг от друга на 2000 км, по химическому составу оказался почти одинаковым – это хорошо перемешанная смесь продуктов химического выветривания коренных пород. Больше всего марсианский грунт напоминает смесь богатых железом глин, характерных для процессов земного выветривания основных магматических пород. Наличие магнитных частиц (3 – 7%) говорит о присутствии в нем магнетита и маггемита (γ · F₂О₃), а повышенное содержание серы – на сульфаты типа кизерита (MgSО₄ · Н₂О). В грунте могут присутствовать также хлориды (NaCl₃) и карбонаты (СаСО₃).

По размерам и характеру геологического строения Марс занимает промежуточное положение между Венерой и Луной. Как и на Луне, на нем выделяется два главных типа местности: древние сильно кратерированные материки, главным образом в южном полушарии, и более молодые вулканогенные равнины морского типа преимущественно в северном полушарии. Гамма-спектроскопические измерения с советского космического аппарата «Марс-3» показали: по содержанию урана и тория породы марсианских материков оказались близкими к лунным материковым породам анортозит-норит-троктолитовой формации (АНТ), а породы марсианских низменностей – к лунным морским базальтам.

Как видим, сходство ранних этапов эволюции эндогенных процессов на Луне и Марсе достаточно велико. Но велико и их различие. Во-первых, имеются данные, что формирование первичной материковой коры на Марсе было длительным и закончилось не 4,6 млрд. лет назад, как на Луне, а 4,2 – 4,3 млрд. лет назад. Во-вторых, массовое излияние морских базальтов на Марсе также продолжалось дольше, чем на Луне, и закончилось здесь около 2 млрд. лет назад. Масштаб излияний был также заметно больше: если на Луне базальтами перекрыто только 16% первичной материковой коры, то на Марсе – около 30 – 40%.

Более того, на Луне этим практически и закончилась тектономагматическая жизнь планетного тела, на Марсе же мы видим следы длительной эндогенной деятельности с формированием структур, которые отсутствуют на Луне и сближают Марс скорее с Венерой и Землей. Новый взрыв тектономагматической активности на Марсе проявился в формировании многочисленных вулканических куполов, которые в отдельных районах (Фарсида, Элизий, Эллада) образовали гигантские сводовые поднятия. Они занимают более четверти планетной поверхности и имеют крупнейшие в Солнечной системе вулканические горы – высотой до 15 – 17 км. Эти горы, например Олимп, Арсия, Павлина, достаточно молодые – возраст их 400 – 70 млн. лет. По периферии и вокруг вулканических сводовых поднятий на сотни и тысячи километров прослеживаются обширные системы тектонических форм растяжения в виде многочисленных грабенов и разломов.

В отличие от Луны для Марса характерны гораздо более крупномасштабные проявления эндогенной тектоники, что сближает эту планету с Венерой и Землей. Особенно это выразилось в асимметрии между северным и южным полушариями Марса. Раздел между разновысотными уровнями «материковой» и «морской» коры прослеживается в виде планетного уступа, на две трети опоясавшего планету. Эта граница с перепадом высот примерно в три километра подчеркивается системой разломов.

Самая грандиозная линейная тектоническая структура Марса – гигантская рифтообразная система каньонов Долины Маринер, протянувшаяся на 5 тыс. км. По протяженности ее можно сравнить с рифтовыми долинами Восточной Африки, но каньоны Марса значительно шире и глубже их земных аналогов. В целом для Марса можно выделить не три, как на Луне, а шесть тектономагматических фаз развития:

1. Ранний период интенсивной метеоритной бомбардировки, формирования и становления первичной материковой коры (4,6 – 4,0 млрд. лет назад) ;2. Заложение глобального уступа и опускание северной части ее поверхности (около 4 млрд. лет назад); 3. Обширный базальтовый вулканизм с затоплением депрессий поверхности (3,8 – 2,5 млрд. лет назад); 4. Интенсивное и длительное воздымание областей Фарсида, Элизий, Эллада с развитием основной системы радиально-концентрических разломов и серии грабенов (3,5 – 2,0 млрд. лет назад); 5. Интенсивный и длительный вулканизм на куполовидных поднятиях и на вулканах центрального типа на щитах (2,0 – 0,1 млрд. лет назад); 6. Развитие линейных тектонических разломов и рифтовых структур (1,5 – 0,5 млрд. лет назад).

Венера – ближайшая к Земле планета Солнечной системы, почти такого же размера, как и Земля, и с близкой к Земле массой. Поверхность Венеры, постоянно закрытая плотным облачным слоем, недоступна для визуального наблюдения с Земли. Но радарное картирование венерианской поверхности американскими космическими аппаратами «Пионер-Венера» позволило выявить на ней четыре основных типа геоморфологических провинций.

В этой классификации наиболее распространенный тип древней венерианской поверхности – холмистые возвышенности 0,5 – 2 км высотой, занимающие около 60% поверхности. 30% поверхности покрыто низменностями с относительно сглаженным рельефом (от 0,5 до 1,5 км от нулевого уровня).

Пожалуй, наиболее сложны и отчасти загадочны на Венере высокогорные плато (Иштар и Афродита) с сильно пересеченным рельефом, с отдельными крупными тектоническими линейными и кольцевыми структурами и системами высоких горных хребтов. Эти высокогорные плато занимают всего 5 – 7% поверхности планеты (размером с наши Африку и Австралию соответственно) и возвышаются над нулевым уровнем поверхности на 2 – 10 км.

И наконец, менее всего распространены на Венере (около 3 – 5% поверхности) округлые, сильно пересеченные горные сооружения среди холмистых равнин, напоминающие по морфологии и геофизическим признакам молодые (вплоть до современных) щитовые вулканы. Они главным образом развиты на меридиональной цепи отдельных горных сооружений Бета–Феба–Темис.

Новым крупным и принципиально важным шагом в изучении Венеры был запуск советских аппаратов «Венера-15» и «Венера-16». Тогда впервые мы увидели морфологические детали структур планеты, которые совершенно по-новому рисуют ее историю и по сложности напоминают наши земные структуры (рис 2.) Например, мы знали о том, что на поверхности Венеры есть единичные крупные кольцевые структуры, но не думали, что это характерный специфический структурно-морфологический тип древней поверхности Венеры. Этих структур нет на Луне, они имеют ограниченное распространение на Марсе и, оказывается, получают широкое распространение на Венере, очень напоминая нам овоидные структуры древнейших щитов на Земле. На поверхности Венеры обнаружен и неизвестный ранее структурно-морфологический тип (по-видимому, тоже древней поверхности), чешуйчато-блоковой тектонической природы, внешне напоминающий образования древнего Анабарского щита на Земле.

Рис. 2. Реликт древней кольцевой структуры на Венере, просвечивающий сквозь базальтовые покровы равнины Гиневры

Интересно, что пониженные, относительно ровные участки поверхности Венеры похожи на лунные «моря», но среди них встречаются останцы и просвечивают реликты более древней чешуйчато-блоковой поверхности и крупных радиально-кольцевых структур. На поверхности «морских» районов Венеры много крупных и мелких вулканов центрального типа с застывшими вокруг них потоками лавы. Более молодые (вплоть до современных) и самые крупные вулканические образования на Венере приурочены к двум меридиональным зонам в районе Беты–Фебы и в восточной части Земли Афродиты.

Сложная тектоническая жизнь планеты наглядно проявляется в горной области Земли Иштар и ее окружения. Земля Иштар с ее высокогорными плато (Лакшми и другие) – это взбросовое образование какой-то жесткой плиты, на которой впоследствии возникли крупные вулканы, залившие лавами высокогорные плато. Плато окружены концентрически-зональной областью развития горно-градового рельефа. В нее, в частности, входят горы Акны, Фреи, Максвелла и обширные прилегающие к ним районы. При просмотре стереоизображений, полученных из космоса, создается впечатление, что эти асимметричные гряды-хребты образованы выходящими на поверхность, как бы соскальзывающими друг с друга пластинами горных пород.

На изображениях мы увидели также разнообразное проявление сильных горизонтальных напряжений в литосфере Венеры. Так, к востоку от гор Максвелла впервые найдена обширная зона со структурным рисунком, очень напоминающим рифтогенные зоны срединно-океанических хребтов Земли. Это указывает на интенсивные процессы растяжений в коре Венеры. Здесь мы также впервые увидели, что большие участки этих рифтоподобных структур затем испытывают, наоборот, сжатие. Как результат формируются линейные извилистые горные хребты, затушевывающие предшествующий «рисунок». Сильно развиты на Венере крупные тектонические разломы со сдвигом по ним целых блоков поверхности, а также, видимо, более поздние линейные рифты и грабены, свидетельствующие о смене сжимающих усилий растяжениями. К такой крупной линейной рифтовой меридиональной структуре, в частности, и приурочен пояс молодых вулканических образований в области Бета–Феба.

Очевидно, главными факторами формирования и эволюции большинства наблюдаемых сейчас на Венере образований были вулканические и тектонические процессы. Следы ранней интенсивной метеоритной бомбардировки на исследованной территории планеты почти полностью уничтожены. Выделяемые на изображениях ударные кратеры относительно немногочисленны, и эта их немногочисленность (при относительно хорошей сохранности) явно говорит, что они моложе 2,5 – 3,0 млрд. лет, со средним возрастом поверхности 0,5 – 1,0 млрд. лет.

Наглядное представление о микрорельефе и облике отдельных участков поверхности Венеры впервые дали телевизионные панорамы, переданные советскими автоматическими станциями «Венера-9, -10, -13, -14». Станция «Венера-9» опустилась к северо-востоку от горной области Бета, на склоне горной гряды крутизной около 20°, сложенной осыпью уплощенных остроугольных камней размером более полуметра. Космические аппараты «Венера-10» и «Венера-13» сели на холмистой равнине со скальными выходами магматических горных пород, претерпевших глубокое выветривание. На панорамах, полученных «Венерой-14», виден почти ровный участок каменистой равнины (низменности) – сплошное уходящее к горизонту обнажение относительно свежих скальных пород, с тонкой горизонтальной расслоенностью, напоминающей отложения вулканического туфа.

Данных о вещественном составе пород поверхности Венеры пока немного. В трех местах посадки станций («Венера-8, -9, -10») гамма-спектрометрически удалось определить концентрации калия, урана и тория, а в двух других («Венера-13, -14») рентгено-флюоресцентным методом найти содержание основных петрогенных элементов. В месте посадки «Венеры-13» породы по химическому и минералогическому составу принадлежат к плагиоклаз-калишпатовым нефелиновым сиенитам. Интересно, что в породах на месте посадки «Венеры-8», в трех тысячах километров от пункта посадки «Венеры-13», но в области того же структурно-морфологического типа, содержание окиси калия (К₂О) было аналогичным (около 4%), а соотношение урана и тория также указывает на принадлежность этих пород к нефелиновым сиенитам. Возможно, что на древних холмистых равнинах Венеры нефелиновые сиениты достаточно широко распространены, и не исключено, что именно этими породами слагается первичная материковая кора Венеры.

По соотношению окиси калия, урана и тория, установленному в месте посадки автоматических межпланетных станций «Венера-9» и «Венера-10», местные породы отвечают толеитовым базальтам, одни близки к траппам, другие, более древние, – к пиритам.

В целом можно наметить следующую последовательность тектономагматических этапов на Венере с весьма приближенной оценкой возрастных интервалов:

1. Ранний период интенсивной метеоритной бомбардировки и формирования первичной материковой коры (4,6 – 4,0 млрд. лет назад); 2. Возникновение депрессий поверхности (около 4 млрд. лет назад); 3. Обширный базальтовый вулканизм траппового типа с затоплением депрессий поверхности (около 3,8 – 1,5 млрд. лет назад); 4. Заложение блоковых, щитовых поднятий, формирование ядер континентов и окружающих их горно-грядовых и чешуйчато-блоковых структур (около 3,5 – 3,0 млрд. лет назад); 5. Массовое образование вулканогенных куполовидных поднятий с интенсивным вулканизмом и образованием крупных радиально-концентрических кольцевых структур (около 2,0 – 1,0 млрд. лет назад); 6. Развитие вулканизма центрального типа (1,0 – 0,5 млрд. лет назад); 7. Развитие рифтогеналей и линейных тектонических разломов (1,0 – 0,5 млрд. лет назад); 8. Формирование линейно-складчатых горных систем (около 0,5 – 2,0 млрд. лет назад); 9. Развитие меридиональных глубинных разломов и приуроченного к ним вулканизма (0,2 млрд. лет назад и до настоящего времени).

Изучение Луны и Марса позволило обнаружить неизвестный ранее факт существования на всех планетах земной группы двух типов ранней коры. На планетах имеется древнейшая, первичная общепланетарная «материковая» кора полевошпатового состава, сформировавшаяся на конечных стадиях аккреции и на заре существования планет, явно магматического происхождения. Тепло радиоактивного распада не могло быть ответственно за этот процесс. По-видимому, здесь впервые мы встретили результат сочетания процессов гравитационного сжатия и ударно-взрывного воздействия на поверхность планет крупных планетезималей, характерного для завершающих стадий формирования планетных тел. Изучение Луны и Марса показывает, что такой процесс типичен для формирования планет и следы его неизбежно должны проявляться на всех планетах земного типа. Следовательно, ударно-взрывной процесс, развивающийся на фоне гравитационного сжатия и формирующий первичную общепланетарную полевошпатовую кору, оказался для нас новым процессом. Возможность проявления такого процесса в истории формирования Земли ранее не учитывалась.

Второй важнейший результат изучения Луны, Марса и Венеры – установление факта синхронного с Землей появления ранних базальтовых расплавов (3,6 – 3,8 млрд. лет назад), которые явно накладываются на ранее сформированную «материковую» кору, перекрывая ее в депрессиях поверхности. В этой связи при сравнении Луны, Марса и Земли обращают на себя внимание два обстоятельства.

Во-первых, на Луне и Марсе мощность коры в районах перекрытия базальтами первичной материковой коры существенно уменьшается – от 70 до 30 км на Луне и от 30 до 10 км – на Марсе. Возможно, как и на Земле, это происходит благодаря преобразованию нижней части первичной материковой коры в гранулиты и эклогиты.

Во-вторых, сохранность на поверхности первичной «материковой» коры закономерно уменьшается с ростом размера планетных тел, а степень ее перекрытия базальтами закономерно увеличивается (16% на Луне, около 40% на Марсе). И если эту зависимость проинтерполировать к еще большему размеру Земли и Венеры, то оказывается, что она практически и не должна была сохраниться, будучи почти полностью перекрытой базальтами 3,8 – 3,0 млрд. лет назад. Не с этим ли связано отсутствие на поверхности Земли пород древнее 3,8 млрд. лет?

Из всего сказанного следует, что с ростом размера и массы планетных тел земного типа увеличиваются интенсивность и длительность одних и тех же видов магматизма и постепенно усложняются формы его проявления. Практически то же самое можно сказать и о тектонических процессах. От кольцевых ударных структур и депрессий поверхности со слабым и редким проявлением разломной тектоники на Луне налицо переход к более мощному проявлению тех же процессов на Марсе, но уже с широким развитием разломной тектоники, кольцевых структур и линейным рифтообразованием. Затем переход к еще более сложному и разнообразному проявлению тектоники на Венере с появлением столь характерных для Земли рифтогеналей² и складчатых горных структур. И можно сделать вывод: чем больше размер и масса планетного тела земного типа, тем больше интенсивность, длительность и число тектономагматических циклов развития планет с постепенным усложнением и появлением все новых форм их проявления.

² Структуры, формирующиеся в рифтовых зонах срединно-океанических хребтов.

Все это поставило перед учеными ряд фундаментальных проблем в геологической истории Земли и подчеркнуло необходимость использовать в ее расшифровке сравнительно-планетологический анализ.

Обращаясь к истокам жизни нашей планеты, мы видим Землю, на которой протекают геологические процессы, принципиально не отличающиеся от современных. А это значит, что вся известная нам геологическая история, несмотря на ее сложность и неоднозначность, – это лишь проявление и развитие тех особенностей строения и состава Земли, которые были заложены при ее формировании и предопределили всю ее дальнейшую эволюцию. Поясняя эту мысль, можно сказать следующее. Мы знаем, что формирование и ранняя эволюция планет земного типа шли по очень близким путям. Но мы знаем также, что планеты, как и любые саморегулирующиеся (в том числе и живые) системы, рождаются, живут и умирают. Причем развиваются они по заложенному при их рождении «генетическому коду», который определяется содержащимися в них химическими элементами и соответствующими внешними условиями. И нам очень важно понять механизм действия этого «генетического кода», вскрыть причины различной продолжительности и интенсивности внутренней жизни планет, разобраться в различии путей и условий их эволюции.

Поэтому следует еще раз подчеркнуть, что получение любой информации о внеземных объектах для нас – геологов и геохимиков – не самоцель, это действенное средство расшифровки тех страниц геологической истории Земли, которые мы по тем или иным причинам не можем прочесть, пользуясь только земным материалом. Сейчас мы находимся лишь в самом начале этого увлекательного и многообещающего пути в познании ранних этапов жизни нашей планеты, законов ее эволюции и будущего.

Советские автоматические межпланетные станции «Венера-15» и «Венера-16» в течение нескольких месяцев передавали на Землю радиолокационные изображения поверхности Венеры с разрешением в 1–2 км. Эти изображения позволили обсуждать не только основные черты рельефа Утренней звезды, но и ее геологическое строение. На прошедшем в Москве 27-м Международном геологическом конгрессе советские ученые представили первую в мире геологическую карту приполярной области Венеры (рис. 3). Работы по ее составлению выполнялись в Институте геохимии и аналитической химии АН СССР им. В. И. Вернадского (ГЕОХИ) под руководством члена-корреспондента АН СССР В. Л. Барсукова.

Рис. 3. Геолого-геоморфологическая карта северной части Венеры 1– 3 – области вулканического рельефа; 4, 5 – области вулкано-тектонического рельефа; 6 – 11 – области тектонического рельефа

Корреспондент журнала «Наука и жизнь» Е. Кудрявцева попросила рассказать об этих работах заведующего лабораторией сравнительной планетологии и метеоритики ГЕОХИ кандидата геолого-минералогических наук Александра Тихоновича Базилевского.

Вы изучаете глубинное строение планет Солнечной системы. Уместен ли здесь термин «геология»?

– Когда космические исследования приблизили к нам планетные тела, то тот комплекс методов, приемов, подходов, который существует в науках о Земле, оказался плодотворным и при изучении других планет. Сместились интересы, объекты исследований. Скажем, раньше, когда астрономы изучали Марс, их заинтересовало явление поляризации света, отражаемого поверхностью Марса. Это было самостоятельное исследование. Теперь, когда мы знаем Марс лучше, вопрос ставится по-другому: мы хотим знать, что представляет собой марсианский грунт, как он образован, а поляризация света марсианским грунтом стала рабочим методом для геологии Марса; она позволяет оценить шероховатость поверхности.

Терминологические опоры возникли давно, когда началось активное исследование Луны. Многие говорили: почему геология Луны? Нужно – селенология. Наверно, это не совсем правильно по двум причинам. Во-первых, мы утонем в «логиях», для каждого астероида будет своя (а их тысячи). Во-вторых, мы исследуем на Луне в точности то, что геологи исследуют на Земле. Основатель нашей лаборатории К. П. Флоренский в ответ на высказывания оппонентов говорил: «Ну, хорошо, а можно заниматься геометрией на Луне? Геометрия – это не селенометрия, это наука, в которой часть «гео» потеряла свой смысл, как и в слове «геология».

– А достаточно ли уже данных, чтобы говорить о геологии Венеры? Ведь она же довольно далеко...

– Мы сейчас смотрим на Венеру не как на далекое небесное тело, а так, как геологи смотрят на Землю. Обилие информации, полученной нами в последнее время, прежде всего, конечно, с советских станций «Венера», позволяет даже говорить о своего рода эффекте присутствия: иногда буквально чувствуешь себя наблюдателем венерианского ландшафта. Первый объект, с которого началась сравнительная планетология, – это Луна. Маленькое небесное тело и, как это удалось выяснить, примитивное. В ней есть кора, образовавшаяся очень рано, с тех пор еще не изменившаяся и залитая сверху некоторым количеством базальтов. На ее поверхности мы видим следы метеоритных ударов, которые в самый начальный период образования планет были очень частыми. Потом посмотрели на более крупный Меркурий, он чуть посложнее. Потом Марс – еще крупнее, еще интереснее. Там был обнаружен и более сложный вулканизм и тектонические проявления (тектоника – наука о деформациях коры планеты): гигантские вулканы, зоны разломов – зияющие трещины длиной в тысячи километров, шириной в сто километров, глубиной в несколько километров. Стала очевидна тенденция: чем крупнее планетное тело, тем сложнее и дольше идет его геологическое развитие. Луна как геологическое тело умерла примерно три миллиарда лет назад. Марс сохранил следы активности, ну а Земля живет активно и сейчас. Тогда и встал вопрос: а что Венера, планета размером с Землю, имеющая атмосферу? Она замыкает цепь сравнительного планетологического анализа.

– Почему для детальных исследований рельефа Венеры было выбрано ее северное полушарие?

– Космические исследования – это всегда исследования на пределе возможности. А возможности были такие: детальное исследование примерно 1/4 поверхности Венеры. Полярные районы – наименее изученные участки поверхности Венеры. Кроме того, они интересны и с точки зрения атмосферных процессов, здесь присутствуют, помимо горизонтальных, интенсивные вертикальные движения в атмосфере. Параллельно с картированием Венеры велось и исследование ее атмосферы. Для этих целей на АМС были установлены ИК-фурье-спектрометры, специально разработанные учеными СССР и ГДР. И, наконец, когда мы склонились к приполярным районам, то выбор пал на северный, так как эта область с геологической точки зрения очень интересна. Приближенная съемка рельефа, выполненная американским аппаратом «Пионер-Венера», показала, что здесь располагаются самые высокие венерианские горы, самые глубокие впадины, обширные равнины, загадочные полосчатые образования и область Бета, где прогнозировали активный современный вулканизм.

– Радиолуч «исследует» поверхность Венеры, а, карта, над которой вы работаете, рассказывает о строении глубин планеты. Расскажите, пожалуйста, как осуществляется этот процесс.

– Карта, которую мы составили, называется геолого-морфологической, т. е. она характеризует рельеф поверхности по внешним чертам и одновременно по происхождению и возрасту. Когда мы понимаем характер какого-либо образования, то можем дать прогноз на глубину. Геолог ходит по поверхности и по тому, как наклонены пласты, как сменяются одни породы другими, без бурения дает прогноз на километры, десятки километров вглубь, т. е. предсказывает строение недр. Так и на Венере. Вот на фотографии изображение плато Лакшми (рис. 4), которое возвышается над окружающими вулканическими равнинами на 4 – 5 км. Если на равнинах видны небольшие вулканы, то на Лакшми они просто огромные.

Рис. 4. Радиолокационные изображения районов поверхности Венеры, переданные советскими станциями «Венера-15, -16». Плато Лакшми. Видны вулканы и застывшие лавовые потоки. Система параллельных хребтов – результат поднятия горючего вещества из глубины планеты

Например, вулканическая кальдера Колетт имеет размер 100 × 75 км. От нее видна радиальная система застывших лавовых потоков. У свежих лавовых потоков поверхность шероховатая, и она на радарном изображении кажется светлой. Или другой пример – лавовый поток длиной 300 км: чтобы преодолеть такое расстояние, необходим большой расход жидкой лавы.

Это типично для базальтовых лав. На поверхность Венеры садились аппараты «Венера-8, -9, -10, -13, -14». Они измеряли химический состав поверхности, он оказался характерным для базальтов. Теперь мы увидели эти базальтовые потоки, образовавшие плато Лакшми. Или, например, видны системы параллельных хребтов – это скорее всего результат раздвига, т. е. из глубин планеты поднимается в этом месте горячее вещество и, растекаясь, гармошкой сминает окружающие породы. Виден на снимке кратер (рис. 5) с поперечником в 25 км (метеорит, как правило, в десять раз меньше кратера). Несмотря на то, что атмосфера Венеры плотная (давление на поверхности такое же, как в наших земных океанах на глубине в 1 км), выбросы из кратера преодолели сопротивление атмосферы и на снимках образуют яркие зоны. На Венере встречается специфический тип местности, мы его назвали «паркет» (рис. 6). Видно, как этот «паркет» выступает из-под равнины, значит, он слагает ее дно, а в некоторых местах тектоническими силами поднят наверх. Так, глядя на поверхность, мы узнаем, что находится внутри.

Рис. 5. Ударные кратеры, образовавшиеся при падении метеоритов

Рис. 6. Специфический тип венерианской местности – «паркет»

– На карте нанесены области с красивыми названиями: равнины Лады, Гиневры, Русалки. Как даются эти имена?

– Картографы по монтажам изображений выбирают образования, которым нужно дать названия. Ведь это не прихоть: назвать кратер или не назвать. Когда мы описываем поверхность, то нужны ориентиры. Для наименования каждого вида образований (гор, возвышенностей, кратеров, гряд, равнин) есть определенные правила.

Прежде всего на Венере могут использоваться только имена женщин – мифологических героинь, исторических личностей, деятельниц культуры. Исключение – горы Максвелла. Это дань памяти ученому, основателю электродинамики, которая является фундаментом радиолокационных методов – основного способа изучения рельефа Венеры. У картографов имеется в распоряжении банк имен. Институт этнографии АН СССР помог включить в него имена героинь эпосов народов СССР. Потом мы выступим со своими предложениями на заседании номенклатурной комиссии при Астрономическом Совете АН СССР. После обсуждения названия будут рассмотрены Международным астрономическим союзом, и многие образования получат имена.

– Расскажите, пожалуйста, Александр Тихонович, о главных результатах сравнения геологии Земли и Венеры.

– На Венере, и только на Венере, мы увидели нагромождение тектонических чешуй и складок, что является результатом горизонтального сжатия. И на Земле есть складчатые пояса, древние породы, которые сейчас залегают на глубине, почти все складчатые. На Венере мы наблюдаем области, где поверхность растянута, и там образовалась прямоугольная система провалов. На Земле есть похожие структуры, на дне океанов – это срединно-океанические хребты, а на континентах, например, Байкальский рифт. На других планетных телах мы не видим подобных структур совсем либо наблюдаем их в зародыше.

На поверхности Венеры обнаружены интересные образования – овоиды (рис 7). Это очень крупные, диаметром от 150 – 200 до 500 – 600 км, кольцевые структуры, развитые на вулканических равнинах. Они разнообразны по строению, но обычно очерчиваются системами концентрически параллельных или дугообразных гряд. Очевидных аналогов на других планетных телах они не имеют. По масштабу явления эти структуры Венеры больше похожи на крупные кольцевые структуры Земли, которые обнаружены на космических снимках и природа которых пока еще не ясна. Венерианские овоиды и в наблюдаемых сейчас формах, несомненно, имеют тектоно-магматическую природу, т. е. они образованы в результате процессов, связанных с внутренним теплом планеты и деформацией ее коры. Очерчивающие их гряды возникли, видно, при сползании и смятии горных пород на склонах растущего куполообразного поднятия. Это хорошо воспроизводится при лабораторном моделировании.

Рис. 7. Огромные кольцевые структуры – овоиды, обнаруженные на поверхности Венеры

Оказалось, что по уровню вулканической и особенно тектонической, активности Венера сопоставима лишь с Землей и не похожа на Луну, Меркурий, Марс. Теперь это уже не гипотеза, а факт.

– А как скажутся сделанные выводы на изучении подобных процессов в земной коре?

– Поскольку на дне земных океанов прямые наблюдения проводить трудно, то структурные карты строятся по геофизическим аномалиям – это карты-интерпретации. На Венере мы можем наблюдать такую картину непосредственно. На поверхности Утренней звезды очень слабая эрозия, там ведь нет воды, дождей, перепадов температуры. Прямо какой-то гигантский термостат! И если где-то произошло растяжение коры и образовался характерный тип местности, то его можно наблюдать сотни миллионов лет. На Земле рельеф очень быстро разрушается, а на Венере мы увидели уникальную по земным меркам ситуацию – практически неизменный, прямой тектоно-магматический рельеф.

Луна рассказала нам, что было на Земле раньше, а Венера помогает понять, что происходит сейчас. Вот что дает сравнительная планетология. Думаю, что, когда в будущем будет получена полная карта поверхности Венеры, то удастся понять причины тектонических движений на Земле. А отсюда прямой выход на практику – например, возможность предсказывать землетрясения.

– На Земле смещение коры на дне океанов составляет сантиметры или миллиметры в год. При разрешении в километр наблюдать деформацию коры Венеры, видимо, нельзя. Как же узнать, продолжаются ли подобные процессы на Венере сейчас?

– Есть косвенные методы. Так, например, изучая Луну и Землю, ученые научились по количеству кратеров на единицу площади поверхности определять, сколько миллионов лет такая поверхность существует. Чем старше она, тем больше число кратеров. Мы оценили возраст поверхности Венеры, которую наблюдали, примерно в 500 млн. лет, максимум в миллиард. Она гораздо древнее, чем поверхность Земли, но моложе Луны (возраст поверхности Луны 3 – 4 млрд. лет, а дна земных океанов – миллионы, сотни миллионов лет). Это означает, что тектоника, которую мы наблюдаем, скорее всего накопленный результат. Если бы процесс происходил сейчас, то не было бы такого количества кратеров, они бы разрушились.

– Расскажите, какие работы планируются на будущее.

– Карта, которую мы показывали на Международном геологическом конгрессе, предварительная, обзорная. Теперь мы детально картируем каждый клочок заснятой поверхности, тщательнее оцениваем ее возраст. Опыт показывает, что впереди много интересного и нового. Наверняка предстоят запуски новых космических аппаратов, но не все еще получено от «Венеры-15» и «Венеры-16».

В Институте радиотехники и электроники АН СССР создается карта планеты Венера.

Рис. 8. Расположение центров областей с повышенной отражательной способностью в проекции на диск Венеры Получено в СССР по радиолокационным измерениям, выполненным с Земли

В середине октября 1983 г. на орбиты спутников Венеры вышли космические аппараты «Венера-15» и «Венера-16» с радиолокационной системой для картографирования поверхности планеты. За 8 месяцев – с 11 ноября 1983 г., когда началась регулярная съемка, по 10 июля 1984 г. – снято все северное полушарие Венеры от полюса до 30° с. ш. общей площадью 115 млн. км².

Возможность этого эксперимента возникла не сразу. Еще в 60-х годах при анализе спектра отраженного Венерой радиосигнала было обнаружено, что планета рассеивает радиоволны не как однородная сфера. Обширные области планеты (рис. 8) при наклонном падении луча отражают радиоволны к источнику излучения более интенсивно, чем окружающая местность, и выглядят «радиояркими» на ее фоне. В спектре отраженного сигнала эти области проявлялись как характерные детали, которые регулярно меняют свое положение и наблюдаются в каждом нижнем соединении, когда Венера сближается с Землей. По перемещению этих деталей в спектре удалось с большой точностью установить период вращения Венеры и ориентацию оси ее вращения.

Позднее с помощью крупнейших радиолокационных установок в Аресибо и Голдстоуне (США) были получены изображения отдельных участков поверхности Венеры с пространственным разрешением 10 – 20 км.

Эти изображения относятся к обращенному к Земле в период нижнего соединения полушарию Венеры. Противоположным полушарием планета поворачивается к Земле спустя 3 месяца, когда расстояние между нею и Землей возрастает в 3 раза, и отраженный сигнал ослабевает почти в 100 раз. Полярные области Венеры вообще недоступны для наблюдений с Земли.

Установка радиолокатора на искусственном спутнике, обращающемся вокруг планеты, снимает эти ограничения. Кроме того, появляется возможность измерить профиль высот поверхности по трассе полета. При радиолокации с Земли профиль поверхности уверенно определяется только для экваториальной области Венеры, где радиоволны падают перпендикулярно поверхности.

Космические аппараты «Венера-15» и «Венера-16» выведены на близкие к полярным, сильно вытянутые эллиптические орбиты вокруг планеты с периодом обращения 24 ч. Минимальное расстояние аппаратов от поверхности Венеры в перицентре, приходящемся примерно на 60° северной широты, около 1000 км, максимальное расстояние – в апоцентре – 65 000 км. Параметры орбиты выбраны таким образом, чтобы снять северную полярную область Венеры, недоступную для наблюдения с Земли.

При прохождении космических аппаратов вблизи планеты за 16 мин ежедневно снималась полоса поверхности длиной 7000 – 8000 км. Съемка начиналась на широте 80° за северным полюсом Венеры. Аппарат проходил вблизи него и, двигаясь примерно вдоль меридиана, заканчивал съемку на широте 30°.

Во время съемки с помощью системы астроориентации искусственный спутник приводится в медленное вращение. При этом ось антенны радиовысотомера-профилографа оказывается направленной по местной вертикали к центру планеты, а ось радиолокатора бокового обзора, снимающего изображение поверхности сбоку от трассы полета, находится в плоскости, проведенной через местную вертикаль перпендикулярно плоскости орбиты. Съемка космическими аппаратами «Венера-15» и «Венера-16» велась под углом около 10° к вертикали – в этом случае обратное рассеивание имеет большую интенсивность. Мощность отраженного сигнала превышает в 30 – 100 раз мощность шума приемной аппаратуры, которая автоматически адаптируется к уровню отраженного сигнала. Это обеспечивает практически одинаковое качество радиолокационных изображений как в районах с высокой, так и с низкой отражательной способностью.

Проблема состояла в том, чтобы запомнить большой объем информации и затем передать его на Землю. Запоминающие устройства космических аппаратов «Венера-15» и «Венера-16» обеспечивали накопление отраженных сигналов в цифровой форме в течение 16 мин непрерывной съемки. Прием информации на Земле велся двумя антеннами, одна из которых с диаметром главного зеркала 70 м находится в Крыму в Центре дальней космической связи под Евпаторией, а вторая – под Москвой на радиоастрономической станции Московского энергетического института.

Научно-методические основы эксперимента были подготовлены предшествующими радиолокационными наблюдениями Венеры с Земли, которые в Советском Союзе возглавляет директор Института радиотехники и электроники АН СССР академик В. А. Котельников. В ходе этих работ стали известны характеристики обратного рассеяния радиоволн поверхностью Венеры, определяющие контрастность радиолокационного изображения.

При выборе рабочей длины волны руководствовались тем, что метод «синтеза апертуры», примененный для достижения необходимого пространственного разрешения при боковом обзоре, с укорочением волны дает лучшее разрешение. Предел укорочению волны ставит поглощение электромагнитного излучения в венерианской атмосфере, прежде всего в углекислом газе, из которого она почти целиком состоит. На волне 8 см, выбранной для радиолокационной системы, атмосферное поглощение вызывает уменьшение мощности отраженного сигнала в 1,6 раза. При дальнейшем укорочении волны атмосферное поглощение проявляется очень резко и, например, для волны 3 – 4 см вызывает уменьшение мощности отраженного сигнала в 10 раз.

Венерианская атмосфера, плотность которой у поверхности в 50 раз выше, чем на Земле, увеличивает время запаздывания отраженного сигнала, причем тем сильнее, чем больше ее толщина над данной точкой. Над средним уровнем поверхности планеты увеличение запаздывания составляет 1,7 мкс, или 260 м в пересчете к высоте. Оно учитывается при обработке данных.

Вследствие атмосферной рефракции траектория радиолуча при боковом обзоре несколько искривляется и приближается к вертикали. Это вызывает смещение точки, в которой происходит отражение, по направлению к трассе. Однако из-за небольшой величины угла, составляемого радиолучом с вертикалью, это смещение не превышает 100 м, и им можно пренебречь. Величина рефракции и поглощения радиоволн в атмосфере Венеры была оценена на основе данных, полученных спускаемыми аппаратами автоматических межпланетных станций серии «Венера».

Обработка отраженного сигнала и построение радиолокационных изображений и профилей высот поверхности Венеры ведутся в Институте радиотехники и электроники (ИРЭ) АН СССР, куда информация поступает в записи на магнитных лентах. Здесь создан комплекс аппаратуры, оборудованный электронными вычислительными машинами.

Отраженный сигнал представляет собой радиоголограмму. Обычно, чтобы получить на ее основе изображение, применяют когерентный оптический процессор (вычислитель). Для обработки радиоголограмм, которые получаются в условиях изменяющейся высоты и скорости космического аппарата, движущегося по эллиптической орбите, впервые применено специализированное электронное вычислительное устройство – процессор Фурье, разработанный ИРЭ АН СССР совместно с Институтом электронных управляющих машин Минприбора СССР. Операцию преобразования Фурье процессор выполняет в 50 раз быстрее, чем, скажем, это делает большая универсальная ЭВМ типа БЭСМ-6.

Рис. 9. Схема радиолокационной съемки

Передатчик радиолокационной системы космических аппаратов «Венера-15» и «Венера-16» работает длинными импульсами, повторяющимися через 0,3 с, после каждого из которых принимаются и регистрируются в цифровой форме массивы отсчетов отраженного сигнала, составляющие радиоголограмму. При обработке каждой радиоголограммы синтезируется кадр радиолокационного изображения шириной 20 – 40 км и высотой около 150 км. Отдельные кадры (а их более 3000) объединяются в сплошную полосу, которая наносится вдоль трассы полета. При этом необходимо учитывать изменения высоты и скорости космического аппарата от кадра к кадру. С этой целью для каждой точки изображаемой поверхности вычисляют наклонную дальность и радиальную составляющую скорости относительно космического аппарата, для чего используют данные о его расстоянии и скорости по отношению к центру масс Венеры. Соседние кадры перекрываются на 80 – 90%, что обеспечивает возможность усреднения независимо полученных данных и уменьшение за счет этого флуктуационной погрешности измерения мощности отраженного сигнала. Такую погрешность вызывает интерференция радиоволн, отраженных отдельными точками в пределах разрешаемого элемента поверхности, что в оптике носит название «спекл-эффекта».

После обработки информации, полученной при прохождении космического аппарата вблизи планеты, строят изображение полосы поверхности, вытянутой приблизительно вдоль меридиана (рис. 9). К следующему прохождению через 24 ч планета поворачивается на угол около 1,5°, и после обработки получается изображение новой полосы. Во время регулярной съемки в Институт геохимии и аналитической химии им. В. И. Вернадского АН СССР и Центральный научно-исследовательский институт геодезии, аэросъемки и картографии ГУГК направлялись обработанные материалы радиолокационной съемки для геолого-морфологического анализа и картографической обработки. Еженедельно передавалось около 100 бланков на фотобумаге и фотопленке с радиолокационными изображениями и профилями высот поверхности Венеры.

Далее предстояло объединить между собой отдельные полосы и получить сплошное изображение в определенной картографической проекции, или фотоплан.

Как известно, сферу невозможно развернуть на плоскость. Поэтому отдельные полосы наносили на сферу в венерографической системе координат, а затем поточечно проецировали на коническую поверхность, которую уже можно развернуть на плоскость. Эта коническая поверхность (рис. 10) проводится через некоторые две параллели, выбранные так, чтобы геометрические искажения в плоскости фотоплана были минимальными. Проецирование велось цифровыми методами. В местах перекрытия соседних полос яркость изображения бралась с весовым множителем, убывающим линейно к краю, чтобы «полосатость» не была заметна.

Рис. 10. Фотоплан области Гор Максвелла, построенный по результатам радиолокационной съемки КА «Венера-16» с 12 по 25 января 1984 г. Проекция нормальная равноугольная коническая Ламберта–Гаусса. Стандартные параллели 58,3° и 72,4°

При построении полос, из которых создается фотоплан, не учитывалась местная высота изображенного рельефа. Изображения наносили на сферу радиуса 6951 км, принятого за среднее значение радиуса Венеры. Значительные отклонения местного радиуса от среднего значения, превышающие в районе Гор Максвелла 10 км, приводили к смещению деталей изображения перпендикулярно трассе на величину до 90 км и искажению их формы. При построении фотоплана учитывали высоту местного рельефа и вносили поправки в координаты космического аппарата, уточненные в Институте прикладной математики АН СССР по методике, которая учитывает возмущения параметров орбиты во время работы двигателей системы астроориентации.

Общая площадь представленного фотоплана – 2 млн. км². Это наиболее детальное изображение Гор Максвелла и окружающей области из всех существующих. В центре находится огромное образование – Патера Клеопатра. Диаметр этого кратера составляет 95 км. Внутри него второй кратер смещен к северо-западу относительно центра внешнего, где их края почти совпадают. Анализ профиля высот по трассе, пересекающей Патеру Клеопатра, показывает, что внешний кратер имеет глубину 1,5 км, а дно внутреннего опущено еще на 1 км.

С запада и юго-запада район Патеры Клеопатра окружен параллельными горными хребтами, тянущимися на сотни километров. Здесь в 200 км к западу от центра кратера находится самая высокая точка Венеры, возвышающаяся над средней сферой на 11,5 км. Эта точка была зафиксирована радиовысотомером-профилографом космического аппарата «Венера-16» 14 января 1984 г. С запада горные хребты сдавлены массивной плитой Плато Лакшми высотой 5 – 6 км. С востока от кратера рельеф носит более хаотичный характер. Непосредственно вокруг кратера рельеф сглажен, по-видимому, выбросом при ударе метеорита, образовавшего кратер, и выглядит более светлым.

С юга к Горам Максвелла примыкает край равнины Седны. К северу Горы Максвелла переходят в извивающийся «жгут», который на самом севере представленной территории сливается с равниной. На снимке это всего лишь небольшой участок обширной околополярной равнины, открытой космическими аппаратами «Венера-15» и «Венера-16»; ей предполагается дать название «Аврора».

Не так давно в Аресибо (США), где исследования поверхности Венеры ведутся уже более 15 лет, было получено радиолокационное изображение области Гор Максвелла с разрешением 3 км. Радиолокационная установка в Аресибо оборудована антенной с неподвижным сферическим зеркалом диаметром 300 м и передатчиком мощностью 450 кВт на волне 12,6 см. Однако с помощью этой установки хорошо просматривается только центральная часть горного района, имеющая шероховатую структуру поверхности. Окружающее пространство с более гладкой поверхностью тонет в тени вследствие низкого уровня отраженного сигнала. Если наблюдать Венеру с Земли, то в дополнение к большому расстоянию угол падения между радиолучом и местной вертикалью становится равным венерографической широте места, которая для Гор Максвелла составляет 60 – 70°. В отличие от этого на фотоплане Гор Максвелла, построенном по данным радиолокационной съемки Венеры космическим аппаратом «Венера-16» с разрешением около 1 км, детали поверхности просматриваются везде одинаково хорошо. Следует подчеркнуть, что площадь фотоплана области Гор Максвелла составляет всего лишь 2% территории, снятой космическими аппаратами «Венера-15» и «Венера-16».

Сопоставление фотоплана области Гор Максвелла, снятой советскими космическими аппаратами, с изображением той же местности, полученным в США, подтверждает мысль, что радиолокационная съемка Венеры космическими аппаратами «Венера-15» и «Венера-16» открыла новую эпоху в исследованиях этой планеты.

15 и 21 декабря 1984 г. в Советском Союзе осуществлен запуск автоматических межпланетных станций «Вега-1» и «Вега-2».

Обе станции аналогичны по конструкции и назначению. На них установлена научная аппаратура, разработанная и изготовленная в рамках международного проекта «Венера–Галлей»¹. В создании комплекса научной аппаратуры и оборудования станций вместе с советскими специалистами принимали участие специалисты Австрии, Болгарии, Венгрии, ГДР, Польши, Франции, ФРГ и Чехословакии.

¹ Подробнее об этом проекте см.: Марочник Л. С., Скуридин Г. А. На встречу с кометой Галлея // Природа. 1982. № 8. С. 2.

Научная программа полета состоит из двух этапов. В середине июня 1985 г. станции с интервалом в несколько дней подлетают к Венере, от них отделяются спускаемые аппараты с научной аппаратурой (массой 117 кг), которые проведут исследования облачного слоя и атмосферы планеты, а после мягкой посадки – поверхности Венеры (табл. 1). При снижении в атмосфере от каждого спускаемого аппарата отделяется аэростатный зонд массой 115 кг с приборами и радиоинтерферометрическим передатчиком. В течение 1 – 2 сут зонды будут дрейфовать в венерианской атмосфере, что позволит, благодаря приему от них радиосигналов, провести принципиально новые эксперименты по изучению циркуляции атмосферы Венеры и ее метеорологических параметров.

На втором этапе после отделения спускаемых аппаратов станции «Вега» перейдут на траектории, которые обеспечат им в начале марта 1986 г. встречу с кометой Галлея; впервые с пролетной траектории будут проведены непосредственные комплексные исследования этой кометы (табл. 2). Станции с интервалом в несколько дней пройдут на расстоянии примерно 10 тыс. км от ядра кометы, при этом они пересекут ее атмосферу (кому). Исследования кометы будут включать изучение ядра оптическими приборами, физических характеристик и химического состава пылевых частиц, покидающих ядро кометы, заряженных частиц, нейтрального газа и полей в кометной атмосфере.

Запуск двух станций «Вега» позволит увеличить длительность измерения характеристик кометы Галлея, а также исследовать различные районы планеты Венера.

Научная информация будет поступать в Институт космических исследований АН СССР для обработки и анализа совместно с участниками эксперимента – специалистами Австрии, Болгарии, Венгрии, ГДР, Польши, Франции, ФРГ и Чехословакии.

Создание и запуск станций «Вега», предназначенных для выполнения сложной, многоэтапной научно-технической программы, – новое достижение советской науки и техники, яркое свидетельство высокой эффективности международного сотрудничества в деле мирного изучения и освоения космического пространства.

Центр дальней космической связи, 28. (ТАСС). Третий месяц продолжается полет автоматических межпланетных станций «Вега-1» и «Вега-2», предназначенных для исследований планеты Венера и кометы Галлея.

За истекший период со станциями проведено 67 сеансов радиосвязи, в которых выполнялись измерения параметров траекторий движения, контролировалась работа бортовых систем, передавалась на Землю научная и телеметрическая информация. Станции «Вега-1» и «Вега-2» продолжают движение по траекториям, близким к расчетным.

В ходе полета по трассе Земля–Венера со станций ведутся измерения характеристик галактических и солнечных космических лучей, магнитных полей и межпланетной плазмы.

С целью подготовки к принципиально новым исследованиям циркуляции атмосферы Венеры с помощью аэростатных зондов 21 января и 18 февраля проводился прием сигналов радиопередатчиков, установленных на космических аппаратах «Вега-1» и «Вега-2». В приеме и обработке этой информации принимали участие станции, расположенные в Крыму – Евпатории и Симеизе, под Москвой, в Голдстоуне (США), в Джодрелл Бэнк (Англия), в Канберре (Австралия), в Онсала (Швеция). В ходе экспериментов обрабатывалось взаимодействие различных звеньев наземной измерительной системы, с помощью которой будет обеспечиваться точное определение местоположения аэростатных зондов во время их предстоящего дрейфа в атмосфере Венеры. К 28 февраля 1985 г. станции «Вега-1» и «Вега-2» удалились от Земли соответственно на 18,7 и 17,8 млн. км.

По данным телеметрической информации, бортовые системы станций функционируют нормально. Научная информация, поступающая с межпланетных трасс, обрабатывается и изучается в Институте космических исследований Академии наук СССР, а также в других советских и зарубежных научных центрах, участвующих в эксперименте.

Две советские межпланетные станции уже преодолели половину пути до планеты Венера – первой «остановки» в своем долгом космическом путешествии. Сеансы связи с аппаратами расписаны. В каждом из них станции отчитываются о своем «самочувствии». В общем, привычная для современной космонавтики картина.

Началу космической экспедиции всегда предшествует длительная, кропотливая работа на Земле по разработке, созданию и исследованию работоспособности элементов конструкции и, наконец, космического аппарата в целом.

На каждом космическом аппарате есть устройства, к созданию и отработке которых проявляется наибольшее внимание, так как они во многом определяют решение основных задач научного эксперимента.

Аэростатный зонд должен работать в атмосфере Венеры. Значит, необходимо создать для него прочную и легкую оболочку, способную надежно противостоять суровым условиям на планете. При дрейфе зонда в облаках, содержащих пары и капли серной кислоты, оболочка не должна терять прочность и герметичность, она обязана выдерживать высокую температуру и давление заполняющего ее газа, – гелия – не должна превышать 25 г/сут, а сам материал оболочки при взаимодействии с внешней средой не должен увеличивать массу. В отечественной и зарубежной практике не было опыта изготовления аэростатных оболочек для подобных условий. Легкие материалы, обычно применяемые для аэростатов, работающих в атмосфере Земли, не выдерживают паров серной кислоты и не обеспечивают высокой прочности. Не удовлетворяют этим требованиям и применяемые для склейки полотнищ клеи. Следовательно, понадобилось создать новый материал и технологию изготовления оболочки. Была проведена научно-исследовательская работа, в результате которой появилась модифицированная фторлоновая лакоткань. Она и стала основным конструкционным материалом аэростата. Разработана также технология сварки, склейки материала оболочки, прессования горловин, нанесения дополнительных покрытий, выбрана оптимальная форма укладки оболочки в контейнер.

Во время перелета к Венере аэростатный зонд находится в транспортном положении. Процесс перевода его в рабочее состояние сложен: надо отделить от спускаемого аппарата, извлечь зонд из контейнера и наполнить гелием. Все эти операции, естественно, предварительно отрабатывались на Земле. При одном из видов наземных испытаний аэростатный зонд сбрасывали с вертолета. Следующий вид испытаний, в ходе которых с помощью специально оборудованного самолета создавались условия для введения в действие аэростатного зонда, максимально приближенные к рабочим, подтвердили правильность принятых решений и надежность этой необычной научной лаборатории, которая должна парить в небе Венеры.

Одно из основных испытаний для аппарата, спускаемого на поверхность Венеры, – проверка его на центрифуге. Имитировались не только линейные перегрузки в сотни единиц, но и распределение нагрузок по поверхности теплозащитной оболочки, а также динамика процесса входа в атмосферу. Для имитации этих воздействий использовались центрифуга большой грузоподъемности и мощности, а также специальная испытательная установка, воспроизводящая поверхностные нагрузки и динамику входа. Спускаемый аппарат как бы «плавает» в сферической части установки, заполненной водой. Начинается программированный разгон. За несколько десятков секунд установка – многотонная гондола с закрепленным внутри спускаемым аппаратом – раскручивается до огромной скорости. По команде подрывается пирозамок, освобождается гондола, и на экране осциллографа регистрируются колебания спускаемого аппарата.

После Венеры станции направятся к комете Галлея. Успех исследования кометы определяется в большой степени «жизнестойкостью» аппаратов при бомбардировке их пылевыми частицами (микрометеоритами) во время встречи с кометой. Без защитной системы не обойтись, но как убедиться в ее надежности? Совместно с институтами АН СССР был разработав метод численного моделирования. Расчеты проверялись экспериментально. Была проведена серия интереснейших опытов. С помощью взрывных метательных устройств, легкогазовых баллистических установок, лазерного излучения, а также релятивистских электронных пучков проводилось моделирование эффектов высокоскоростного удара. Были приняты меры по повышению живучести посланца Земли. Защита выполнена в виде двухслойных, а в некоторых случаях и трехслойных противопылевых экранов – своеобразных щитов из алюминиевого сплава. Первый слой предназначен для того, чтобы испарить микрометеорит. Продукты микровзрыва и откольные частицы задерживаются другими слоями экранов.

Так как не может быть полной гарантии безопасности космического аппарата при пролете вблизи ядра кометы, пришлось отказаться от записи научной и служебной информации на запоминающее устройство. Предусмотрена передача ее непосредственно на Землю в «кометном сеансе связи». Это в свою очередь заставило почти в 20 раз увеличить информативность радиолинии и ввести постоянную ориентацию остронаправленной антенны на Землю во время пролета кометы. Оптический комплекс научной аппаратуры вынесен за пределы аппарата на специально разработанную автоматическую стабилизированную платформу.

Именно к приборам и устройствам этого комплекса было привлечено максимальное внимание большинства участников международного научного эксперимента.

Учеными Института космических исследований АН СССР под руководством академика Р. Сагдеева была разработана инженерная модель кометы Галлея. Она дала возможность разработчикам представить те проблемы и трудности, которые необходимо преодолеть при создании поворотной платформы и ее системы управления. Наблюдения, на основании которых создавалась модель, показали, что при прохождении перигелия орбиты (ближайшей точки к Солнцу) на поверхности ядра под действием тепла могут возникать взрывы, во время которых большая масса кометного вещества выбрасывается в окружающее пространство. Это так называемые «джеты». Они вносят дополнительную трудность при слежении за ядром самой кометы.

После длительного изучения возможных вариантов поиска, наведения и слежения за кометой было решено использовать с этой целью камеры телевизионной системы – научного прибора, разработанного совместно советскими, венгерскими и французскими специалистами для проведения телевизионной съемки ядра кометы. В то же время продолжались работы над дублирующим вариантом, предназначенным для наведения служебным прибором – аналоговым датчиком. Автоматическая стабилизированная платформа создавалась совместно советскими и чехословацкими специалистами и изготовлена на предприятиях Чехословакии.

В момент встречи с кометой расстояние между станциями и Землей будет около 170 млн. км. Сигнал с Земли придет на станцию лишь через 10 мин. Поэтому наряду с управлением по командам с Земли, используемым в других сеансах съемок кометы, необходимо было предусмотреть возможность управления на основе данных, заложенных в память микропроцессора. Советские и венгерские математики в короткий срок разработали алгоритмы и программы для управления телевизионными камерами, автоматического поиска и обнаружения кометы, определения координат ядра, формирования управляющих сигналов на приводы следящей системы поворотной платформы. Но прежде чем окончательно заложить программы в память микропроцессора, необходимо было тщательно отработать их – ведь возможны самые разные ситуации. В Центральном институте физических исследований Академии наук Венгрии был создан специальный стенд, в котором движение кометы имитировалось перемещением слайда с ее изображением перед камерами телевизионной системы.

Своевременное завершение полного объема наземной отработки оптического комплекса научной аппаратуры стало возможным благодаря совместным усилиям, взаимопомощи специалистов разных стран. Значительный вклад внесли советские специалисты.

Автоматические межпланетные станции продолжают полет. Успешное начало новых исследований в космосе – заслуга всех участников международного проекта «Венера – комета Галлея», специалистов и ученых СССР, НРБ, ВНР, ГДР, ПНР, ЧССР, Франции, Австрии и ФРГ. Этот проект стал еще одним ярким доказательством широких перспектив, открывающихся перед учеными и специалистами Земли при международном сотрудничестве, направленном на мирное освоение космического пространства.

Центр дальней космической связи, 15. (ТАСС). Завершается четвертый месяц полета автоматических межпланетных станций «Вега-1» и «Вега-2» космического проекта «Венера–комета Галлея».

В соответствии с программой полета в течение последнего месяца регулярно осуществлялись включения установленной на станциях научной аппаратуры, предназначенной для исследований межпланетного космического пространства на трассе перелета и измерения характеристик кометного вещества.

В сеансах связи продолжалась отработка взаимодействия наземных измерительных пунктов, из которых образована международная сеть для изучения глобальной циркуляции атмосферы Венеры с помощью аэростатных зондов. Прием информации с космических аппаратов вели советская станция в Евпатории, а также станции, расположенные в США и Австралии.

Анализ информации с межпланетных трасс, проведенный в Институте космических исследований Академии наук СССР и других советских и зарубежных научных центрах, показал, что все системы и научная аппаратура станций функционируют нормально.

К 15 апреля 1985 г. станции «Вега-1» и «Вега-2» удалились от Земли соответственно на 33,1 и 32,7 млн. км. Спускаемые аппараты станций вместе с отделяющимися от них аэростатными зондами должны войти в атмосферу планеты Венера 11 и 15 июня 1985 г.

Выполнен важный этап международного проекта «Вега–комета Галлея». 11 июня 1985 г. начат принципиально новый эксперимент по изучению циркуляции атмосферы Венеры и ее метеорологических параметров.

Преодолев за шесть месяцев полета расстояние около 500 млн. км, станция «Вега-1» достигла окрестностей планеты Венера. 9 июня от станции был отделен спускаемый аппарат, который 11 июня при входе в атмосферу разделился на посадочный аппарат и аэростатный зонд.

Аэростатный зонд, оболочка которого после его отделения была наполнена гелием, совершает дрейф в атмосфере на высоте 54 км. На зонде установлены передающий радиокомплекс и научная аппаратура, предназначенная для измерений параметров атмосферы и облачного слоя Венеры. Прием радиосигналов с борта аэростатного зонда, а также определение его координат и скорости перемещения в атмосфере планеты осуществляются советской и международной сетями наземных радиотелескопов, работающих по согласованной программе и расположенных на территории Европы, Азии, Австралии, Африки, Северной и Южной Америки.

Во время снижения посадочного аппарата с помощью установленного на нем комплекса научных приборов продолжалось начатое в предыдущих полетах советскими автоматическими станциями изучение облачного слоя, физических характеристик и химического состава атмосферы. Посадочный аппарат совершил посадку в точке с координатами 7° 11′ северной широты и 177° 48′ долготы в районе равнины Русалки. На поверхности Венеры выполнен комплекс научных исследований. Прием и ретрансляция на Землю научной информации с посадочного аппарата осуществлялись с помощью радиосистемы станции «Вега-1».

В создании научной аппаратуры посадочного аппарата и аэростатного зонда наряду с советскими учеными принимали участие специалисты Франции.

После отделения спускаемого аппарата автоматическая станция «Вега-1» прошла на расстоянии 39 тыс. км от поверхности планеты Венера и продолжает полет к комете Галлея.

Межпланетная станция «Вега-2», запущенная на шесть суток позже станции «Вега-1», достигнет окрестностей планеты Венера 15 июня 1985 г.

По данным телеметрической информации, бортовые системы аэростатного зонда и автоматических станций функционируют нормально. Научная информация поступает и обрабатывается в Институте космических исследований Академии наук СССР, а также в других советских и зарубежных научных центрах, участвующих в международном проекте «Венера–комета Галлея».

Советской наукой и техникой вписана еще одна яркая страница в историю космонавтики. Выполнен важный этап комплексных научных исследований в атмосфере и на поверхности планеты Венера. 15 июня 1985 г. автоматическая межпланетная станция «Вега-2» доставила в атмосферу планеты посадочный аппарат и автономный аэростатный зонд. Пройдя на расстоянии 24 500 км от поверхности Венеры, станция продолжает полет к комете Галлея.

Как уже сообщалось, станция «Вега-2» была выведена на межпланетную траекторию в декабре прошлого года. 13 июня при подлете к Венере от нее был отделен спускаемый аппарат, который 15 июня разделился на аэростатный зонд и посадочный аппарат.

Аэростатный зонд произвел снижение на парашюте и после наполнения его оболочки гелием совершает дрейф в атмосфере планеты на высоте 54 км, проводя регулярные измерения метеорологических параметров. Прием информации с борта зонда, оснащенного уникальной радиосистемой, а также определение его координат и скорости перемещения осуществляются советской и международной сетями наземных радиотелескопов.

Посадочный аппарат совершил мягкую посадку на ночную сторону Венеры в точке с координатами 6° 27′ южной широты и 181° 51′ долготы в районе равнины Русалки.

Во время спуска в атмосфере проводились исследования ее состава и физических характеристик. С помощью установленного на аппарате грунтозаборного устройства на поверхности планеты в условиях температуры окружающей среды 452° C и давления 86 атм проведены бурение поверхностного слоя грунта планеты, взятие проб и их анализ с целью определения элементного состава пород в новом районе.

С использованием выносного прибора определены физико-механические свойства поверхностного слоя грунта. Данные о работе систем и научных приборов посадочного аппарата принимались и ретранслировались на Землю автоматической межпланетной станцией «Вега-2».

Намеченная программа исследований атмосферы Венеры с помощью аэростатного зонда станции «Вега-1» выполнена полностью. Совершая дрейф на высоте около 50 км со средней скоростью 200 км/ч и переместившись с ночной стороны планеты на освещенную, зонд преодолел расстояние около 10 тыс. км.

Исследования, проведенные в атмосфере и на поверхности планеты, подтвердили правильность и эффективность принятых конструктивных решений.

Успешное осуществление двумя автоматическими станциями важного этапа проекта «Венера–комета Галлея» – замечательное свидетельство научно-технического прогресса Советской страны, яркий пример плодотворного международного сотрудничества в мирном освоении космического пространства.

Новое выдающееся достижение советской космонавтики является достойным подарком ученых, конструкторов и рабочих XXVII съезду Коммунистической партии Советского Союза.

В рамках международного проекта «Вега», открывающего этап принципиально новых исследований атмосферы Венеры, а также программу изучения малых тел Солнечной системы – комет и астероидов, – советские космические аппараты «Вега-1» и «Вега-2» доставили в атмосферу Венеры вместе со спускаемыми аппаратами два аэростатных зонда.

Эти автономные научные станции включали в себя радиопередающую систему, блок метеорологических датчиков, аппаратуру преобразования и хранения информации, блок батарей. Масса аэростатного зонда – 21 кг.

В атмосфере Венеры зонды плавали на высоте около 54 – 55 км, где давление составляет 0,5 атм, а температура 40° С. Эта высота соответствует наиболее плотной части облачного слоя Венеры, в которой, как предполагалось, более отчетливо должно проявиться действие механизмов, поддерживающих удивительно быстрое вращение атмосферы с востока на запад вокруг планеты – так называемую суперротацию атмосферы. В верхней части облачного слоя ветры на Венере дуют с ураганной скоростью – 360 км/ч, и за 100 ч атмосфера на этой высоте успевает сделать полный оборот вдоль по широте.

Главная задача аэростатного эксперимента заключалась в том, чтобы получить новую информацию о динамике атмосферы Венеры. Ведь зонд в отличие от спускаемого аппарата дает возможность проводить измерения в течение длительного времени и над разными участками планеты. Каждый аэростатный зонд проработал 46 ч и за это время пролетел под действием ветра 12 тыс. км, измеряя вдоль трассы полета температуру, давление, вертикальные порывы ветра, дальность видимости в облаках, среднюю освещенность и следя за наличием световых вспышек. Полет зондов начинался из района середины ночи, а закончили они свою работу на дневной стороне.

Научная ценность аэростатного эксперимента в атмосфере Венеры, определяемая составом и точностью измерений и объемом принимаемой на Земле информации, была в значительной степени увеличена благодаря широкой международной кооперации при измерениях координат и скорости зонда. В эксперименте использовался метод радиоинтерферометрии с большой базой, предложенный в свое время советскими радиоастрономами. Он заключается в том, что сигналы одновременно принимаются, как минимум, тремя радиотелескопами, находящимися на больших расстояниях друг от друга, и регистрируются на магнитную ленту вместе с метками точного времени. Координаты и скорость аэростатного зонда получаются в результате совместной обработки всех магнитных лент.

Сигналы аэростатных зондов принимали практически все крупнейшие радиотелескопы мира. Благодаря этому было возможно регистрировать телеметрию с зондов и измерять их скорости и координаты с максимальной точностью в течение всего времени их работы. В Советском Союзе сигналы принимались на огромные антенны диаметром 70 м в Евпатории и Уссурийске, 64-метровую антенну под Москвой и меньшие антенны в Симеизе, Улан-Уде, Пущине.

В соответствии с предложением совета «Интеркосмос», по программе которого проводился аэростатный эксперимент проекта «Вега», французский национальный центр космических исследований (КНЕС) организовал и координировал международную сеть радиотелескопов для радиоинтерферометрических измерений координат и скорости аэростатных зондов и приема телеметрической информации от них. Научное руководство работой международной сети осуществлялось известными учеными – французским академиком Ж. Бламоном и американским радиоастрономом Р. Престоном. Основу этой сети составляли три 64-метровые антенны в США в Голдстоуне, Мадриде и Канберре. Кроме них, работали радиотелескопы в городах Эйфельсберг (ФРГ), Онсала (Швеция), Пентинктон (Канада), Аресибо (Пуэрто-Рико), Гринбэнк (США), Форт-Дэвис (США), Атибайя (Бразилия), Джодрэл Бэнк (Великобритания). Кроме того, французскими учеными в научной кооперации с отдельными учеными. США разрабатывалась часть научного комплекса зонда.

Радиотелескопы одновременно с сигналами аэростатного зонда принимали и регистрировали в том же диапазоне опорные сигналы от космических аппаратов «Вега». Это позволило исключить искажения, вносимые межпланетной средой и ионосферой Земли, через которую распространялись сигналы. Траектории же самих космических аппаратов «Вега-1» и «Вега-2» определялись с высокой точностью по измерениям их угловых расстояний относительно внегалактических источников радиоизлучения – квазаров. Итоговая точность измерений координат аэростатных зондов составила около 10 км, точность измерений скорости – около 1 м/с.

В процессе полета экспресс-обработка научной информации проводилась в Евпатории, Мадриде и Голдстоуне практически в реальном масштабе времени. Безотказно функционировал канал связи между Институтом космических исследований АН СССР и французским центром в Тулузе, получавшим информацию от зарубежных радиотелескопов.

Первая оценка телеметрической информации показала наличие аномально-активных процессов в облачном слое Венеры, характеризующихся мощными восходящими и нисходящими потоками. Полет аэростатных зондов проходил в различных газовых массах. Вдоль всей траектории дрейфа первого зонда было теплее на 8°. Когда второй зонд пролетел над 5-километровой вершиной в районе Афродиты, он попал в своеобразную воздушную яму, резко снизившись приблизительно на 1,5 км. Оба зонда «заметили» на ночной стороне изменение фонового уровня освещенности, которое может быть связано с инфракрасным излучением поверхности планеты либо с атмосферными процессами.

В полном объеме телеметрические данные скоро будут доступны ученым для дальнейшей обработки и анализа. Обработку результатов измерений координат и скорости планируется в основном завершить в конце 1986 г. Но уже сейчас можно сказать, что огромный труд по разработке средств для качественно новых исследований в атмосфере Венеры завершился получением уникальной информации, которая не была доступна ранее.

Аэростат был создан коллективом, руководимым членом-корреспондентом АН СССР В. Ковтуненко и Р. Кремневым. К аппаратуре полезной нагрузки зонда предъявлялись значительно более жесткие ограничения по весу, габаритам, энергопотреблению и надежности, чем к аппаратуре основного космического аппарата. Новые комплексы приемной и регистрирующей аппаратуры на всех советских радиотелескопах, обеспечившие уверенный прием телеметрии при необычайно малой мощности сигналов зонда и сверхточные радиоинтерферометрические измерения, а также комплекс математического обеспечения, необходимый для выделения из шумов очень слабых сигналов, обеспечили успех сложнейшего эксперимента.

Никогда ранее он не проводился при столь жестких ограничениях для бортовой аппаратуры и предельно низком отношении сигналов к шуму на Земле. Это мнение высказывалось и советскими, и зарубежными участниками эксперимента. Все резервы массы и мощности были отданы на увеличение объема получаемых научных данных: установку новых датчиков, повышение скорости передачи информации, продолжительности работы. И все участники эксперимента рады, что риск был не напрасен. Эта оригинальная программа показывает, насколько велик творческий потенциал науки в интересах мирного изучения космоса.

Над средним уровнем поверхности Венеры возвышается по крайней мере два «континента». Это расположенная в северных широтах земля Иштар, напоминающая окруженное горными хребтами плато размером с Австралию, и протянувшаяся вдоль экватора земля Афродиты, равная примерно Африке. К северу от земли Афродиты расположено несколько «долин», среди них и долина Русалки.

Земля Афродиты, долина Русалки – названия, напоминающие о море. Кто знает, может быть, когда-то очень давно, 3 – 4 млрд. лет назад, поднялся над уровнем океана континент, названный теперь землей Афродиты. Но сейчас на поверхности Венеры нет не только океана, нет даже признаков жидкой воды. Да и как ей там сохраниться, если температура поверхности планеты достигает 460 – 480° С. Сейчас это раскаленная пустыня с приповерхностным давлением около 90 атм. В таких условиях и работали посадочные аппараты станций «Вега-1» и «Вега-2», опустившиеся в долине Русалки и северной части земли Афродиты соответственно. Что же изучали в этом венерианском пекле посланцы Земли?

Как известно, полеты к Венере предшествующих советских автоматических станций дали возможность многое узнать об этой интереснейшей планете. Открылся мир, удивительный не столько отличиями, сколько схожестью рельефа и геологических структур с земными, хотя физические условия на этих планетах резко различаются.

Знакомство с изображениями венерианской поверхности приблизило вплотную к необходимости ответить на вопросы: что представляет собою порода планеты, каковы ее химический состав, физические свойства, условия залегания и т. д. Отталкиваясь от этих данных, можно найти ключ к пониманию эволюции и строения планеты.

Первую попытку ответить на эти вопросы сделала станция «Венера-8», измерявшая спектр гамма-излучения естественных радиоактивных элементов. Было установлено, что есть породы, которые по содержанию урана, тория и калия близки к щелочным изверженным породам земной коры.

Однако данных по содержанию радиоэлементов в одной точке недостаточно, чтобы сделать вывод о широкой распространенности на поверхности Венеры столь своеобразных пород, больше всего соответствующих нефелиновым сиенитам, не так часто встречающимся на континентах Земли. Большая часть земной коры (находящаяся под океанами) сложена толеитовыми базальтами с более низким содержанием радиоэлементов. Поэтому подобные исследования были продолжены с помощью станций «Венера-9, -10» в других районах планеты, где содержание радиоэлементов оказалось близким к тому, что наблюдается в земных толеитовых базальтах.

Знание содержания только естественных радиоактивных элементов недостаточно, чтобы в полной мере охарактеризовать тип породы и понять сформировавшие ее процессы. Необходимо знать еще и химический состав. Именно эта задача входила в программу работы станций «Венера-13, -14» и «Вега».

В настоящее время нет ни методов анализа, ни аналитической аппаратуры, которая могла бы работать в климатических условиях, существующих на поверхности Венеры. Поэтому для определения химического состава породы ее пробы доставлялись внутрь герметичного посадочного аппарата и исследовались в нормальных условиях.

Забор грунта и подачу его внутрь посадочного аппарата производило специальное грунтозаборное устройство, способное работать при температуре до 500° C и давлении до 100 кг/см². При этом оно было готово иметь дело с грунтами, физико-механические свойства которых ожидались в широком диапазоне – от сыпучих до скальных. Затем пробы транспортировались в грунтоприемник, расположенный в зоне анализа, где давление газов снижалось примерно в 2000 раз.

Анализ проводился рентгенометрическим методом, который довольно широко применяется в лабораторных условиях. Вся работа грунтозаборного устройства и рентгенофлуоресцентного спектрометра осуществлялась в автоматическом режиме по командам программно-временного устройства.

Для получения более широкой информации о составе венерианской породы использовались также и гамма-спектрометры, определявшие содержание естественных радиоактивных элементов.

Каковы же полученные результаты? На земле Афродиты впервые встречены крайне редкие для Земли магматические породы типа анортозит-троктолита. Именно этим комплексом горных пород определяется первичная материковая кора Луны и Марса (с возрастом 3,8 – 4,6 млрд. лет). На Земле анортозит-троктолиты иногда встречаются, но гораздо более молодого возраста и совсем в иной геологической ситуации.

Естественно, возникает вопрос: а была ли на Земле и Венере – наиболее изученной планете земного типа – эта первичная анортозитовая кора? Или она возникла на заключительных стадиях формирования только относительно небольших планетных тел – Луны и Марса? Вопрос принципиальный, недаром он вызывает много дискуссий.

Конечно, все разнообразие рожденных в мантии магматических пород и связанных с ними руд зависит от многих условий, но прежде всего от того, какие компоненты и в каком количестве отдала мантия при формировании первичной коры планетных тел. Обнаружение на относительно древней поверхности Венеры первичной коры анортозит-троктолитового состава – один из важнейших результатов изучения Венеры советскими космическими аппаратами.

Итак, теперь мы имеем данные о содержании основных породообразующих элементов в трех районах поверхности Венеры и данные о содержании естественных радиоактивных элементов – в пяти районах. О чем же они говорят? На поверхности Венеры уже обнаружены три типа горных пород, заметно отличающихся по своему составу и условиям образования. В районе, прилегающем к молодым (а возможно, и современным) вулканическим образованиям на Венере, как и на Земле, встречены различные базальты. На относительно более древней поверхности холмистых равнин обнаружены редкие для Земли калиевые нефелиновые сиениты. По-видимому, на наиболее древнем из обследованных на Венере участков поверхности – на земле Афродиты и в прилегающем к ней с севера районе – установлено наличие анортозит-троктолитов.

Все это свидетельствует в пользу существования в прошлом и на Земле первичной материковой коры анортозит-троктолитового типа. Но в отличие, скажем, от Луны в коре более крупных планет формируются поля калиевых нефелиновых сиенитов. А как мы знаем по земным образованиям, именно с этими породами связаны руды фосфора и редких земель. Так что, возможно, обнаружение на Венере нефелиновых сиенитов и анортозит-троктолитов позволит перекинуть мостик от маленькой Луны к большой Земле в понимании процессов формирования ее первичной материковой коры.

В июне закончился первый этап космической экспедиции «Венера–Галлей», сокращенно «Вега». Что такое «Вега»? Это большая комплексная программа, или, как теперь часто говорят, проект, в выполнении которого участвуют специалисты многих стран. Цель проекта – с помощью автоматической межпланетной станции доставить на Венеру спускаемые аппараты для исследования атмосферы и поверхности, а затем направить станцию к комете Галлея, рассчитав орбиту станции так, чтобы она смогла пройти через голову кометы.

Самую сложную и дорогую часть проекта – создание космического аппарата и его запуск – взял на себя Советский Союз. Однако для разработки и изготовления ряда научных приборов и систем были приглашены научные учреждения Австрии, Болгарии, ГДР, Венгрии, Польши, Франции, Чехословакии и ФРГ. Во главе проекта стоит Международный научно-технический комитет, его председатель – директор Института космических исследований АН СССР академик Р. 3. Сагдеев.

В истории советских исследований «дальнего» космоса проект «Венера–Галлей» – вдвойне необычное явление: впервые в рамках одного проекта исследуются сразу два тела Солнечной системы, и в первый раз работа проводится на такой широкой международной основе. Следует подчеркнуть, что среди ученых различных стран весьма велик интерес к участию в космических исследованиях. В СССР имеется специальный научный совет «Интеркосмос», задача которого – помогать советским научно-техническим организациям в сотрудничестве с учеными других стран. Надо сказать, проект «Вега» задал «Интеркосмосу» большую работу.

Сложные экспедиции к другим телам Солнечной системы, как правило, осуществляются с помощью двух идентичных космических аппаратов. В основном такое дублирование необходимо для повышения надежности, хотя при этом возрастает и научная отдача, так как условия эксперимента на двух станциях всегда несколько различаются. В данном проекте тоже участвуют две автоматические межпланетные станции: «Вега-1» и «Вега-2». Они успешно стартовали с космодрома Байконур 15 и 21 декабря 1984 г. В июне 1985 г. первый этап экспедиции закончился посадкой на Венеру спускаемых аппаратов.

В своей статье мы хотим рассказать о проблемах исследования Венеры (как они видятся сейчас, после многолетнего научного штурма этой планеты), о конкретных задачах и научных экспериментах, которые ставятся на спускаемых аппаратах миссии «Вега». О кометной части программы речь пойдет в отдельной статье.

Фотографии Земли и Венеры, сделанные с борта космических аппаратов, довольно похожи. Обе планеты почти одинаковы по размерам, обе укрыты облаками. Правда, облачный слой на Венере более мощный, чем на Земле, и это обстоятельство во многом определяет разницу в климате двух планет. На первый взгляд, перед нами две одинаковые планеты, возможно, пригодные для жизни. Но это не так. Суровые климатические условия полностью исключают присутствие биосферы на Венере – температура у ее поверхности около 460° С, давление около 90 атм (рис. 11).

Рис. 11. Зависимость температуры Т и давления Р от высоты Н в атмосфере Земли и Венеры Температурная шкала для земной атмосферы имеет разные масштабы для высот ниже и выше 130 км. Показаны также некоторые области атмосферы и границы между ними Атмосфера Земли: тонкая тропосфера, облачный покров занимает в среднем около 40% планеты; заметные суточные колебания температуры, озонный максимум на высоте около 30 км; холодная мезосфера, температура верхней атмосферы существенно выше, чем поверхности, и днем и в ночное время Атмосфера Венеры: протяженная горячая тропосфера, давление у поверхности 90 атм; сплошной облачный покров толщиной около 20 км; холодная мезосфера; в тропосфере и мезосфере суточные колебания температуры почти отсутствуют, но они очень сильны на высоте более 100 км, тем не менее верхняя атмосфера даже днем более холодна, чем поверхность

Именно с особенностями атмосферных и климатических условий на этих двух планетах связан большой интерес к исследованиям Венеры. Надо выяснить причины, понять, как шла эволюция атмосферы и климата Венеры, проанализировать эти данные вместе с тем, что мы знаем о нашей собственной планете, а также о Марсе. В результате можно будет, вероятно, сделать более точные выводы о будущих изменениях земного климата. Естественно, вопрос о судьбе атмосферы и климата Земли привлекает особое внимание ученых.

Помимо атмосферно-климатологического аспекта исследований, имеются еще два, тоже весьма важных: геологический и космогонический. Для геологии необходимы сведения о строении и химическом составе твердых тел всех планет земной группы. Без этого невозможно восстановить картину ранних стадий в эволюции Земли, а не имея в руках такой картины, трудно разобраться в закономерностях образования полезных ископаемых. Эти же данные необходимы для космогонии. Заметим, что наиболее доступные для исследования «отпечатки» ранних стадий эволюции планеты содержатся в составе атмосферных газов. Особенно важны данные о количестве инертных газов и их изотопов. Дело в том, что среди инертных газов многие являются «реликтовыми» (т. е. первичными, сохранившимися со времен формирования планеты).

Изучение Венеры проводится с учетом всех трех указанных аспектов. 18 октября 1967 г. впервые в истории человечества на Земле были приняты радиосигналы с другой планеты. Их послала межпланетная автоматическая станция «Венера-4». С тех пор на Венере побывало более десятка космических аппаратов, вокруг нее кружатся пять искусственных спутников. Каждая новая космическая экспедиция на Венеру идет значительно дальше предыдущих – ставятся новые эксперименты, совершенствуются и видоизменяются те, которые проводились раньше. Одни проблемы находят решение, или, как говорят, «закрываются», другие оказываются твердым орешком, и их приходится откладывать «на потом», третьи кажутся разрешимыми, но требуют долгой осады. А есть и такие, что вроде бы и решены, а все равно остаются предметом споров из-за того, что не все согласны с правильностью полученного ответа.

Мы коснемся четырех вопросов, на решение которых прямо нацелена научная программа венерианской части миссии «Вега»: 1 – динамика и структура атмосферы, 2 – химический состав атмосферы, 3 – природа частиц облачного слоя, 4 – элементный, химический и минералогический состав грунта.

Несколько слов о том, как происходят вход спускаемого аппарата в атмосферу Венеры, его посадка на поверхность и передача информации. Примерно за двое суток до момента посадки спускаемый аппарат отделяется от автоматической межпланетной станции и продолжает по инерции полет в направлении к Венере. Затем включается маршевый двигатель станции, который корректирует ее орбиту так, чтобы станция не попала на Венеру, а прошла на заданной высоте над местом посадки спускаемого аппарата. Радиосигналы со спускаемого аппарата идут на станцию и ретранслируются ею на Землю. Такая схема передачи сигнала впервые была применена в 1975 г. на «Вене-ре-9» и «Венере-10». Она позволяет пропускать значительно большее количество информации, чем прямая передача на Землю со спускаемого аппарата, применявшаяся ранее (вплоть до «Венеры-8»). Благодаря резкому увеличению информативности на наших венерианских станциях, начиная с «Венеры-9, -10» (их иногда называют станциями второго поколения) стало возможным устанавливать сложные научные приборы – масс-спектрометр и т. д. Подобное значительное увеличение информативности связано с тем, что на автоматической станции установлена ориентированная на Землю антенна, имеющая острую направленность, а на спускаемом аппарате этого нельзя было сделать.

Спускаемый аппарат находится, как ядро ореха в скорлупе, внутри шара, образованного двумя полусферами. Шар защищает его от перегрева во время торможения в атмосфере. Вход в атмосферу совершается на второй космической скорости, торможение начинается на высоте около 115 км. На высоте порядка 62 км скорость снижается до 270 м/с. Раскрывается основной парашют, спускаемый аппарат освобождается от верхней и нижней полусфер, включаются научные приборы, и начинается передача информации. Парашют сбрасывается на высоте около 48 км, примерно через 10 мин после раскрытия. В это время спускаемый аппарат как раз «проныривает» через нижнюю границу облаков. При дальнейшем снижении его движение стабилизируется аэродинамическим щитком. Через 50 мин аппарат садится на грунт, имея скорость в точке посадки около 8 м/с. Сминаемое посадочное кольцо смягчает удар. Теплозащита спускаемого аппарата позволяет его приборам работать еще около двух часов после контакта с поверхностью планеты.

На спускаемых аппаратах «Веги» появилось важное новшество – аэростатный зонд, который отделяется от спускаемого аппарата и свободно плавает в атмосфере на высоте 53 – 55 км. Таким образом, впервые для исследования атмосферы другой планеты использован метеорологический аэростат.

Места посадки выбраны в экваториальной зоне на ночной стороне Венеры. Ночные условия работы продиктованы требованием обеспечить возможность последующего полета автоматической межпланетной станции к комете Галлея: орбита рассчитана так, чтобы гравитационное поле Венеры наиболее оптимальным образом использовалось для продолжения экспедиции.

В августе 1967 г., когда «Венера-4» уже прошла примерно половину своего пути, в Праге шел очередной конгресс Международного астрономического союза. Один из симпозиумов был посвящен планетам. И вот прозвучали два доклада о периоде вращения планеты Венера. Француз А. Дольфюс (Медонская обсерватория) сообщил, что период ее вращения равен 4 суткам, а вслед за ним американец Г. Петтингил (обсерватория Аресибо) назвал другую цифру – около 240 сут.

Рис. 12. Профили (высотное распределение) скорости горизонтального ветра и в атмосфере Венеры по данным: I – «Венеры-12», II – «Венеры-9, -10», III – «Венеры-8», IV – дневного зонда «Пионер-Венера», V – северного зонда «Пионер-Венера» Видно, что на высоте 20 – 65 км атмосфера Венеры охвачена ураганным ветром, скорость которого составляет 50 – 100 м/с

Где же истина? Правы были оба, хотя Петтингил, строго говоря, был «прав больше». Его результаты, так же как аналогичные данные советских специалистов, работавших под руководством академика В. А. Котельникова, были получены с помощью радиолокации и относились к твердому телу планеты. А период 4 сут был получен по фотографиям планеты в ультрафиолетовых лучах и был связан с движением облачного покрова на высоте около 70 км над поверхностью. Если из величины периода определить скорость движения, то получится около 100 м/с – скорость урагана, причем этот ураган дует без передышки на всех широтах и долготах.

Советский ученый В. В. Кержанович (сейчас он работает в Институте космических исследований АН СССР) предложил хитроумный способ, основанный на использовании эффекта Доплера; с его помощью можно определить скорость сноса «Венеры-4» ветром, дующим в атмосфере планеты. С тех пор В. В. Кержанович и его коллеги многократно определяли вертикальный профиль ветра в атмосфере Венеры, анализируя радиосигналы советских автоматических станций (рис. 12). Оказалось, что скорость ветра максимальна на высотах 20 – 60 км, а ниже 45 км она уменьшается, достигая величины около 1 м/с вблизи поверхности. В результате этих и ряда других исследований мы сейчас знаем, что атмосфера Венеры находится в состоянии быстрого движения, которое по направлению совпадает с вращением планеты, но на некоторых высотах значительно превосходит его по скорости. Это явление называется суперротацией.

Для объяснения суперротации было предложено несколько разных гипотез, например, возникновение регулярных движений за счет конвекции, под воздействием атмосферных приливов, из-за внутренних гравитационных волн, в результате глобальной циркуляции симметричного типа. Однако чтобы выбрать какой-то один из этих механизмов, нужно иметь гораздо больше фактических данных. К сожалению, почти все измеренные профили горизонтального ветра получены вблизи экватора. Очень мало известно о вертикальной составляющей вектора скорости ветра, о характеристиках конвекции и турбулентности.

Мы надеемся, что запуск первых аэростатных зондов в атмосферу Венеры откроет новую страницу в исследовании ее динамики. (И в самом деле, чем была бы без метеозонда наша земная метеорология!).

Аэростатный зонд состоит из двух систем: собственно аэростатной (это оболочка диаметром 3,4 м с подвеской) и гондолы. В гондоле установлены приборы метеокомплекса, источники питания (химические батареи), радиопередатчик. В метеокомплекс входят приборы для измерения температуры, давления атмосферы, вертикальной компоненты скорости ветра, оптической плотности облачного слоя, освещенности.

Запускается аэростатный зонд на ночной стороне планеты (рис. 13). Примерно через сутки ветром он сносится к утреннему терминатору и выходит на дневную сторону планеты. Для передатчика выбрана длина волны 18 см, на которой работают радиоастрономы, измеряющие излучение межзвездной молекулы гидроксила в космических радиоисточниках. Уже давно радиоастрономы объединяют радиотелескопы, установленные на разных континентах, в единые системы – интерферометры со сверхдлинной базой, позволяющие получить угловое разрешение объектов порядка 0″, 001 (что в 1000 раз лучше, чем на оптических телескопах). Именно такая международная сеть принимала сигналы аэростатных зондов с Венеры, определяла их положение и скорость движения.

Рис. 13. Дрейф аэростатного зонда в атмосфере Венеры Радиосигнал с него передается на Землю и улавливается антеннами, установленными в разных точках планеты. Одновременно принимается опорный сигнал с орбитального аппарата. Наземные антенны образуют сеть интерферометров со сверхдлинной базой

Научный руководитель аэростатного эксперимента – академик Р. 3. Сагдеев. Большую работу по привлечению зарубежных радиоастрономов для участия в наземных измерениях провел член Французской академии Ж. Бламон. Он известен как горячий энтузиаст применения аэростатов для исследования планет и еще в начале 70-х годов предложил советским ученым запустить воздушный шар в атмосферу Венеры. Идея была с пониманием встречена Главным теоретиком советской космонавтики – академиком М. В. Келдышем.

Научные приборы для метеорологических измерений на аэростатах (а также на самих спускаемых аппаратах) разработаны в лаборатории динамики планетных атмосфер Института космических исследований АН СССР под руководством В. М. Линкина. В метеорологических экспериментах в качестве партнеров участвуют специалисты Франции и вместе с ними (как своего рода «субподрядчики») американские специалисты, хотя США и НАСА официально не участвуют в проекте. Как известно, правительство США прекратило сотрудничество с СССР в области космических исследований, однако научная общественность США заинтересована в его продолжении, и несколько американских ученых нашли себе место в проекте «под крышей» научных учреждений Франции и ФРГ.

Если перечислить все газы, найденные в атмосфере Венеры, получится солидный список: СО₂, N₂, CO, SО₂, H₂О, HCl, HF, H₂S, COS, H₂, О₂, Ar, Ne, Кr, Хе. Казалось бы, все знаем, пора остановиться. Однако такой вывод был бы поверхностным. Дело в том, что если против каждой молекулы написать ее объемное содержание в атмосфере, то возникнет ряд вопросов.

Начнем, однако, с вещей, твердо установленных и понятных. В 1932 г. американские астрономы В. Адамc и Т. Данем (обсерватория Маунт-Вильсон) получили спектр Венеры в ближней инфракрасной области и обнаружили регулярную группу линий (полосу), которая в земных лабораториях никогда ранее не наблюдалась. По расстоянию между линиями в этой полосе они определили момент инерции неизвестной молекулы, он оказался таким же, как у СО₂. Впоследствии эти линии СО₂ наблюдали и в лабораторных условиях, таким образом, отождествление подтвердилось; были найдены в спектре Венеры еще многие другие полосы СО₂. Сейчас этот спектр – самый лучший каталог полос поглощения углекислого газа.

Тем не менее облачный покров Венеры с неизвестными до недавних пор свойствами не давал возможности определить объемное содержание в нем СО₂. Это было сделано только в результате прямого химического анализа, проведенного с помощью «Венеры-4» в 1967 г. в эксперименте, которым руководил академик А. П. Виноградов. После уточнений, полученных в последующих экспедициях, можно назвать довольно точные цифры: объемное содержание углекислого газа равно 96,5 + 0,5%, а 3,5 + 0,5% приходится на азот. Что же остается на долю других газов? Очень немного, хорошо, если в сумме они наберут около 0,1%. Это так называемые малые составляющие; малые они, однако, только по количеству, так как роль многих из них в вопросах химии и эволюции атмосферы Венеры весьма велика.

Как получилось, что углекислый газ, который у нас на Земле – малая составляющая, оказался главным компонентом венерианской атмосферы? Ответ, хотя и неполный, таков: на Земле почти весь СО₂ связан в карбонатах, причем количество этого «плененного» СО₂ примерно такое же, как свободного в атмосфере Венеры. Процесс связывания был указан много лет назад известным американским геохимиком Г. Юри: атмосферный СО₂ растворяется в жидкой воде, а этот раствор реагирует с силикатами, превращая их в карбонаты. Если на поверхности планеты нет жидкой воды, углекислый газ остается в атмосфере. Как раз это и имеет место на Венере и Марсе.

И тут мы подходим к загадке № 1. Если вообразить, что Землю можно нагреть до температуры Венеры, то ее океаны испарятся, превратятся в водяной пар, и образуется атмосфера, состоящая из водяного пара с давлением около 300 атм. Ничего подобного, однако, нет на Венере. Измерения, проведенные с помощью «Венеры-11 и -12» в 1978 г. под руководством одного из авторов этой статьи¹, показали, что в нижних слоях атмосферы Венеры содержание водяного пара измеряется тысячными долями процента, т. е. парциальное давление Н₂О там – единицы миллиметров ртутного столба. Куда же делась вода? По-видимому, либо Венера сразу образовалась как безводная планета, либо она воду потеряла.

¹ Мороз В. И., Мошкин Б. Е., Экономов А. П., Санько Н. Ф., Парфентьев Н. А., Головкин Ю. М. // Письма в Астрон, ж. 1979. Т. 5. № 5. С. 222.

По некоторым данным, водяной пар в атмосфере Венеры обогащен дейтерием. Это свидетельствует о том, что там действительно имел место некоторый процесс, приводящий к потере водорода (а следовательно, и водяного пара), причем более эффективный для основного, более легкого изотопа водорода, нежели для дейтерия. Таким примером могла быть термическая диссипация, в результате которой более легкие атомы покидают верхнюю атмосферу планеты, а более тяжелые остаются в ней. Однако существующие теоретические оценки показывают, что таким способом трудно удалить с Венеры столько водорода, сколько его содержится в земных океанах.

Загадка № 2, хотя и не столь глобального характера, тоже относится к воде. Измерения показывают, что объемное содержание Н₂О по крайней мере в десять раз больше на высотах 40 – 50 км, чем вблизи поверхности (в качестве ориентировочных значений можно указать содержание водяного пара 0,02 и 0,002% на высотах 45 и 0 км соответственно). Должен быть «сток» (т. е. процесс, удаляющий Н₂О из атмосферы в нижних слоях) и наоборот «источник» водяного пара где-то в районе облачного слоя. Чтобы решить эту проблему, надо лучше знать содержание Н₂О на разных высотах и в разных местах планеты; между тем имеется ряд противоречий в данных различных экспериментов. Поэтому на каждом запускаемом аппарате «Венера» ведутся все новые и новые измерения профиля Н₂О. Специальный электролитический датчик абсолютной влажности установлен и на аппаратах 1985 г. (эксперимент ведется под руководством Ю. А. Суркова, Институт геохимии и аналитической химии АН СССР).

Точные данные о содержании Н₂О необходимы для расчета парникового эффекта – того физического механизма, который поддерживает высокую температуру в атмосфере Венеры. Напомним его суть: солнечное излучение, пробиваясь сквозь атмосферу планеты, разогревает ее нижние слои, а их остывание затрудняется вследствие большой непрозрачности атмосферных газов (СО₂, Н₂О, SО₂) для теплового излучения в инфракрасном диапазоне, в результате температура поверхности и нижних слоев атмосферы оказывается на Венере такой высокой.

Загадка № 3 – одновременное присутствие таких комбинаций веществ, которые не могут вместе существовать при термохимическом равновесии: это СО и О₂, с одной стороны, и H₂S, COS – с другой. Поэтому либо в нижней атмосфере Венеры нет термохимического равновесия, либо часть соединений идентифицирована ошибочно. Специалисты по расчетам равновесий, естественно, грешат на экспериментаторов, так как если они правы, нужно искать (так же, как в случае с водой) механизмы источников и стоков для этих компонентов. Вообще говоря, наличие процессов, нарушающих термохимическое равновесие на Венере, нельзя исключить. Более того, многие ученые считают, что такие процессы есть. Это вулканические извержения. Но поиск вулканов на Венере – дело будущих экспедиций. Сегодня же мы вынуждены идти по пути проверки и уточнения полученных ранее данных.

Нельзя не сказать о сложности и специфике проведения космических экспериментов. В лаборатории экспериментатор всегда может повторить опыт и исключить возможные ошибки. Космический эксперимент – всегда «штучный», в лучшем случае его можно воспроизвести (да и то уже в других условиях) лишь во время следующего запуска. Предполетные и послеполетные калибровки приборов в принципе не могут учесть и точно воспроизвести всех условий натурного эксперимента.

Поэтому время от времени возникают разногласия между различными группами экспериментаторов. Так случилось, например, когда американские исследователи открыли значительное количество кислорода на Венере (аппарат «Пионер-Венера») и не смогли обнаружить угарного газа. Советские же исследователи обнаружили в нижней атмосфере довольно высокие концентрации угарного газа. Этот конфликт был разрешен нескоро, почти через год. Тогда оказались правы мы, но следует помнить, что в космическом эксперименте от случайности не застрахован никто. В частности, поэтому на «Веге» использованы новые способы определения состава атмосферы. Один из таких методов контроля – определение ультрафиолетового спектра атмосферы Венеры. На спускаемом аппарате установлена лампа-вспышка, излучение от которой идет через кварцевое окно в атмосферу, отражается от зеркала (установленного вне гермоотсека аппарата) и через то же окно возвращается внутрь, где поступает в малогабаритный дифракционный спектрометр. Этот прибор разработали совместно советские и французские ученые. Научные руководители эксперимента – В. И. Мороз и Ж. Л. Берто.

Продолжены эксперименты по поиску различных серосодержащих соединений в атмосфере с использованием нового хроматографа (научный руководитель Л. М. Мухин). Эти приборы, кстати говоря, служат решению еще одной крайне интересной научной задачи – исследованию химического состава облаков.

Венера, как мы уже говорили, окутана мощным облачным покровом. Долгое время вопрос о том, из чего состоят ее облака, оставался открытым. Наконец, во время запусков «Венеры-11, -12, -13, -14» группе советских ученых под руководством Ю. А. Суркова с помощью рентгенорадиометрического способа анализа удалось установить, что в облаках присутствуют сера и хлор. С другой стороны, используя данные об оптических свойствах частичек облачного слоя, американские исследователи разработали модель, согласно которой облака Венеры состоят из водного раствора серной кислоты концентрацией около 70%.

Тонкость ситуации заключается в том, что, с одной стороны, такая модель согласуется с обнаружением серы в облаках (хотя непосредственно содержание серной кислоты до сих пор не измеряли), а с другой стороны, облака, по-видимому, кроме серы и хлора могут содержать еще какие-то составляющие. Непонятно также, в какой форме в облаках присутствует хлор. Решение этих вопросов исключительно важно для понимания глобальной геохимии Венеры. Построение геохимических циклов серы и хлора (а возможно, и других элементов) станет доступным лишь после получения достоверной и полной информации о химическом составе облаков Венеры, о свойствах частиц, образующих облачный слой этой планеты. Специальные коллекторы собирают аэрозоль облачного слоя, затем при помощи нагрева он переводится в газовую фазу и анализируется хроматографом и масс-спектрометром. Анализ продуктов такого пиролиза позволяет точно оценить содержание серной кислоты и других соединений, присутствующих в облаках. Здесь же в облачном слое работают счетчики частиц аэрозоля, рентгенофлуоресцентный спектрометр для определения элементного состава облаков, изучаются оптико-физические свойства облачного слоя.

Но спустимся с облаков на поверхность Венеры. В 1982 г. впервые на «Венере-13 и -14» был определен химический состав грунта планеты. Необходимость повторения этих опытов очевидна: ведь места посадки всегда отстоят друг от друга на многие сотни километров и анализ грунта в различных точках поверхности дает возможность судить, с одной стороны, о разнообразии типов пород на Венере, а с другой – более точно строить модели химического взаимодействия поверхности и атмосферы. Поэтому на спускаемых аппаратах нынешних экспедиций вновь установлены рентгенофлуоресцентные спектрометры для проведения элементного анализа грунта. Разработкой и созданием этого сложнейшего комплекса аппаратуры руководил Ю. А. Сурков.

11 и 15 июня 1985 г. спускаемые аппараты автоматических межпланетных станций «Вега-1» и «Вега-2» успешно совершили мягкую посадку на поверхность Венеры. В атмосферу планеты были запущены аэростатные зонды. Что же можно сказать о первых, предварительных результатах, полученных при экспресс-анализе телеметрической информации?

Несомненно, важнейшим научно-техническим достижением советской космонавтики является аэростатный эксперимент. Он открывает новую страницу в космических исследованиях планет Солнечной системы, новые возможности изучения не только Венеры, но и, например, Юпитера. Аэростатные зонды передавали информацию на Землю в течение 46 ч. Каждый из них прошел расстояние более 10 000 км со средней скоростью около 250 км/ч. Были зарегистрированы чрезвычайно сильные (по земным меркам) вертикальные порывы ветра, достигающие более одного метра в секунду. Заметим, для сравнения, что на Земле вертикальные порывы не превышают сантиметров в секунду. Это свидетельствует о сильно развитой турбулентности в атмосфере Венеры на высотах около 54 км (зона плавания аэростатов).

Чрезвычайно интересно и следующее обстоятельство. Аэростаты, как известно, были запущены на ночной стороне Венеры. Так вот, на ночной стороне они зафиксировали вариации освещенности и световые вспышки. Что это? Извержения вулканов? Молнии? Пока на эти вопросы нельзя дать окончательный ответ.

Необходимо сказать, что вопрос о наличии активного вулканизма на Венере, безусловно, интересен. Мы хорошо знаем об исключительно сильных извержениях на спутнике Юпитера Ио. Огромные древние вулканы находятся на Марсе. Открытие вулканизма на Венере имело бы весьма важное значение как для понимания строения этой планеты, так и для выяснения химических процессов, проходящих в ее атмосфере. Ведь известно, что вариации содержания SО₂ в атмосфере Венеры пытались объяснить с помощью предположения об извержении вулкана. Но вернемся к «Вегам».

Научная аппаратура, установленная на спускаемых аппаратах, также принесла немало интересной информации. Так, например, был проведен анализ грунта в материковом возвышенном районе. Уже первые данные показали, что состав грунта отличается от состава, исследованного в местах предыдущих посадок.

До настоящего времени предполагалось, что некоторая часть облачного слоя Венеры содержит аэрозоль серной кислоты. Оптические характеристики аэрозоля соответствуют примерно 70%-ному водному раствору серной кислоты. Тем не менее прямых определений серной кислоты в облачном слое до сих пор не было. Этот чрезвычайно сложный эксперимент был впервые осуществлен на спускаемых аппаратах станций «Вега-1» и «Вега-2» с помощью газового хроматографа «Сигма-3». Прибор уверенно зафиксировал присутствие в облаках Венеры серной кислоты как химического соединения.

Ультрафиолетовый спектрометр впервые измерил поглощение атмосферных газов на высотах от 60 км вплоть до поверхности и на длинах волн от 2300 до 4000Å. В этой области имеется полоса, которая становится все глубже и шире по мере снижения аппарата; частично она создается двуокисью серы, однако значительный вклад могут давать и другие газы (возможно, пары серной кислоты).

В облачном слое работали приборы, определяющие число и размеры частиц аэрозоля в зависимости от высоты. Удалось установить, что число частиц с размерами около 5 мкм составляет примерно 10² см^–3, а ниже 47 км концентрация частиц увеличивается до 10³ см^–3. Одновременно уменьшается их размер. Ниже 47 км диаметр частиц менее микрона.

Прибор ИФП определял элементный состав облачного слоя и, кроме того, давал информацию о массовой плотности аэрозоля в зависимости от высоты. Этот прибор мог также фиксировать наличие соединений, испытывающих фазовые переходы при изменении температуры. Ясно, что массовая плотность несет информацию о структуре облачного слоя. Поэтому уже первые полученные данные показали, что облака на Венере имеют сложную слоистую структуру.

Так, на спускаемом аппарате «Веги-1» было обнаружено несколько ярусов облаков, причем структура облаков в месте посадки «Веги-1» отличается от структуры облачного слоя в месте посадки «Веги-2». Прибор зарегистрировал присутствие в облаках соединений, испытывающих фазовые переходы в диапазоне температур от –20°С до +90°C. Более точная привязка по давлениям и температурам точек перехода поможет идентифицировать эти соединения. Появились подозрения, что в облаках Венеры присутствуют соединения железа.

На обработку всей информации в целом, полученной от научной аппаратуры станций «Вега-1» и «Вега-2», понадобится не один год, и нет сомнений, что при этом ученые столкнутся с множеством сюрпризов.

Итак, мы рассказали о первом этапе космической миссии «Вега» – новом этапе в изучении нашей ближайшей соседки по планетам земной группы, Венеры. Общее руководство научной программой спускаемых аппаратов «Вега» осуществлял член-корреспондент АН СССР В. Л. Барсуков.

Не в первый раз прихожу в это помещение, по авиационной еще традиции называемое летно-испытательной станцией. И хотя ничего здесь не летает, всякий раз кажется, словно перешагнул порог не одной комнаты, а целой планеты. В ЛИСе Института космических исследований АН СССР живут сейчас масштабами целой Солнечной системы.

Это с ее дальних окраин приблизилась к Земле комета Галлея и со скоростью больше 40 км/с, все увеличивая ход, несется по направлению к Солнцу. И чем ближе к светилу, тем ярче и пышнее становится хвост кометы, так что уже можно попытаться разглядеть ее на декабрьском небе невооруженным глазом. Ученые же держат «космическую пылинку» в поле зрения своих телескопов с ноября 1982 г., когда ее засекли в созвездии Малого Пса. Понятно, ведь в марте будущего года ей предназначена встреча с другими космическими посланцами, на этот раз земного происхождения.

Вот с ними-то в тот день и вели «переговоры» из ЛИСа. Точнее говоря, из Центра дальней космической связи сюда поступали данные о траекториях «Веги-1 и -2» и о «самочувствии» каждого из десятков тонких и точных приборов, установленных на так называемых планетных аппаратах «Вег». Полученные данные поступают в мощный вычислительный центр ИКИ, который и ставит окончательный «диагноз». Без ЭВМ тут не обойтись. Ведь, скажем, только в телевизионной системе, созданной специалистами СССР, Венгрии и Франции, действует блок электроники с кристаллами советского производства, которые преобразуют видеоинформацию в электрический сигнал, удобный для передачи на Землю. А каждый такой кристалл размером 10 × 10 мм содержит около трехсот тысяч элементов.

– Подобные опросы, – рассказывает заместитель директора ИКИ В. Балебанов, – мы проводим примерно каждые два месяца по программе, закладываемой в бортовую вычислительную машину. Специальные тесты позволяют, не снимая крышек с приборов, проверять их работоспособность. Все полученные данные затем тщательно анализируются на Земле. В случае необходимости проверку тех или иных ситуаций можно провести, не выходя из ЛИСа.

Нет, она не зря все-таки называется летно-испытательной станцией! Здесь космический аппарат хоть и не летит, а висит на тросах, тем не менее представляет собой полный аналог пролетного аппарата. От своего космического двойника он отличается только тем, что автоматическая стабилизованная платформа, предназначенная для наведения установленного на ней оптического комплекса на ядро кометы Галлея, уже переведена из транспортного в рабочее состояние. Сделано это как раз для того, чтобы имитировать пролет мимо кометы.

А в другом конце вытянутого зала уперся в потолок аэростатный зонд, собратья которого так продуктивно поработали в атмосфере Венеры во время первой стадии проекта «Вега». И конечно, очень хочется, чтобы и завершен он был столь же успешно. Ведь вновь комета Галлея вернется в земные пределы лишь в 2061 г. А она, по прикидкам ученых, законсервировала в своем «холодильнике» то протопланетное вещество, которое примерно 4,5 млрд. лет назад было отброшено гравитационными силами, и близкое знакомство с ним поможет лучше понять эволюцию Солнечной системы.

Но уточним, что такое «близкое»: ведь в космосе свои масштабы. Предполагается, что приборы смогут «пощупать» ядро кометы, диаметр которого составляет несколько километров, с расстояния в 10 тыс. км. «Вега» должна пройти через так называемую кому – окружающую ядро туманную оболочку из газа и пыли. Причем относительная скорость сближения искусственного и естественного космических странников будет составлять примерно 80 км/с. Так что в целом на всю аналитическую работу «Вегам» отводится около двух часов. А в пути они будут находиться к тому времени 443 – 446 сут. Так что регулярный контроль за состоянием аппаратов и каждого из приборов необходим. Очередной из них закончился успешно. В январе 1986 г. будет проведен повторный контрольный сеанс с «Вегами», в феврале запланирован еще один, заключительный, когда начнется непосредственная работа вблизи кометы.

Работа настолько новаторская и интересная, что в осуществлении советского проекта «Вега» участвуют, кроме специалистов Советского Союза, ученые Австрии, Болгарии, Венгрии, ГДР, Польши, Франции, ФРГ, Чехословакии. Недавно состоялось последнее перед пролетом кометы заседание международного научно-технического комитета по проекту «Вега», председателем которого является директор ИКИ академик Р. Сагдеев. Комитет рассмотрел и решил вопросы, связанные с работой на завершающем этапе этого крупнейшего космического эксперимента. А на встречу с кометой Галлея, кроме «Вег», стартовал в июле 1985 г. аппарат Европейского космического агентства «Джотто» и в августе – японский посланец «Планета-А».

Так что ИКИ на это время стал еще и международным центром. И не случайно по соседству с кандидатами технических наук, сотрудниками ИКИ Я. Зиманом, В. Тарнопольским, В. Красиковым «колдовал» с данными о телевизионной аппаратуре «Вег» директор Марсельской лаборатории космической астрономии профессор П. Крювелье. А когда мы уходили из института, там началось международное совещание по проблемам космической биотехнологии. Ученые разных стран продолжают укреплять свое сотрудничество в мирном освоении и использовании космического пространства.

Международный коллектив ученых ожидает встречи земных аппаратов с кометой Галлея, полным ходом идет подготовка проекта исследования Марса и его спутников.

Космические станции «Вега» пролетели уже в космосе около 200 млн. км от нашей планеты. Осталось около 100 дней до кульминационного момента их полета – встречи с кометой Галлея. Одновременно со станциями «Вега-1» и «Вега-2» к той же цели стремятся западноевропейский аппарат «Джотто» и японский – «Планета-А», – сказал председатель совета «Интеркосмос», академик В. А. Котельников, открывая заседание международного научно-технического комитета по проекту «Венера–комета Галлея», который 12 ноября начал свою работу в Институте космических исследований АН СССР.

В Москву приехали ученые из многих европейских социалистических стран, чтобы подвести предварительные итоги первого этапа исследований стаций «Вега-1» и «Вега-2», от которых в июне этого года по дороге к комете Галлея были отделены два спускаемых аппарата. В небе Венеры они запустили два аэростата, которые 46 ч вели исследования на высоте 54 км, а посадочные аппараты дошли до самой поверхности раскаленной планеты и принесли много новых данных земной науке.

– Посадочный аппарат «Веги-2» совершил бурение и подробное исследование грунта в новой для нас области Венеры, в районе горного массива Афродиты, – доложил собравшимся директор Института геохимии и аналитической химии В. Л. Барсуков. – Исследование взятых образцов показало, что по химическому составу грунт в месте посадки близок к породам, например, Северных Апеннин. Эти породы характеризуются тем, что они образуются не из сухого расплава, а из влажного, с содержанием 1 – 1,5% воды в исходном материале. Это свидетельствует, что в мантии Венеры достаточно много воды, и не исключено, что в прошлом на планете была гидросфера. Почему она улетучилась? Почему эволюция на Венере пошла иначе, чем на Земле? На эти вопросы еще предстоит ответить.

В исследованной породе очень высокое содержание серы, близкое к предельно допустимому по расчетам. В других районах посадки серы в образцах содержалось гораздо меньше. Содержание серы может быть мерилом длительности взаимодействия пород с атмосферой и пребывания их на поверхности Венеры. Значит, сейчас мы столкнулись с наиболее древними из изученных на Венере пород.

Каждый доклад ученых о проведенных экспериментах вносит новые черточки в портрет Венеры и ее атмосферы, облачного слоя. Доклады докторов физико-математических наук В. И. Мороза, Л. М. Мухина, только что удостоенных Государственной премии за исследования атмосферы Венеры, а также профессора Ю. А. Суркова содержали много новых сведений о газовой оболочке планеты, совершенно непохожей на земную.

Крупных частиц диаметром около 1,5 мкм зарегистрировано в облаках Венеры немного. В основном они меньше 0,4 мкм. Впервые прямо зарегистрировано присутствие серной кислоты в облачном слое, много молекул серы, состоящей из восьми атомов. Присутствует хлор, как и ожидалось. Есть и еще какая-то существенная компонента в венерианских облаках. По предварительным данным – это соединения фосфора. А вот показания разных приборов, регистрировавших содержание влаги, противоречивы. И ученым еще предстоит разобраться в этой загадке.

Впервые было зарегистрировано ночное свечение венерианской атмосферы, и увы... не обнаружено гроз, хотя, по предположениям, наблюдениями были охвачены наиболее вероятные районы грозовой активности.

Данные о полете аэростатов, которые ученые получат благодаря наблюдениям за движением «радиомаяков» в венерианском небе практически всех крупных земных радиотелескопов, будут обработаны примерно через год. Но и сведения бортовых приборов, о которых докладывали кандидат физико-математических наук В. М. Линкин и французский академик Жак Бламон, весьма интересны. Как и предполагалось, в облачном слое на высоте около 50 км продольные скорости ветра достигают огромной величины – 250 км/ч. Аэростаты «Веги-1» и «Веги-2» зарегистрировали вертикальные скорости ветра около 3 м/с – в десятки раз выше, чем предполагалось ранее. Оба аэростата попадали в мощные нисходящие потоки, свидетельствующие о сильной турбулентности верхней атмосферы Венеры. Аэростат «Веги-2», в конце своего полета сделал очень сильный «нырок» вниз, как раз когда пролетал над горами Афродиты, и ученые считают, что есть определенная взаимосвязь между рельефом планеты и поведением ее атмосферы.

В перерыве мы беседовали с академиком Жаком Бламоном. Он сказал, что изучение поведения очень медленно вращающейся Венеры и наличие при этом мощной динамики ее верхней атмосферы в районе экватора весьма важно для понимания «жизни» экваториального пояса воздушной оболочки нашей планеты.

– И еще более важно, – сказал французский ученый, – что эту, как и многие другие тайны Солнечной системы, мы разгадываем объединенными усилиями. В проекте участвуют 9 стран.

Пока обрабатываются полученные данные и накапливаются новые со станций «Вега-1» и «Вега-2», летящих к комете Галлея, полным ходом идет подготовка к еще более сложному международному проекту «Фобос». Теперь интернациональный коллектив расширился и усилился. К странам – участницам проекта «Вега» добавились еще Швеция, Финляндия, а также ученые Европейского космического агентства.

В середине 1988 г. с космодрома Байконур должны стартовать две новые автоматические станции, создаваемые для изучения Марса, его спутников, а также Солнца и межпланетного пространства.

– Семь месяцев они будут лететь к Марсу, – говорит заместитель директора Института космических исследований АН СССР В. М. Балебанов, – и в общей сложности почти полтора года будут продолжаться исследования. Сначала станции выйдут на эллиптические орбиты вокруг Марса, потом они станут круговыми. И, наконец, близкими к круговой орбите спутника Марса – Фобоса. Земные аппараты и Фобос будут разделять десятки километров. Затем станции приблизятся к Фобосу на расстояние всего 50 – 100 м, и с высоты птичьего полета будет проведено детальное исследование поверхности спутника. Сейчас известно, что он имеет картофелеобразую форму, размеры его примерно 20×30 км. Ученые предполагают, что Фобос и второй спутник Марса – Деймос – это астероиды, захваченные планетой, а не обычные спутники.

Фобос будет изучаться мощным арсеналом бортовой аппаратуры, в частности, мы получим телеизображения. С близкого расстояния поверхность спутника будет облучаться лазерными, ионными пучками, «испаренное» вещество исследоваться бортовыми приборами. Кроме того, от станций будут отделены посадочные зонды, которые проведут исследования прямо на поверхности Фобоса.

Благодаря тому, что эксперимент продлится долго, Земля и станции, ставшие спутниками Марса, окажутся почти с противоположных сторон от Солнца. Это даст возможность одновременно видеть и «лицо» и «затылок» нашего светила. Такие «стереоизображения» позволят лучше разобраться в солнечных процессах, точнее прогнозировать грозные «вспышки» светила.

...Для осуществления сложного космического проекта времени отводится немного. И сейчас параллельно с созданием станций полным ходом идет разработка интернациональных приборов.

Советские и французские ученые вскоре отправят в «дорогу» телескоп, какого еще не было. По сути столь крупная обсерватория в космос будет выведена впервые в мире. Ее электронной аппаратуре с автоматизированной обработкой данных наблюдений, такому необычайно умному роботу, пожалуй, позавидовала бы и любая наземная обсерватория.

...Грандиозные взрывы в глубинах Вселенной зачастую длятся всего лишь мгновения, какие-то короткие доли секунды. Но при этом выбрасывается энергия, равная излучению Солнца за многие годы. Что это? В чем причина исполинских катаклизмов? Космос, дальний, недоступный, бурлит. Нежданно-негаданно следы невиданных катастроф обнаруживаются то в одном, то в другом районе неба. Десять лет назад космический аппарат «поймал» сильное пульсирующее излучение в созвездии Парусов, в Крабовидной туманности...

Сегодня мало лишь наблюдать небо. К тому же у оптических телескопов есть предел видимости. Поэтому в последние два десятилетия определился ряд новых направлений космических исследований. А каждая новая отрасль астрономии высвечивает новый взгляд на Вселенную. Именно так и произошло, когда к старой, традиционно оптической астрономии добавилась, к примеру, радиоастрономия. Многие небесные объекты, которые были не видны в обычные телескопы, а значит, для землян они просто не существовали, сразу «подали голоса». Их записывали на магнитные ленты, и по этой информации восстанавливали картину радионеба. Космос заговорил на разных голосах! Теперь уже невозможно представить современную астрономию без радиотелескопов. И вот сейчас входят в жизнь уже другие телескопы, которые можно использовать только в космосе. К оптическому и радиодиапазонам они добавляют новые – инфракрасный, рентгеновский, ультрафиолетовый. В каждом из этих направлений уже получены весьма интересные результаты, давшие большой толчок развитию астрофизики.

И вот на очереди – гамма-астрономия. Она обрела права земного гражданства. Ученые считают это направление одним из самых кардинальных. Ждут от него многого. Впрочем, гамма-астрономия успела обрести права и космического гражданства. За пределами Земли побывало уже несколько аппаратов. Правда, небольших, но они «узнали» немало интересного и... поставили перед учеными больше вопросов, нежели помогли пролить свет на неизвестное.

Этим и объясняется стремление астрофизиков побыстрее запустить в космос другой аппарат, более совершенный, специально предназначенный для проведения крупномасштабного эксперимента по изучению природы загадочного космического излучения. Этот проект получил название «Гамма-1».

Директор Института космических исследований АН СССР академик Р. 3. Сагдеев:

– Информация о гамма-лучах имеет значение не только для астрофизики, она может расширить рамки тех физических явлений, внутри которых мы уже установили законы. Она, не исключено, помогла бы открыть и новые физические законы. Именно на границе неизвестного происходит проверка наших представлений о строении материи, именно здесь может происходить смычка между астрофизикой и физикой элементарных частиц. Гамма-кванты, выбрасываемые во время масштабных космических взрывов, приходят к нам из своеобразной природной лаборатории, где материя уже находится в экстремальном состоянии: сверхвысокие температуры, сильнейшие магнитные поля, потоки излучения. Такие условия очень трудно создать в земных лабораториях. Не только потому, что было бы безумно дорого, просто на Земле не хватило бы ни места, ни физических возможностей для этого.

За последние десять лет обнаружено всего три десятка источников космического гамма-излучения. В том числе и вспыхивающих на короткое время. Для сравнения: каталоги оптических звезд содержат сотни тысяч объектов, рентгеновский – несколько тысяч. Для некоторых из гамма-звезд ученые достаточно точно определили, в каком районе неба они находятся. Но многие из них не удалось отождествить с каким бы то ни было известным космическим объектом. Без этого невозможно понять: что это за таинственные гамма-звезды, непохожие на другие, в чем причина грандиозных гамма-всплесков в глубинах по сути не известного нам космоса. Для землян это поистине космическая целина. Путь гамма-астрономии оказался тернистым. Вообще путь к звездам, как известно, тернист. Предсказанные поначалу теоретиками потоки излучения оказались завышенными, а имевшаяся в то время экспериментальная техника использовалась на пределе своих возможностей. Вероятно, что гамма-звезды переменны по времени, а может быть, это было следствие ошибок первых экспериментов.

Научный руководитель проекта «Гамма-1» профессор В. Г. Кириллов-Угрюмов:

– Мы ждем от космической обсерватории детальной картины неба в гамма-лучах. Это позволит понять пока еще загадочную природу гамма-звезд, их возможную связь с известными астрофизическими объектами, наблюдаемыми в оптическом, рентгеновском или радиодиапазонах. Здесь необходима более высокая точность в измерении пространственных координат, временных и энергетических спектров, чем была в первых поисковых работах. Новый этап в исследовании космоса – запуск телескопа «Гамма-1» – поможет решить вопрос об источниках космических лучей – важнейшей составной части межзвездного и межгалактического пространства, возможно, позволит увидеть и наиболее далекие, а значит, и самые юные области Метагалактики, решить целый ряд проблем рождения, жизни и смерти звезд и галактик.

Проект «Гамма-1» – итог многолетней работы советских и французских ученых. Это сотрудничество началось еще в семидесятых годах, когда была составлена программа по долговременному сотрудничеству в области гамма-астрономии. У ученых установились настоящие деловые отношения. Позади – многочисленные экспериментальные образцы телескопа, испытания в вакуумных камерах, на центрифугах, вибростендах...

Сейчас идут очередные испытания космической обсерватории. Вижу, как на экране дисплея в мгновение ока вспыхивают белые метеоры и гаснут, оставляя после себя следы-треки. Телескоп «Гамма-1» ловит «космическое» гамма-излучение, посылаемое земным ускорителем. Измеряется чувствительность телескопа, работа всех его бортовых систем.

Заместитель руководителя проекта «Гамма-1» кандидат физико-математических наук В. М. Балебанов:

– Специально для осуществления эксперимента «Гамма» разработан космический аппарат. Он сможет взять на борт почти две тонны научной аппаратуры. Обсерватория будет выведена на высоту 350 км. На корабле, кроме основного большого телескопа «Гамма-1», установим гамма-телескоп меньшего размера, а также рентгеновский телескоп. Главное достоинство нашего основного телескопа – высокие угловое разрешение и чувствительность. Для этого в нем, скажем, применены уникальные широкозазорные искровые камеры, разработанные в Московском инженерно-физическом институте, и кодирующий «экран», созданный в Институте космических исследований. Эта новинка позволит вести наблюдения целой площадки небесной сферы, на которой мог бы поместиться ковш Большой Медведицы. Внутри этой площадки телескоп увидит точечные и протяженные источники, целый район неба в гамма-лучах. Все телескопы должны наводиться в строго заданные районы звездного неба с высокой точностью. Наш космический аппарат обеспечивает такую возможность.

На корабле будут установлены специальные приборы для уточнения текущей ориентации в пространстве. Эти приборы создали ученые и инженеры польской Академии наук. При необходимости специалисты смогут управлять обсерваторией. В программе ее работы заложены сотни различных команд. Длительность наблюдения одной области неба будет колебаться от одной недели до месяца. Информация от земного посланника будет поступать несколько раз в сутки.

...Летят из космоса звездные гамма-кванты, донося до нас загадочный свет Вселенной. Мы, земляне, должны попытаться понять, какую тайну в себе хранят эти сигналы из головокружительных далей небес.

26 апреля 1985 г. в 9 ч 48 мин московского времени в Советском Союзе осуществлен запуск автоматической станции «Прогноз-10–Интеркосмос».

Целью запуска станции является проведение исследований структуры межпланетных и околоземных ударных волн, возникающих при взаимодействии плазмы солнечного ветра с магнитосферой Земли.

На борту станции установлена научная аппаратура, созданная учеными и специалистами Советского Союза и Чехословацкой Социалистической Республики по программе международного сотрудничества в области исследования и использования космического пространства в мирных целях «Интеркосмос».

Автоматическая станция выведена на высокоэллиптическую орбиту спутника Земли с параметрами:

– максимальное расстояние от поверхности Земли (в апогее) – 200 тыс. км;

– минимальное расстояние от поверхности Земли (в перигее) – 400 км;

– начальный период обращения – 96 ч 25 мин;

– наклонение орбиты – 65°.

Бортовые системы и научная аппаратура станции «Прогноз-10–Интеркосмос» работают нормально.

Координационно-вычислительный центр и институты Академии наук СССР ведут обработку поступающей информации.

В рамках проекта «Интершок» в космосе работают исследовательский спутник «Прогноз-10» – очередной в серии высокоапогейных аппаратов, запускаемых в Советском Союзе Начиная с 1972 г. Основная задача научных экспериментов, проводимых на этих аппаратах, – изучение солнечной активности и ее влияния на околоземное космическое пространство. Рассказывает научный руководитель проекта профессор Альберт Галеев, заведующий отделом Института космических исследований Академии наук СССР.

Процессы проявления солнечной активности весьма разнообразны. Наиболее мощные из них – вспышки. Они сопровождаются генерацией интенсивных потоков заряженных частиц, ультрафиолетового рентгеновского и радиоизлучений. Вспышки возмущают солнечную корону, которая является источником потока разреженной плазмы – солнечного ветра. Электромагнитные и корпускулярные излучения Солнца, а также порывы солнечного ветра, доходящие до Земли, оказывают воздействие на все околоземное космическое пространство. Потоки солнечного ветра деформируют магнитно-плазменную оболочку Земли – магнитосферу и вызывают геомагнитные бури. Ультрафиолетовое и рентгеновское излучения, поглощаясь в верхней атмосфере Земли, становятся причиной образования ионосферы и возмущений в ней, что в свою очередь определяет и нарушения в дальней радиосвязи. Данные, полученные в последние годы, свидетельствуют о том, что многие погодно-климатические процессы также связаны с солнечной активностью.

Таким образом, солнечный ветер, магнитосфера и ионосфера Земли представляют собой взаимосвязанную и весьма изменчивую во времени систему. Для исследования причинно-следственных связей между явлениями, которые разыгрываются в этой системе, на борту спутников типа «Прогноз» устанавливается разнообразная научная аппаратура. Основная задача проекта «Интершок», который реализуется на спутнике «Прогноз-10», – изучение ударных волн.

Ударные волны, как известно, могут возникать при взрывах, мощных электрических разрядах, движении тел в какой-то среде со сверхзвуковой скоростью, например, при полетах реактивных самолетов. Были они обнаружены и в космосе.

Солнечный ветер испускается нашей звездой почти непрерывно. Его частицы движутся от нее с постоянно нарастающей скоростью: их подталкивает более горячий газ. На расстоянии нескольких солнечных радиусов они достигают скорости звука, а на орбите Земли их скорость составляет уже 300 – 750 км/с. Когда такой сверхзвуковой поток плазмы налетает на Землю, перед ней возникает гигантская ударная волна. Со стороны Солнца магнитное поле нашей планеты оказывается поджатым этой волной, а пространство между ее фронтом и внешней границей магнитосферы заполнено плазмой, разогретой до нескольких миллионов градусов.

В период вспышек на Солнце, которые сопровождаются выбросом из короны огромных масс плазмы, плотность, температура и скорость солнечного ветра могут намного превышать средние параметры. Рекордные значения его плотности и температуры были зарегистрированы спутниками «Прогноз» и «Прогноз-2» в 1972 г. Скорость ветра достигала 2000 км/с. При этом в межпланетном пространстве наблюдалось образование дополнительных, помимо околоземной, ударных волн.

Ударная волна в космосе – явление необычное. Когда она возникает у самолета, летящего со сверхзвуковой скоростью в атмосфере, существенную роль в ее образовании играют соударения частиц атмосферного газа. Солнечная же плазма очень сильно разрежена. Поэтому ее частицы сталкиваются чрезвычайно редко. Длина их свободного пробега, т. е. расстояние, проходимое частицей от одного столкновения с себе подобной до другого, зачастую превышает расстояние от Солнца до Земли. Тогда почему же и у Земли, и у других планет Солнечной системы возникают ударные волны?

Дело в том, что взаимодействие частиц в солнечной плазме осуществляется не в результате столкновений, а через так называемые самосогласованные электромагнитные поля. Гипотеза о существовании таких бесстолкновительных ударных волн впервые была выдвинута в 1959 г. Роальдом Зиннуровичем Сагдеевым – ныне академиком, директором Института космических исследований Академии наук СССР. Впоследствии он и его коллеги распространили результаты лабораторных исследований в этой области на космическую плазму.

Одна из главных особенностей исследований, выполняемых в проекте «Интершок», – их комплексный характер. Совместными усилиями советских и чехословацких специалистов создана уникальная диагностическая аппаратура, которая обеспечивает регистрацию всех основных явлений вблизи и внутри фронта бесстолкновительной ударной волны. Бортовая ЭВМ гибко управляет программой измерений и потоком информации. Момент пересечения спутником ударной волны распознается автоматически. Это позволяет осуществить вблизи ее фронта быструю регистрацию данных. Тем самым обеспечивается высокое временное разрешение измерений, что в свою очередь дает возможность впервые исследовать внутреннюю структуру фронта волны и понять физические процессы, ответственные за формирование этой структуры, а также разогрев и ускорение частиц.