На небосклоне Венера в своем таинственном, манящем блеске появляется перед земным наблюдателем то вечером, то утром, и в глубокой древности люди принимали ее за две звезды: вечернюю — Веспер и утреннюю — Люцифер. Однако уже древнегреческий ученый Пифагор знал, что в действительности это одна звезда. Позднее этой звезде дали имя богини любви и красоты — Венеры, воплотившей в себе образ прекрасной женщины.

Для обозначения Солнца, Луны и планет астрономы употребляют знаки весьма древнего происхождения. Знаком Венеры служит изображение ручного зеркала — эмблема женственности и красоты.

Наблюдая за Венерой, ученые установили, что она движется вокруг Солнца почти по круговой орбите на среднем расстоянии от него в 108 миллионов километров; свой полный оборот вокруг Солнца она совершает за 224 дня 16 часов 49 минут, при этом средняя скорость движения по орбите составляет 35 километров в секунду.

Венера — самая близкая к нам планета. В своем движении по орбите она периодически занимает относительно Солнца и Земли два диаметрально противоположных положения, получивших названия нижнего соединения, когда Венера находится между Солнцем и Землей, и верхнего соединения, когда Солнце находится между Землей и Венерой. При этом минимальное расстояние между Венерой и Землей составляет около 42 миллионов километров (нижнее соединение) и максимальное — 258 миллионов километров (верхнее соединение).

Взаимное положение Земли, Венеры и Солнца в нижнем соединении, когда они располагаются на одной прямой, именуется явлением прохождения Венеры через диск Солнца. Эту картину можно наблюдать даже невооруженным глазом. Однако свидетелем этого явления может стать далеко не каждый, так как периодичность прохождения Венеры составляет 8; 105,5; 8 и 121,5 лет. В прошлом столетии это явление наблюдалось 9 декабря 1874 года и 8 декабря 1882 года. И только 8 июня 2004 года и 6 июня 2012 года оно повторится вновь. Зная расстояние Венеры от Солнца, скорость ее движения по орбите, возмущения, которые она оказывает на другие планеты, ученые установили, что радиус планеты равен примерно 6100 километрам, масса ее составляет 0,8136 массы Земли, а плотность соответствует 5,12 грамма в одном кубическом сантиметре, что немного больше плотности Земли. Поскольку Венера и Земля близки по размерам, массе и количеству тепла, получаемого от Солнца, их иногда называют планетами-сестрами.

Вид Венеры в телескоп

В 1610 году итальянский астроном Галилей, наблюдая Венеру в подзорную трубу, впервые обнаружил и описал последовательное изменение ее фаз, аналогичное Луне. Он не был сначала уверен в правильности своего наблюдения и не решался сообщить о нем открыто. Поэтому сообщение о своем открытии Галилей зашифровал в латинскую фразу-анаграмму и лишь впоследствии, окончательно убедившись в верности своего предположения, расшифровал ее, переставив в ней буквы: «Мать любви подражает видам Цинтии». Мать любви — богиня Венера, а Цинтия — одно из древних названий Луны.

В нижнем соединении, когда Венера находится на самом близком расстоянии от Земли, она всегда обращена к нам неосвещенной стороной, и поэтому наиболее крупная ее фаза нам совершенно не видна. Отходя от этого положения «нововенерия», планета принимает вид серпа, диаметр которого тем меньше, чем серп шире. Полный диск Венеры виден под углом 10 градусов к Солнцу, наибольший серп — под углом 64 градуса.

В 1761 году первый русский академик Михаил Васильевич Ломоносов, наблюдая Венеру в момент ее прохождения по солнечному диску, впервые обнаружил у планеты мощную атмосферу, о чем в своем труде «Явление Венеры на Солнце наблюденное в Санктпетербургской императорской Академии наук майя 26 дня 1761 года» писал: «По сим примечаниям господин советник Ломоносов рассуждает, что планета Венера окружена знатною воздушною атмосферою, таковою [лишь бы не большею], какова обливается около нашего шара земнаго».

Атмосфера Венеры оказалась столь «знатною», что даже нынешние мощные оптические телескопы не в силах заглянуть за ее плотную облачную завесу, которая, как чадра восточной красавицы, скрывает от нас ее облик.

Вот почему долгое время оставались неизвестными скорость вращения Венеры вокруг своей оси, температура, давление и состав ее атмосферы, агрегатное состояние ее поверхности — каменистая твердь, водная гладь или расплавленная лава? Не могут ученые уверенно сказать и каков рельеф планеты.

Визуально или путем фотографирования удалось заметить на диске Венеры лишь неясные темные или светлые пятна. Они имеют изменчивую форму и наблюдаются в течение нескольких дней или недель. Некоторые из них нестойкие и через двое-трое суток после появления исчезают с яркого фона планеты. Но встречаются и довольно устойчивые пятна больших размеров.

С развитием науки и техники появились новые методы исследований планет Солнечной системы: методы спектрографии, радиоастрономии, радиолокации.

Радионаблюдения по существу положили начало новому этапу в изучении Венеры, ибо только радиоволны определенных частот были в состоянии принести с поверхности Венеры, надежно скрытой от наблюдений плотной атмосферой, некоторые физические характеристики, давшие возможность строить гипотетические модели атмосферы Венеры.

Новая информация о Венере была получена с помощью научной аппаратуры, поднятой в стратосферу на воздушных шарах.

Методы радиолокации позволили определить направление и период собственного вращения Венеры. Оказалось, что Венера вращается в направлении, обратном направлению вращения Земли и других планет Солнечной системы. Период вращения Венеры относительно звезд составляет около 244 земных суток. Напомним, что период орбитального движения Венеры (венерианский год) равен 224,7 земных суток. Следствием этого является то, что Солнце в течение венерианского года дважды всходит и заходит на горизонте планеты.

Наклон оси вращения Венеры оказался приблизительно на 20 градусов меньше, чем у Земли, т. е. ось практически перпендикулярна к плоскости эклиптики, а это значит, что там не бывает смены времен года.

Но из чего же состоит атмосфера Венеры и что представляют собой ее облака, которые, хорошо отражая солнечный свет, делают эту планету самым ярким светилом неба (разумеется, кроме Солнца и Луны)? Эти вопросы оставались без ответа.

Уже давно в атмосфере Венеры выше слоя облаков спектральными измерениями был обнаружен углекислый газ, при этом многие ученые считали, что его концентрация не более 5-10 процентов, а основной составляющей по аналогии с земной атмосферой является азот.

Облака Венеры, как предполагали ученые, должны были состоять из водяного пара или кристаллов льда. Попытки обнаружить спектрографически полосы водяного пара долго оставались безуспешными, и только в 60-х годах фотографирование спектра Венеры с воздушного шара на высоте 27 километров над Землей принесло желаемые результаты. На этой высоте количество водяных паров Земли настолько мало, что не может повлиять на результаты спектрографических исследований Венеры. В спектре атмосферы Венеры были открыты полосы поглощения водяных паров. Но о количестве водяного пара сказать что-либо было трудно.

Некоторые ученые тогда полагали, что им удалось заметить по спектру признаки наличия на Венере и других газов, в частности кислорода, азота и окиси углерода, но подтвердить свою гипотезу они не могли, так как не располагали вескими доказательствами.

Несколько лет назад французские ученые обнаружили в атмосфере Венеры следы паров соляной и плавиковой кислоты и даже угарный газ. Присутствие этих веществ могло указывать на активную вулканическую деятельность.

О температурном режиме Венеры мы вплоть до начала радиоастрономического наступления на планету, в середине 50-х годов, знали только то, что можно было добыть радиометрическими наблюдениями. Измерения инфракрасного, теплового излучения Венеры, произведенные с Земли радиометром, давали значения температуры над облаками планеты и днем и ночью около -35° С. Этому результату не очень удивлялись. Ведь и в земной стратосфере, на большой высоте над Землей, температура низка и мало меняется как ото дня к ночи, так и от полюса к экватору.

Сплошная облачность и близость Венеры к Солнцу наводили ученых на мысль, что климатические условия на этой планете сходны с теми, что были на Земле в каменноугольный период ее истории. Тогда под облаками во влажной атмосфере Земли создавался оранжерейный, тепличный климат и бурно развивалась мощная растительность.

Жестокий удар по этим представлениям нанесли измерения радиоизлучений Венеры, проведенные в последние годы. Многократно повторенные, они говорили о том, что физические условия на этой планете для жизни совсем неподходящие. Там непомерно жарко.

Измерения радиоизлучений Венеры в сантиметровом диапазоне (длина волны более 3 сантиметров) дали неожиданно высокое значение температуры — от +250 до +400° С.

Миллиметровые волны показали температуру пониже — около 130° С. Возникло предположение, что в облачном покрове Венеры происходит поглощение миллиметрового излучения. Вместе с тем измерения инфракрасного излучения дают температуру в среднем +40° С.

Заметим, что уже из данных прямых наблюдений Венеры было известно, что плотность ее атмосферы больше, чем у Земли. На эту мысль навели ученых наблюдения серпа Венеры, который намного длиннее серпа Луны. Иногда его кончики даже сливаются, образуя тончайшее кольцо. Это может быть объяснено явлением рефракции — искривлением луча света в среде переменной плотности, а, как известно, рефракция тем больше, чем больше градиент плотности.

Полученные данные о высокой температуре поверхности Венеры подтверждают эти предположения, так как высокие температуры влекут за собой и высокое давление, возможно, до нескольких десятков атмосфер.

Поскольку полученные данные о температурном режиме Венеры, измеренные различными методами, вполне реальны, ученые должны были на их основе объяснить строение атмосферы Венеры. Было выдвинуто несколько вариантов моделей строения венерианской атмосферы, при этом предпочтение отдавалось парниковой модели.

Парниковая модель. Согласно этой модели предполагается, что в атмосфере Венеры содержится большое количество углекислого газа и водяных паров, образующих мощный облачный покров, который на больших высотах состоит из кристаллов льда. Поэтому такой покров обладает большой отражательной способностью (чем и объясняется яркость Венеры) и плохо пропускает солнечное тепловое излучение.

Но, поскольку тепловой поток от Солнца велик, часть его все же проникает через эту завесу и достигает поверхности планеты, нагревая ее и подоблачные слои атмосферы. При этом облачный слой играет роль стекла в парнике — он препятствует возвращению тепла от поверхности Венеры в космическое пространство (радиационное излучение), вследствие чего подоблачный слой атмосферы разогревается до наступления термодинамического равновесия.

Негостеприимным, незаманчивым предстает перед нами пейзаж Венеры: воды на поверхности нет — вся влага в тяжелой и густой атмосфере, насыщенной углекислым газом, почти лишенной кислорода. Солнце и звезды скрыты плотными облаками. Тихо, темно, жарко.

Эолосферная модель, или модель тепловой сферы. Как указывалось выше, методами радиолокации было установлено, что Венера вращается крайне медленно, поэтому согласно этой модели одна ее половина нагревается до очень высокой температуры, вторая значительно охлаждается. Возникают большой силы конвективные потоки (скорость их 150-200 метров в секунду), увлекающие за собой частицы грунта; в результате молекулярного трения воздуха и увлеченных частиц атмосфера сильно разогревается.

В связи с этим нижняя часть венерианской атмосферы высотой до 20 километров заполнена частицами пыли. А поскольку облака белые, эта гипотеза предполагает, что пыль представляет собой белую пудру из карбонатов (кальция и магния).

Пейзаж, который рисует нам эолосферная модель, так же непривлекателен, как и пейзаж парниковой модели.

Ландшафт Венеры

Ионосферная модель. При построении предыдущих моделей ученые основывались на предположении, что высокая температура относится к поверхности Венеры и к нижним слоям ее атмосферы. В обоих случаях атмосфера должна иметь значительную протяженность (20-30 километров до верхней границы облачного слоя) и большую массу (давление у поверхности составляет десятки атмосфер). Авторы ионосферной модели результаты радионаблюдений — высокую температуру Венеры — объясняют большой степенью ионизации верхних слоев воздушной оболочки планеты; при этом, если в этих слоях атмосферы образуется довольно большая концентрация свободных электронов, ионосфера может оказаться непрозрачной для радиоизлучения сантиметрового диапазона и прозрачной для миллиметрового. Однако предполагаемую высокую электронную плотность трудно объяснить: она не может быть вызвана ни ультрафиолетовым излучением Солнца, ни корпускулярными потоками, идущими от Солнца. Кроме того, если ионосфера с высокой концентрацией электронов непрозрачна для сантиметровых радиоволн, то она будет тем более непрозрачной и для волн дециметровых. В то же время радиолокационные наблюдения Венеры показывают, что дециметровые волны, отражаются от твердой поверхности планеты, и поэтому ионосферная модель не согласовывается с радиоционными наблюдениями.

Как видим, недостатка в гипотезах нет, и ученые справедливо называют Венеру таинственной планетой. И несмотря на то что вся мощная техника планетной астрономии — радиотелескопы и радиолокаторы, оснащенные чувствительнейшими квантовыми усилителями и гигантскими антеннами, оптические телескопы с инфракрасными приемниками и совершенной спектральной аппаратурой — была направлена на получение новой информации о физических характеристиках планеты, истолкование полученных данных не было однозначным и порождало различные гипотезы.

Исследование истинных физических условий на Венере, резко отличающихся от земных, представляет исключительный научный интерес. Эти волнующие вопросы могли быть разрешены только с помощью автоматических межпланетных станций, направляемых к планете и облетающих ее на малом расстоянии или спускающихся непосредственно глубь ее атмосферы и на ее поверхность.