1. 1956 год. Венера долго хранила тайну своего лика под покрывалом облаков. Даже в мощный телескоп на диске планеты ничего, кроме неясных пятен, разглядеть нельзя. 2. 1972 год. Состав облаков пытаются определить «на кончике пера» — с помощью логики и физико-химических диаграмм. Серная кислота — да! Соляная кислота — нет! 3. 1965 год. Радиотелескопы помогли узнать, что поверхность Венеры напоминает раскаленную сковороду — 400 градусов по Цельсию. 4. 1967 год. Есть первая посадка! На планету проникла советская автоматическая станция «Венера-4». Установлено, что атмосфера состоит в основном из углекислого газа, а давление на поверхности, как на дне земного океана.

Венеру долгое время считали очень похожей на Землю, ведь она почти таких же размеров, ее масса и плотность почти равны земным, она имеет мощную атмосферу... Теперь мы знаем, что венерианская поверхность представляет собой раскаленную безжизненную пустыню, а ее история — это несбывшийся путь геологической истории Земли. Если бы земной углерод не был прочно связан в составе коры, то выделение в атмосферу углекислого газа — продукта вулканической деятельности — привело бы к необратимому разогреву поверхности, океаны испарились, а Земля превратилась бы в... Венеру.

Впрочем, такой нежелательный «сценарий» весьма серьезно рассматривается при обсуждении угрозы изменения климата из-за поступления в атмосферу промышленных отходов — углекислого и сернистого газов. Как раз эти газы и определяют метеорологию Венеры. Получается, что чем лучше мы будем знать своих соседей по Солнечной, системе — Венеру, Марс, Меркурий, Луну, — тем глубже будет понимание истории и даже будущего Земли.

В марте 1982 года на поверхность Венеры совершили посадку спускаемые аппараты «Венера-13» и «Венера-14». Принципиально новым шагом в исследовании планет стал анализ химического состава венерианского грунта. Попытки теоретически предсказать минералогию Венеры были сделаны за несколько лет до этого космического полета. Наступило время сопоставить прогноз и эксперимент.

Оранжевое небо, оранжевые камни...

Каких только гипотез не выдвигали по поводу характера поверхности Венеры! Ведь планета постоянно окутана непроницаемой вуалью облаков, и вплоть до полета советской автоматической станции «Венера-4» сведения об условиях на ее поверхности были столь противоречивы, что допускали существование морей из нефти, из обычной воды, а во времена увлечения астроботаникой казалось, что планета — близнец Земли и вполне пригодна для развития пышной флоры и фауны.

Пейзаж холмистой возвышенности Венеры, нарисованный воображаемым путешественником со спускаемого аппарата «Венера-13». Реконструкция сотрудника лаборатории сравнительной планетологии ГЕОХИ АН СССР Р. О. Кузьмина.

В конце 1975 года состоялся первый телерепортаж с поверхности Венеры, когда были переданы панорамы мест посадки спускаемых аппаратов «Венера-9» и «Венера-10». Планета оказалась совершенно безжизненной — под покровом непроницаемых облаков таится мир раскаленных до 450 градусов Цельсия каменистых пустынь. Через несколько лет исследований ученые с помощью радиолокатора на спутнике, выведенном на орбиту вокруг Венеры, сумели построить топографическую карту планеты. Выяснилось, что две трети поверхности — это всхолмленные равнины высотой до двух с половиной километров со множеством кратеров, а на оставшейся площади есть гористые плато, рассеченные глубокими каньонами, там прохладней градусов на пятьдесят. В гористых областях обнаружены вулканы, один из которых выше Эвереста (высота его превышает 11 километров), но более чем вдвое уступает марсианскому Олимпу (27 километров). Около 30 процентов площади планеты заняты плоскими низинами, напоминающими лунные «моря».

Ветры в венерианском пекле слабые, не превышают одного метра в секунду, но это не значит, что они незаметны. Советский астрофизик В. И. Мороз считает, что динамический напор ветра при венерианском атмосферном давлении (100 атмосфер) настолько велик, что земной наблюдатель должен чувствовать себя, как на оживленной улице, настолько шумно в венерианской пустыне.

Расчеты и специальные имитации показали, что для переноса одинаковых пылинок на Венере и Земле сила ветра должна быть разной: на Венере достаточен ветер в десять раз слабее земного. Однако бури в плотной венерианской атмосфере напоминают взмучивание ила при посадке батискафа на морское дно. Именно так ведет себя пылевое облако, поднятое с поверхности Венеры после посадки спускаемого аппарата.

Голубого неба на Венере нет — высокая плотность атмосферы приводит к рассеиванию большей части фиолетовых, синих, голубых лучей. Поэтому небо Венеры оранжево-желтое, может быть, с зеленым оттенком. И венерианские скалы и камни выглядят оранжево-желтыми, именно так, как на панорамах «Венеры-13» и «Венеры-14» после синтезирования цветопередачи.

Из чего же состоят оранжевые камни Венеры? Насколько они похожи на земные? На этот вопрос «фотопортрет», разумеется, не ответит.

Ориентировочные оценки пород на Венере были все-таки получены. В местах посадки автоматических станций «Венера-8» (1973 год), «Венера-9» и «Венера-10» (1975 год) с помощью специальных радиометров удалось измерить содержание естественных радиоактивных элементов — калия, урана и тория. Радиометрия показала, что на Венере можно встретить породы, похожие по уровню радиоактивности как на земные базальты, так и на граниты. Эти опыты еще раз подтвердили, что в твердых оболочках всех планет земной группы шли или продолжают идти активные геологические процессы,— происходит дифференциация планетарного вещества по химическому составу.

Возвращение на Землю контейнеров с венерианским грунтом — задача в обозримом будущем невыполнимая, ведь воображаемой ракете с Венеры придется взлетать как бы со дна земного моря, поскольку давление горячего углекислого газа, из которого в основном состоит венерианский «воздух», в сто раз больше земного. Выполнить анализ грунта Венеры лет пятнадцать назад казалось почти такой же фантастикой, поэтому на повестку дня был поставлен теоретический прогноз. (Нельзя подержать в руках, но рассчитать-то можно!)

Слово берет ЭВМ

Лет тридцать назад потребовалось предсказать химический состав вещества, которое трудно или даже невозможно получить в лаборатории. Надо было точно знать, как будет меняться набор и количество химических соединений в реагирующей смеси газов при высоких температурах и давлениях.

В принципе такие задачи всегда входили в сферу интересов химической термодинамики — науки о температуре, теплоте и превращениях теплоты и работы друг в друга. Химические превращения подчиняются определенным законам термодинамики, а их конкретное выражение описано с помощью хорошо разработанного математического аппарата. Если же в химических процессах число участвующих веществ исчисляется десятками, то для выполнения математических выкладок не хватит человеческой жизни. Но, как известно, есть электронно-вычислительные машины.

5.7. 1975 год. Первый портрет Венеры. Каменистая пустыня, которую увидели телеглаза спускаемых аппаратов «Венера-9» и «Венера-10»		13. 1982 год. Так выглядят послы Земли на Венере — это спускаемый аппарат станций «Венера-13» и «Венера-14».
6.8. 1979-1982 годы. Земляне получили топографическую картину Утренней звезды, на ней есть низменности, возвышенности, высокие горы, кратеры, каньоны. В общем, налицо все приметы детей Солнца — планет земной группы. 9. 1982 год. Этот прибор дал возможность представить цвет венерианского неба: оно оранжевое, а на горизонте — с зеленым оттенком. 10, 11. 1982 год. Второй портрет Венеры: он уже цветной и немножко более «говорящий» — есть явные признаки вулканических процессов. 12. 1982 год. Рентгенофлюоресцентный спектрометр помог узнать, из каких химических элементов состоят горные породы Венеры: очень похоже на земные базальты, но. (?)

Математическое моделирование позволяет выделить из всех возможных вариантов тот, который протекает с наименьшей затратой химической энергии, а значит, и наиболее реальный в неживой и живой природе. При этом выясняется и самая выгодная (с точки зрения затрат энергии системы) форма нахождения химического элемента: войдет ли он в состав газа, кристаллического вещества или жидкости.

В последнее десятилетие специалисты в области наук о Земле обратили внимание на сходство своих задач и тех, которые с успехом решают инженеры-химики. Геологи тоже должны уметь предсказывать поведение химических элементов в магматических расплавах, в горячих рудоносных растворах, тогда, когда природный объект недоступен. Ну а если объект находится на другой планете, то задача усложняется во много раз, поскольку условия, господствующие в иных мирах, не менее, а, пожалуй, куда более таинственны, чем в глубинах Земли.

Уже после посадки советской автоматической межпланетной станции «Венера-7» на поверхности Утренней звезды (15 декабря 1970 года) и комплекса радиоастрономических исследований с Земли, проведенных еще в середине шестидесятых годов в СССР и в США, оказалось, что Венера — удобная лаборатория для химиков и геологов. В самом деле, на планете и ночью, и днем (продолжительность одних венерианских суток отвечает 243 земным) одинаково жарко, на полюсах холоднее всего на несколько градусов, смены времен года тоже нет. Поэтому горные породы поверхности находятся как бы в гигантском термостате в течение многих миллионов лет.

Значит, теоретический прогноз состава неизвестных нам пород поверхности Венеры представляет собой вполне реальную задачу, если допустить существование химического равновесия минералов с горячими газами атмосферы.

В 1978—1979 годах под руководством члена-корреспондента АН СССР В. Л. Барсукова в Институте геохимии и аналитической химии имени В. И. Вернадского АН СССР проблема была поставлена и решена. Состав венерианской атмосферы, температура и давление на поверхности планеты и состав пород, аналогичный земным, считались заданными. А найти требовалось состав продуктов тех химических реакций, которые протекают между газами и минералами и перераспределяют «обязательные» химические элементы — кислород, водород, кремний, железо и так далее — в самых причудливых сочетаниях. На Земле такое перераспределение элементов рождает разнообразные коры выветривания, содержащие глины, бокситы, соли, гипсы... А что на Венере?

В качестве исходных данных в ЭВМ были введены результаты определения состава венерианской атмосферы, полученные космическими средствами, и модели состава земных горных пород. Введенные туда же термические константы дают количественное описание энергетических затрат в нашем «реакторе». Без такого «горючего» реактор не заработает, система будет мертва. Итак, модель поведения химических элементов на поверхности планеты Венера выбрана, исходные данные введены. Теперь — за дело!

Машина успешно справляется с заданием, и мы получаем портрет венерианской коры выветривания. Нет, сенсации не будет. В венерианских условиях благополучно существуют в основном те же минералы, что и в земных гранитах и базальтах, — кварц, полевые шпаты, пироксены. Тем не менее ответ машины достаточно интригующий. Оказалось, что венерианские породы обнаруживают «особые приметы»: есть минералы, содержащие серу. Может быть, именно круговорот серы определяет метеоусловия на Венере — без зимы и лета, без дождя и снега?

Облачный покров Венеры толщиной в 25 километров почти наверняка состоит из капель серной кислоты. Газы, содержащие серу, — важная примесь в углекислой атмосфере планеты, сера в существенных количествах содержится в поверхностных породах... Что это — звенья единого цикла круговорота веществ или случайность? Пока на этот вопрос нет однозначного ответа.

Здесь можно провести аналогию с проблемой возникновения аэрозолей серной кислоты в земной стратосфере (следствие загрязнения отходами химической промышленности), вспомнить сернокислотные дожди в Северной Америке и Европе и убедиться лишний раз в необходимости космических исследований для познания Земли.

Сухость венерианской атмосферы вызывает много дискуссий, многочисленные результаты анализов состава венерианского «воздуха» разноречивы, однако полеты автоматических станций «Венера-13» и «Венера-14» поставили точку: вблизи поверхности атмосфера содержит не более 0,002 процента водяного пара. Итак, отнята последняя возможность обнаружить венерианский «океан» — вода изгнана даже из кристаллических структур минералов. На поверхности Венеры не сохраняется не только капля, но и молекула воды в таком, казалось бы, надежном скафандре, как кристаллическая решетка.

Горячая атмосфера Венеры, вступая в контакт с породами поверхности, может приводить к изменению их химического состава, по сути дела, там происходит химическое выветривание. Главный недостаток теоретической модели — нельзя учесть время и полноту протекания химического процесса. А это означает, что мощность «коры выветривания» мы оценить не можем: будет ли это миллиметровая корочка или многокилометровая толща измененных пород — неизвестно.

Март 1982 года открыл новую страницу в изучении планеты: впервые удалось определить химический состав венерианских пород в местах посадки спускаемых аппаратов «Венера-13» и «Венера-14».

Бурение в раскаленной пустыне

Эксперимент по отбору и анализу венерианского грунта просто фантастичен. Инженеры, создававшие грунтозаборное устройство, шутили: задача сформулирована, как в сказке, — пойди туда, не знаю куда, принеси то, не знаю что! Увы, горькая доля истины в этой шутке была — она связана с относительной «слепотой» посадки на планету. Надо было сконструировать такой бурильный агрегат, который мог бы работать как на скальном, так и на рыхлом грунте, в любом положении (аппарат может сесть с большим креном), при температуре «вишневого каления» обычной стали. Да к тому же бурение надо вести без смазки и без охлаждения!

И вот задача блестяще решена, причем стоатмосферное давление на поверхности Венеры превратили в союзника: проба грунта засасывалась внутрь приемной камеры по принципу пылесоса, затем от высокого давления избавлялись с помощью оригинальной системы шлюзов, в результате укрощенный грунт приходил к конечному пункту «конвейера» почти вакуумированным.

Анализ грунта проводило сложнейшее устройство, разработанное в Институте геохимии и аналитической химии АН СССР имени В. И. Вернадского под руководством профессора Ю. А. Суркова, имевшее на вооружении источники радиоизотопов (железо-55 и плутоний-238). Поток альфа-частиц и жесткого рентгеновского излучения возбуждает в атомах облучаемой пробы флюоресцентное рентгеновское излучение, относительная интенсивность которого позволяет судить о концентрации того или иного химического элемента. Прибор принимал команды с бортового программно-временного устройства, а накопленная информация периодически отправлялась по телеметрической системе на Землю.

Спускаемый аппарат «Венера-13» жил и работал два часа и семь минут, а «Венера-14» — без семи минут час. Из этого времени четыре минуты ушло на бурение и шлюзование пробы грунта, а все остальное время на Землю передавались данные о химическом составе венерианских пород: 38 спектров — с «Венеры-13» и 20 спектров — с «Венеры-14». Рентгено-радиометрический анализ дал уникальные цифры содержания девяти главных породообразующих элементов.

14. 1982 год. Поиск следов водяного пара в атмосфере Венеры. Прибор, установленный на спускаемых аппаратах «Венера-13» и «Венера-14». 15. 1982 год. Открытие сернокислотных облаков «на кончике пера» почти подтвердилось — нашли серу в облачном покрове. Анализатор аэрозоля на «Венере-13» и «Венере-14». 16. 1978—1983 годы. Грунт Венеры глазами ЭВМ: так выглядит минеральный состав венерианской породы на рабочем столе теоретиков.

17

Породы Венеры без вуали?

Попробуем разобраться, какие проблемы минералогии и петрологии Венеры удалось решить после космического рейса «Венеры-13» и «Венеры-14», а какие остались нерешенными или даже возникли вновь.

Во-первых, теперь мы знаем, что наиболее распространенный тип венерианских пород — это базальты. Находки «подозревавшихся» гранитов следует отложить до тех времен, когда мы, может быть, узнаем, из какого материала построены высокогорные континенты на Венере.

Во-вторых, базальты Венеры имеют разный состав в разных геологических провинциях. Низменности (более молодые породы?) заполнены продуктами вулканических излияний практически того же состава, что рождает океаническая кора Земли. Такие породы называют толеитовыми базальтами, а их венерианский облик показывает панорама, полученная на «Венере-14». Более возвышенные регионы, названные холмистыми равнинами, представляют собой, вероятно, наиболее древние геологические области, если судить по интенсивным следам метеоритных бомбардировок. Там тоже базальты, но сильно обогащенные калием и магнием. На Земле породы такого типа появились довольно поздно — не ранее 2,6 миллиарда лет назад, и носят несомненные признаки глубинного происхождения.

В-третьих, базальты Венеры содержат в несколько раз больше серы по сравнению со своими земными аналогами.

Определение химического состава венерианских пород подтвердило теоретический прогноз о концентрации серы, а вот вопрос о том, есть ли на Венере связанная вода, остался нерешенным из-за ограниченных возможностей самой методики. Неизвестны и формы нахождения серы в минералах. Но здесь необходимо особое отступление.

Дело в том, что различия температуры и атмосферного давления на низменностях и в высокогорных областях Венеры достаточно велики, а это значит, что и минеральная пыль в горах и на равнинах — разная. Поэтому теоретически в высокогорье должны существовать более устойчивые сульфиды (пирит), а на высоте не более двух километров — сульфаты (ангидрит). Если это так, то на Венере действует оригинальный циклический механизм химического выветривания, немыслимый на других планетах.

Уже после полета «Венеры-13» и «Венеры-14» американские ученые сообщили, что по радиофизическим измерениям электропроводности грунта Венеры со спутника «Пионер — Венера» получается, что высокогорные венерианские «материки» покрыты чехлом отложений с аномально высокой электропроводностью. Похоже, что такими свойствами обладает только сульфид железа — пирит. Такая неожиданная поддержка нашей гипотезы заставляет с еще большим вниманием относиться к проблеме химического и минерального состава пород Венеры.

Что же теперь сказать о нашем прогнозе состава пород Венеры, сделанном пять лет назад с помощью ЭВМ? Оправдался ли он? По-видимому, основную свою роль он сыграл: было правильно показано возможное направление изменений, которые претерпевают породы, в особенности образование минералов, содержащих серу.

Мы здесь коснулись лишь итогов эксперимента по определению химического состава пород Венеры. Даже один этот пример показывает плодотворность использования теоретического моделирования и прямого эксперимента в такой своеобразной науке, как сравнительная планетология.

Уникальные анализы венерианского грунта в местах посадки космических аппаратов подтверждают одну из общих закономерностей геологической истории планет земной группы. Базальтовый вулканизм — непременное звено длительного процесса формирования коры планет. Сходство состава земных и венерианских базальтов (кремний, алюминий, железо и т. п.) указывает на общие черты развития всех планетных тел Солнечной системы. Различия в начальных условиях рождения планет запечатлены скорее всего в судьбе водяного пара и таких летучих элементов, как углерод и сера. Эти разные судьбы предопределили разные лики детей Солнца — планет земной группы. Но это тема отдельного серьезного разговора.

17, 18. 1983—1984 годы. К новым открытиям! Автоматические станции «Венера-15» и «Венера-16» готовятся к полетам. Будет подробная топографическая карта для следующих экспедиций, впервые увидим венерианский северный полюс...

Мы ставили своей задачей рассказать лишь о последних достижениях в определении минерального и химического состава венерианского грунта. Любые новые сведения об условиях, существующих на планетах земной группы, открывают для нас возможность понять прошлое, настоящее и будущее своей планеты. И не только ее, а и всей Солнечной системы. Последняя четверть двадцатого столетия становится именно тем периодом, о котором мечтал великий Вернадский, — науки о Земле питают планетную астрономию, а землеведение развивается благодаря новым сведениям о соседях по космосу — планетах.