В царстве венерианских облаков

Неоднократное зондирование атмосферы Венеры при пролетах сквозь нее автоматических станций позволило получить довольно подробную картину ее строения. Облачный покров планеты трехслойный: на высотах от 70 до 90 км находится разреженная стратосферная дымка, на 50-70 км - основной облачный слой, а на 30-50 км - подоблачная дымка. Основной облачный слой весьма стабилен, хотя местами он гуще, а местами чуть более прозрачный. Он оранжево-желтого цвета. Такой цвет неба, необычный для жителей Земли, обусловлен тем, что атмосфера Венеры состоит из СО2, крупные молекулы которого рассеивают именно эту часть солнечного света. Облака на Венере имеют очень высокую яркость, отражая около 80% света (это сопоставимо с отражательной способностью кучевых облаков в атмосфере и ледяных полярных шапок на поверхности Земли). В облаках содержатся аэрозольные частицы серной кислоты, а также водяной пар. Температура в этом слое - около 10°С. Измерения с космических станций показали, что даже в самой плотной части основного слоя облаков (57-61 км) схож со слабым земным тyманом или дымкой, поскольку дальность видимости в нем составляет 1-3 км.

Наиболее резкая граница изменения физических параметров в облачном покрове Венеры (освещенность, плотность, прозрачность и др.) происходит на уровне 50 км, где лежит нижняя граница облаков. Структyра облачного слоя на дневной и ночной сторонах планеты - различна. Постоянный ярус облаков существует только выше уровня 50±2 км. Расположенный ниже него слой (подоблачная дымка) имеет иной химический состав и появляется только в ночное время, распространяясь вниз до уровня 37 км - к полуночи и до 30 км - к рассвету. К полудню эта дымка рассеивается.

Облачный слой стремительно перемещается с востока на запад над медленно вращающейся планетой, делая один оборот вокруг нее за 4 земных суток. Ветры в нем на высотах 50-60 км достигают сверхураганных (более 12 баллов) скороетей -100-710 м/сек (около 400 км/час). С приближением к поверхности, начиная с высоты 20 км, скорость ветра резко уменьшается и на высоте 10 км составляет уже лишь 3 м/сек (около 10 км/час). На самой же поверхности планеты (на высоте около 1 м) ветер дует со скоростью 0,5-1 м/сек (2-4 км/час). Однако надо иметь в виду, что на Венере это ветер из воздуха, который в 50 раз плотнее земного, поэтому создаваемое им давление гораздо больше.

Венеру иногда называют одной из самых таинственных планет Солнечной системы: плотный облачный покров окутывает ее поверхность. Атмосфера на Венере была открыта М. В. Ломоносовым. Наблюдая 6 июня 1761 прохождение Венеры по диску Солнца , он заметил, что в начале прохождения, когда Венера только небольшой частью нашла на солнечный диск, возникло «тонкое как волос сияние», окружившее часть диска планеты, еще не вступившей на солнечный диск. Подобным же образом, при схождении Венеры с диска, «появился на краю Солнца пупырь, который тем явственнее учинялся, чем ближе Венера к вырождению приходила». Эти наблюдения послужили доказательством наличия атмосферы у Венеры.

Масса атмосферы Венеры примерно в 100 раз превышает массу атмосферы Земли. Преобладающую долю атмосферы составляет углекислый газ (CO2 ~ 97%); азота(N2)— около 3%; водяного пара (H2O)- 0,05%, кислорода — тысячные доли процента. В очень малых количествах имеются также примеси SO2 , H2S, CO, HCl, HF. Температура на поверхности Венеры (на уровне среднего радиуса планеты) — около 750 К (470°C, а максимальная зарегистрирована 530°C), причем ее суточные колебания незначительны. Давление — около 107 Па, или 100 ат, плотность газа почти на два порядка выше, чем в атмосфере Земли. Установление этих фактов явилось разочарованием для многих исследователей, полагавших, что на этой, так похожей на нашу, планете условия близки к тем, что были на Земле в каменноугольный период, а следовательно, там и похожая фауна. Первые определения температуры, казалось, могли оправдать такие надежды, но уточнения (в частности, при помощи спускаемых аппаратов) показали, что благодаря парниковому эффекту возле поверхности Венеры исключено всякое существование жидкой воды.

Облака Венеры состоят в основном из 75-80-процентной серной кислоты. Капельки раствора серной кислоты, возникших под действием солнечного света из присутствующих в атмосфере углекислоты, а также в облаках присутствует водяной пар и соединений серы. Концентрация водяного пара увеличивается с высотой, достигая максимума на высоте около 50 км, где она в сто раз выше, чем у твердой поверхности, то есть доля пара на этой высоте приближается к одному проценту. Температура и давление сначала падают с увеличением высоты. Минимум температуры (150-170 К) определен на высоте 100-120 км, а по мере дальнейшего подъема температура растет, достигая на высоте 12 тыс. км 600-800 К. Установлено, что легкого изотопа аргона на Венере на два порядка больше, чем на Земле. Верхние слои облаков Венеры отражают 76% падающего на них солнечного света.

Из истории изучения атмосферы

После посадки на поверхность планеты станций "Венера-7" (декабрь 1970 г.) и "Венера-8" (июль 1972 г.), выяснилось, что ее температура 730-740 K. В чем причина столь сильного разогрева поверхности Венеры? От Солнца она получает только вдвое больше тепла, чем Земля. Если бы Земля оказалась на ее месте, температура нашей планеты повысилась бы не более чем на 60°С. Значит, должно быть и другое объяснение. Его нашел американский ученый Карл Саган. Дело в том, что газовая оболочка Венеры - это гигантский парник. Она способна пропускать солнечное тепло, но не выпускает наружу, поглощает излучение самой планеты. Поглотителями являются углекислый газ, на долю которого приходится около 96% состава атмосферы, и водяной пар, хотя его и немного.

Кроме того, в атмосфере Венеры были обнаружены азот (4%) и в небольших концентрациях другие газы (метан, аммиак, окислы азота, серы, соединения хлора и фтора, кислород)

Астрономы детально изучили распределение давления, плотности, состава и температуры атмосферы Венеры по высоте. Длительные наблюдения за облачным слоем Венеры с "Маринера - 10" позволили выявить ряд устойчивых деталей, хорошо заметных в ультрафиолетовых лучах. Они перемещаются в сторону вращения планеты, значительно его опережая, - с периодом в четверо суток.

Вопрос о составе облаков Венеры длительное время оставался предметом острых дискусий. Гипотезы о том, что облака Венеры - это капельки воды, кристаллики льда, капли CO2, пылинки, отвергались одна за другой. Когда в начале 1967 г. французские астрофизики Пьер и Жанна Конн обнаружили в спектре облаков Венеры следы соединений хлора и фтора (HCI и HF), их тоже рассматривали как возможные составляющие частиц облачного слоя. Но тщательный анализ показал, что и эта гипотеза неверна.

Разгадка была получена в 1972 г., когда американские исследователи Луиза и Эндрю Янг, а также Годфри Силл независимо друг от друга пришли к выводу, что самым различным наблюдательным данным об облаках Венеры (их показателю преломления, спектральным характеристикам) хорошо удовлетворяет предположение, что они состоят из капелек концентрированной серной кислоты (H2SO4). Кроме того, серная кислота легко соединяется с водой. Давление водяного пара над уровнем облаков оказалось как раз таким, какое должно быть, если облака состоят из капель 80-процентного раствора серной кислоты. Такие капельки встречаются и в земной стратосфере. Но в облаках Венеры они играют основную роль.

Откуда же берется в атмосфере Венеры серная кислота? Исследования показали, что она образуется химическим путем из диоксида серы SO2 источниками которого могут быть серосодержащие породы поверхности (пириты) и вулканические извержения. Вулканы проявляют себя и в другом: их извержения пораждают мощные электрические разряды - настоящие грозы в атмосфере Венеры, которые неоднократно регистрировались приборами станций серии "Венера".

Георгий Бурба, кандидат географических наук