Введение.
Венера — вторая по счету от Солнца планета нашей Солнечной системы, соседка Земли. Эту планету с красивым женским именем также называют Утренней или Вечерней звездой, по причине того что Венеру часто можно увидеть на закате или рассвете, когда на небе еще не появились или, наоборот, из вида уже исчезли звезды. Венера — одно из самых ярких светил на небосклоне, она уступает лишь Солнцу и Луне.
Венера совершенно непригодна для жизни. На планете нет воды, а температура крайне высокая и достигает +480 градусов. Поверхность Венеры представляет собой равнину, усыпанную камнями.
Необычность Венеры состоит в том, что она вращается вокруг своей оси в направлении, противоположном ходу движения большинства планет Солнечной системы, — с востока на запад. Точно так же вращается еще только одна планета нашей системы — Уран.
Физические характеристики Венеры
Основные сведения
Среднее расстояние Венеры от Солнца 108 млн. км (0,723 а. е.). Её орбита очень близка к круговой - эксцентриситет составляет всего 0,0068. Период обращения вокруг Солнца равен 224,7 суток; средняя орбитальная скорость - 35 км/с. Наклон орбиты к плоскости эклиптики равен 3,4°.
Венера вращается вокруг своей оси, наклонённой к плоскости орбиты на 2°, с востока на запад, т. е. в направлении, противоположном направлению вращения большинства планет. Один оборот вокруг оси занимает 243,02 суток. Комбинация этих движений даёт величину солнечных суток на планете 116,8 земных суток. Интересно, что один оборот вокруг своей оси по отношению к Земле Венера совершает за 146 суток, а синодический период составляет 584 суток, т. е. ровно вчетверо дольше. В результате, в каждом нижнем соединении Венера обращена к Земле одной и той же стороной. Пока неизвестно, является ли это совпадением, или же здесь действует гравитационное притяжение Земли и Венеры.
По размерам Венера довольно близка к Земле. Радиус планеты равен 6051,8 км (95 % земного), масса - 4,87Ч1024кг (81,5 % земной), средняя плотность - 5,24 г/см3. Ускорение свободного падения равно 8,87 м/с2, вторая космическая скорость - 10,4 км/с.
Венеру скрывает чрезвычайно густая облачность из облаков серной кислоты с высокими отражательными характеристиками, что не даёт увидеть поверхность Венеры в видимом свете. Споры о том, что находилось под густой облачностью Венеры, продолжались до двадцатого столетия, пока многие из тайн Венеры не были приоткрыты планетологией. У Венеры самая плотная среди прочих землеподобных планет атмосфера, состоящая главным образом из углекислого газа. Это объясняется тем, что на Венере нет никакого круговорота углерода и органической жизни, которая могла бы перерабатывать его в биомассу.
Атмосфера
Атмосфера Венеры состоит в основном из углекислого газа (96 %) и азота (почти 4 %). Водяной пар и кислород содержатся в ней в следовых количествах (0,02 % и 0,1 %). Давление у поверхности достигает 93 атм., температура - 737 К. Это превышает температуру поверхности Меркурия, находящегося вдвое ближе к Солнцу. Причиной столь высокой температуры на Венере является парниковый эффект, создаваемый плотной углекислотной атмосферой. Плотность атмосферы Венеры всего в 14 раз меньше плотности воды. Интересно, что, несмотря на медленное вращение планеты, перепада температур между дневной и ночной стороной планеты не наблюдается - настолько велика тепловая инерция атмосферы.
Облачный покров расположен на высоте 30 - 60 км и состоит из нескольких слоёв. Химический состав облаков пока не установлен. Предполагается, что в них могут присутствовать капельки концентрированной серной кислоты, соединения серы и хлора. Измерения, проведённые с борта космических аппаратов, спускавшихся в атмосфере Венеры, показали, что облачный покров не очень плотный, и, скорее, напоминает лёгкую дымку.
Во время пролёта «Galileo» мимо Венеры, была проведена съёмка инфракрасным спектрометром NIMS, неожиданно выяснилось, что на волнах длиной 1,1, 1,18 и 1,02 мкм сигнал коррелирует с топографией поверхности, то есть для соответствующих частот существуют «окна», через которые видно поверхность Венеры.
В ультрафиолетовом свете облачный покров выглядит как мозаика светлых и тёмных полос, вытянутых под небольшим углом к экватору. Их наблюдения показывают, что облачный покров вращается с востока на запад с периодом 4 суток. Это означает, что на уровне облачного покрова дуют ветры со скоростью 100 м/с.
Климат
Температура на поверхности Венеры (на уровне среднего радиуса планеты) - около 750 К (475 °C), причём её суточные колебания незначительны. Давление - около 93 атм., 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 биосфера. Первые определения температуры, казалось, могли оправдать такие надежды, но уточнения (в частности, при помощи спускаемых аппаратов) показали, что благодаря парниковому эффекту возле поверхности Венеры исключена всякая возможность существования жидкой воды.
Этот эффект в атмосфере планеты, приводящий к сильному разогреванию поверхности, создают углекислый газ и водяной пар, которые интенсивно поглощают инфракрасные (тепловые) лучи, испускаемые нагретой поверхностью Венеры. Температура и давление сначала падают с увеличением высоты. Минимум температуры 150-170 К(-125…-105°С) определён на высоте 60-80 км, а по мере дальнейшего подъёма температура растёт, достигая на высоте 90-120 км 310-345 К (35-70°С).
Ветер, весьма слабый у поверхности планеты (не более 1 м/с), однако в районе экватора на высоте свыше 50 км усиливается до 150-300 м/с. Наблюдения с автоматических космических станций обнаружили в атмосфере грозы.
Рельеф
«Венера-15» и «Венера-16» в 1983-1984 годах произвели с помощью радиоволн картографирование большей части северного полушария. Американский «Магеллан» с 1989 по 1994 год произвёл более детальное (с разрешением 300 м) и почти полное картографирование поверхности планеты. На ней обнаружены тысячи древних вулканов, извергавших лаву, сотни кратеров, горы. Поверхностный слой (кора) очень тонок; ослабленный высокой температурой, он даёт много возможностей лаве вырваться наружу.
Венера - самое активное небесное тело, вращающееся вокруг Солнца. Два венерианских континента - Земля Иштар и Земля Афродиты - по площади не меньше Европы каждая. Низменности, похожие на океанские впадины, занимают на Венере только одну шестую поверхности. Горы Максвелла на Земле Иштар возвышаются на 11 км над средним уровнем поверхности. Кстати, горы Максвелла, а также области Альфа и Бета являются единственными исключениями из правила, принятого МАС. Всем остальным районам Венеры даны женские имена, в том числе русские: на карте можно найти Землю Лады, равнину Снегурочки и даже каньон Бабы-Яги.
Ударные кратеры - редкий элемент венерианского пейзажа. На всей планете имеется лишь около 1000 кратеров. На снимке два кратера диаметрами около 40 - 50 км. Внутренняя область заполнена лавой. «Лепестки» вокруг кратеров представляют собой участки, покрытые раздроблённой породой, выброшенной наружу во время взрыва при образовании кратера.
Поверхность и внутреннее строение
Исследование поверхности Венеры стало возможным с развитием радиолокационных методов. Наиболее подробную карту составил американский аппарат «Магеллан», заснявший 98 % поверхности планеты. Картографирование выявило на Венере обширные возвышенности. Крупнейшие из них - Земля Иштар и Земля Афродиты, сравнимые по размерам с земными материками. На поверхности планеты также выявлены многочисленные кратеры. Вероятно, они образовались, когда атмосфера Венеры была менее плотной. Значительная часть поверхности планеты геологически молода (порядка 500 млн. лет). 90 % поверхности планеты покрыто базальтовой лавой.
Предложено несколько моделей внутреннего строения Венеры. Согласно наиболее реалистичной из них, на Венере имеется три оболочки. Первая - кора - толщиной примерно 16 км. Далее - мантия, силикатная оболочка, простирающаяся на глубину порядка 3300 км до границы с железным ядром, масса которого составляет около четверти всей массы планеты. Поскольку собственное магнитное поле планеты отсутствует, то следует считать, что в железном ядре нет перемещения заряженных частиц - электрического тока, вызывающего магнитное поле, следовательно, движения вещества в ядре не происходит, то есть оно находится в твёрдом состоянии. Плотность в центре планеты достигает 14 г/см3.
Интересно, что все детали рельефа Венеры носят женские имена, за исключением высочайшего горного хребта планеты, расположенного на Земле Иштар близ плато Лакшми и названного в честь Джеймса Максвелла.
Изучение Венеры
2.1 Наблюдения в телескоп
Фазы Венеры
Орбита Венеры ближе к Солнцу, чем орбита Земли. Когда Венера находится с противоположной от Солнца стороны, освещён весь её диск, а когда она расположена между Землёй и Солнцем, мы видим только часть освещённого Солнцем полушария. По этой причине у Венеры, как и у Луны, имеются различные фазы в зависимости от её местоположения на орбите.
Первым наблюдал фазы Венеры Галилей в 1610 г. Из сходства с фазами Луны он сделал вывод, что орбита Венеры расположена ближе к Солнцу, чем орбита Земли. Его наблюдения Венеры доказали, что в центре нашей Солнечной системы находится Солнце. Наблюдая фазы Венеры раз в несколько дней примерно в течение месяца, ты сможешь рассчитать, приближается к нам эта планета или удаляется от нас.
Венера проходит через разные фазы. Как и наша Луна, Венера может выглядеть как полный диск или как тонкий полумесяц. Однако Венера, которая часто является самым ярким объектом на небе сразу после заката или перед рассветом, имеет такой маленький угловой размер, что ясно увидеть ее фазы можно только бинокль или небольшой телескоп. Эта последовательность изображений была получена в течение нескольких месяцев и показывает не только изменение фазы, но и изменение видимого углового размера Венеры. На негативном изображении в середине последовательности Венера находится в новой фазе, которая наступила во время редкого частного затмения Солнца Венерой в 2004 году.
Сейчас Венера хорошо видна вечером на небе. Вторая планета от Солнца и третий объект по яркости после Солнца и Луны, она светит как яркий маяк над горизонтом после захода Солнца и на нее нельзя не обратить внимания. При наблюдении в телескоп можно увидеть ее фазы. На рисунке вы видите, как менялись фазы Венеры и одновременно увеличивался ее видимый размер за последние несколько недель. При движении по внутренней орбите Венера постепенно приближается к Земле и становится при этом больше. Аналогично тому, как Луна проходит через разные фазы, освещенная Солнцем полусфера Венеры выглядит как все более узкий серп. В настоящее время на небе видны как серп Венеры, так и лунный серп. 8 июня Венера пройдет по диску Солнца. Последний раз такое событие произошло в 1882 году.
Прохождение по диску Солнца
Так как Венера является внутренней планетой по отношению к Земле, земной наблюдатель может наблюдать её прохождение по диску Солнца, когда при виде с Земли в телескоп её можно видеть в виде маленького чёрного диска. Однако это явление является одним из самых редких в Солнечной системе. Примерно в течение двух с половиной столетий случается четыре прохождения - два декабрьских и два июньских. Ближайшее произойдёт 6 июня 2012 года.
Впервые наблюдал прохождение Венеры по диску Солнца 4 декабря 1639 года английский астроном Джеримайя Хоррокс (1619-1641) Он же это явление предвычислил.
Особый интерес для науки представляли наблюдения «явления Венеры на Солнце», которые сделал М. В. Ломоносов 6 июня 1761 года. Это прохождение наблюдалось во всём мире, но только Ломоносов обратил внимание на то, что при соприкосновении Венеры с диском Солнца вокруг планеты возникло «тонкое, как волос, сияние». Такой же светлый ореол наблюдался и при схождении Венеры с солнечного диска.
Ломоносов дал правильное научное объяснение этому явлению, считая его результатом преломления солнечных лучей в атмосфере Венеры. «Планета Венера - писал он, - окружена знатной воздушной атмосферой, таковой (лишь бы не большею), какова обливается около нашего шара земного». Так впервые в истории астрономии, ещё за сто лет до открытия спектрального анализа, было положено начало физическому изучению планет. В то время о планетах Солнечной системы почти ничего не было известно. Поэтому наличие атмосферы на Венере Ломоносов рассматривал как неоспоримое доказательство сходства планет и, в частности, сходства между Венерой и Землёй.
Вид с Земли
Венеру легко распознать, так как по блеску она намного превосходит самые яркие из звёзд. Отличительным признаком планеты является её ровный белый цвет. Венера, так же, как и Меркурий, не отходит на небе на большое расстояние от Солнца. В моменты элонгаций Венера может удалиться от нашей звезды максимум на 48°. Как и у Меркурия, у Венеры есть периоды утренней и вечерней видимости: в древности считали, что утренняя и вечерняя Венеры - разные звёзды. Венера - третий по яркости объект на нашем небе. В периоды видимости её блеск в максимуме около m = 4,4.
В телескоп, даже небольшой, можно без труда увидеть и пронаблюдать изменение видимой фазы диска планеты. Их впервые наблюдал в 1610 году Галилей. Атмосферу на Венере открыл М. В. Ломоносов 6 июня 1761 г. (по новому стилю).
2.2 Космические миссии
Венера довольно интенсивно исследовалась с помощью космических аппаратов. Первым космическим аппаратом, предназначавшимся для изучения Венеры, была советская «Венера-1». После попытки достижения Венеры этим аппаратом, запущенным 12 февраля 1961, к планете направлялись советские аппараты серии «Венера», «Вега», американские «Маринер», «Пионер-Венера-1», «Пионер-Венера-2», «Магеллан». В 1975 космические аппараты «Венера-9» и «Венера-10» передали на Землю первые фотографии поверхности Венеры; в 1982 «Венера-13» и «Венера-14» передали с поверхности Венеры цветные изображения. Впрочем, условия на поверхности Венеры таковы, что ни один из космических аппаратов не проработал здесь более двух часов.
Тщательная радиолокационная съёмка северного полушария Венеры с автоматических станций «Венера-15» и «Венера-16», выведенных в 1984 г. на орбиты спутников планеты, показала, что многие горные вершины имеют на склонах явные следы потоков лавы. Ещё заметнее они на радиоизображениях, переданных американским аппаратом Магеллан, который четыре года (1990-1994 гг.) работал на орбите спутника Венеры. Благодаря работе станций серии Венера были составлены карты рельефа северного полушария планеты. Для этого отечественные специалисты применили оригинальную методику с использованием двух радиолокаторов и с последующей компьютерной обработкой изображений.
Список источников:
1. Энциклопедия для детей. Т. 8. Астрономия. –– 2-е изд., Э68 испр. /Глав. ред. М. Д. Аксёнова. –– М.: Аванта+, 2002. –– 688 с.
2. Википедия. Венера.
3. Астронет. Фазы Венеры.
4. Riddle HQ. Венера.