Солнечная система (Астрономия и астрофизика) - Сурдин Владимир Георгиевич - Страница 32

На высоте от 49 до 67 км. находятся три относительно плотных яруса облаков с периодически меняющейся концентрацией частиц и очень тонкие слоистые облака под их нижней границей. Вниз от 49 км. начинается практически безоблачная атмосфера. Под толстым слоем облаков находится глубочайший океан сильно сжатого углекислого газа. Газ настолько плотен, что и без облаков сильно рассеивает свет. Если облака ослабляют его всего в 2—3 раза, то подоблачная атмосфера — еще раз в 10. Вероятно, даже с высоты 25 км. поверхность планеты не видна. (Все же есть узкое спектральное «окно прозрачности» вблизи 1 мкм).

Состав облаков Венеры

Облака Земли, как известно, состоят из мелких капель воды. Но приписать ту же природу венерианским облакам не удавалось: хотя данные говорили о жидких каплях, но это не могла быть вода. Во-первых, количество водяного пара там очень мало. Во-вторых, измерения показали, что коэффициент преломления света у частиц в облаках Венеры составляет 1,44 (у воды он 1,33). К тому же, температура в верхней части облаков (—40°С) исключает жидкую воду.

Только в 1973 г. удалось найти химическое соединение, которое отвечало всем имевшимся данным. Верхний ярус венерианских туманоподобных облаков, расположенный в интервале высот от 57 до 75 км., — это мельчайшие капли с оптическими свойствами концентрированной 80%-ной серной кислоты. Их диаметр очень мал: 0,4—2 мкм. На высоте 66 км. таких частиц около 300 на 1 см³. Концентрация двухмикронных капелек в верхнем слое с увеличением высоты убывает практически до нуля, но более мелкие частицы, около 0,4 мкм., присутствуют здесь в большом количестве. Вероятно, здесь они и образуются из газовой фазы. Нижняя граница облаков 48—49 км. обладает какими-то критическими для капелек свойствами. Температура здесь близка к 110°С, а давление 1,1 бар.

Тепловой баланс Венеры

Облачный покров Венеры практически непроницаем для инфракрасного теплового излучения; это своеобразное «одеяло» планеты. Ее тепловой баланс почти полностью определяет уходящее в космос излучение самих облаков в диапазоне 7—25 мкм. Кроме этого Венера светится и в ближнем инфракрасном диапазоне 1—2,5 мкм. Свечение исходит от поверхности и из нижних, раскаленных слоев атмосферы; оно пробивается сквозь поглощающее «одеяло» углекислого газа в узких спектральных полосах, так называемых «окнах прозрачности».

Эффективная температура теплового излучения (т.е. температура абсолютно черного тела, которое излучает с единицы поверхности столько же энергии, сколько реальное исследуемое тело) у Венеры ниже, чем у Земли. Казалось бы, это противоречит тому, что поверхность Венеры гораздо горячее земной. Но противоречия здесь нет: уходящее в космос тепловое излучение Венеры создается ее облачным слоем. Вспомним, что сферическое альбедо Венеры в оптическом диапазоне составляет 0,77. То есть, планета отражает 77% падающего на нее солнечного света и только 23% поглощает, в то время как Земля поглощает 67%. Если учесть, что потоки солнечной энергии у Земли и Венеры соотносятся примерно как 1:2, то различие получается в пользу Земли: она поглощает в 1,5 раза больше энергии и должна во столько же раз больше ее излучать. Поэтому излучающая поверхность Земли (в основном это твердая поверхность) горячее, чем излучающая поверхность Венеры — ее облачный слой. А лежащая под облаками твердая поверхность Венеры не имеет почти никакого отношения к радиационному балансу планеты.

Динамика и химия облаков

Измерения показывают, что размеры капель в венерианских облаках удивительно однородны, в отличие от земных облаков. Это значит, что мы видим слой из недавно образовавшихся частиц, иначе однородность их размеров была бы нарушена в процессе столкновений и слияний частиц. Напрашивается вывод, что этот сернокислотный дождь падает откуда-то сверху. С некоторым преувеличением можно сказать, что в метеорологии сухой атмосферы Венеры соединения серы играют ту же роль, что вода в метеорологии Земли. Сернистый газ SO₂, которого довольно мало, около 3×10^—5 от количества СО₂, в присутствии мощного ультрафиолетового излучения Солнца в надоблачной атмосфере фотолитически окисляется кислородом в серный ангидрид SO₃.

Серный ангидрид тут же взаимодействует с небольшим имеющимся количеством водяного пара и дает серную кислоту. Ее количество невелико, но вполне достаточно для существования облачного слоя планеты. Эти частицы постепенно опускаются вниз, при этом они иногда сталкиваются и сливаются. Когда они достигают уровня 49 км., из-за высокой температуры серная кислота разрушается, а угарный газ реагирует с серным ангидридом, разрушает его и оставляет взамен углекислый и сернистый газы. Еще ниже остатки угарного газа отнимают у части сернистого газа последние атомы кислорода, а в атмосферу выделяется газообразная сера.

Наличие в атмосфере серной, соляной и плавиковой кислот связано с высокой температурой поверхности. Общее количество серной кислоты в атмосфере Венеры вполне соответствует обилию серы в вулканических газах и на поверхности. (Серная кислота в очень незначительных количествах появляется и в атмосфере Земли, но быстро растворяется в воде и выпадает с осадками). Кислоты взаимодействуют с материалом поверхности, благодаря чему устанавливается динамическое равновесие.

Химический состав облаков Венеры и особенности их движения позволили объяснить природу полос, заметных только в ультрафиолетовых лучах. Она заключается в том, что на основном слое облаков, который кончается на высоте примерно 70 км., лежит слой дымки толщиной 8—12 км. Эта дымка прозрачна и не видна для всех длин волн длиннее 350 нм. (ближний ультрафиолетовый диапазон). В ультрафиолетовых лучах она сильно рассеивает свет. Нижний слой, наоборот, сильно поглощает ультрафиолетовые лучи. По-видимому, пестрота облачного слоя отражает неравномерное распределение присутствующих в атмосфере газообразных соединений, вызывающих поглощение в ультрафиолете. На уровне верхней границы облаков весь слой завершает один оборот вокруг планеты за 4—5 сут., именно таков период, с которым повторяется рисунок ультрафиолетовой фигуры.

Прямые исследования поверхности Венеры

Далее, при описании поверхности Венеры, нам часто будут встречаться понятия «восток, запад, север, юг». Учитывая необычный характер вращения Венеры, их следует уточнить. Северное полушарие Венеры лежит к северу от эклиптики, южное — к югу. Восточным считается направление против часовой стрелки, если смотреть сверху на северный полюс планеты (так же, как и на Земле). Таким образом, вращается Венера с востока на запад (а Земля — с запада на восток). Отсчет долгот производится от центрального меридиана к востоку, от 0° до 360°. Этот нулевой меридиан выбран так, что он проходит точно через центр небольшого метеоритного кратера Ариадна диаметром 28 км., лежащего на равнине Седны (его северная широта около 44°). В качестве курьеза отметим, что Солнце на Венере восходит на западе. Впрочем, это не имеет значения, ибо с поверхности планеты его диск все равно не виден, а рассеянный солнечный свет практически однородно разлит по небосводу.

Телевизионное изображение поверхности Венеры, которое передала со дна ее газового океана советская «Венера-9» (1975 г.), было первым изображением, полученным с другой планеты (не считая Луны). Оно показало нагромождение камней на склоне горы — восточном склоне горного массива Бета, в точке с координатами 32°с.ш. и 291°в.д. Лишь спустя несколько лет выяснилось, что Бета — вулканический массив, причем один из крупнейших в Солнечной системе. Более того, по некоторым признакам одна из его частей может сейчас находиться в активном состоянии.