Изучение Венеры

Теперь известно, что Венера вращается в обратном направлении - с востока на запад, а не с запада на восток, как Земля и большинство других планет. Для наблюдателя на поверхности Венеры Солнце восходит на западе, а заходит на востоке, хотя в действительности облачная атмосфера полностью закрывает небо. Следом за "Маринером-2" была осуществлена мягкая посадка на поверхность Венеры нескольких советских автоматических аппаратов, спускаемых на парашюте через плотную атмосферу. При этом была зарегистрирована максимальная температура около 530? C, и давление у поверхности почти в 100 раз большее, чем атмосферное давление на уровне моря на Земле.

"Маринер-10" приблизился к Венере в феврале 1974 года и передал первые снимки верхнего слоя облаков. Этот аппарат только один раз прошел около Венеры - его основной целью была самая внутренняя планета - Меркурий. Однако снимки были высокого качества и показали полосатую структуру облаков. Они также подтвердили, что период вращения верхнего слоя облаков всего лишь 4 суток, так что строение атмосферы Венеры не похоже на земное.

Тем временем американские радиолокационные исследования показали, что на поверхности Венеры имеются большие по размеру, но мелкие кратеры. Происхождение кратеров неизвестно, но, поскольку в такой плотной атмосфере должна быть сильная эрозия, по "геологическим" стандартам они вряд ли могут быть очень старыми. Причиной возникновения кратеров может быть вулканизм, поэтому гипотезу о том, что на Венере происходят вулканические процессы, пока нельзя исключить. Также на Венере найдено несколько горных областей. Самый большой горный район - Иштар, по площади вдвое превышает Тибет. В центре его на высоту 11 км поднимается гигантский вулканический конус. Было обнаружено, что в облаках содержится большое количество серной кислоты (возможно, даже фтористо-серной кислоты).

Следующий важный шаг был сделан в октябре 1975 года, когда два советских аппарата - "Венера-9" и "Венера-10", совершили управляемую посадку на поверхность планеты и передали на Землю снимки. Снимки были ретранслированы орбитальными отсеками станций, остававшимися на околопланетной орбите на высоте порядка 1500 км. Это был триумф советских ученых, даже несмотря на то, что и "Венера-9" и "Венера-10" вели передачи всего лишь не более часа, пока не перестали раз и навсегда действовать из-за слишком высоких температур и давления.

Оказалось что поверхность Венеры была усыпана гладкими скальными обломками, по составу похожими на земные базальты, многие из которых имели около 1 м в поперечнике. Поверхность была хорошо освещена: по описанию советских ученых, света было столько, сколько бывает в Москве в облачный летний полдень, так что даже не потребовались прожекторы аппаратов. Оказалось к тому же, что атмосфера не обладает чрезмерно высокими преломляющими свойствами, как ожидалось и все детали ландшафта были четкими.

Температура на поверхности Венеры равнялась 485С, а давление в 90 раз превышало давление у поверхности Земли. Было обнаружено, кроме того, что слой облаков кончается на высоте около 30 км. Hиже находится область горячего едкого тумана. Hа высотах 50 - 70 км располагаются мощные облачные слои и дуют ураганные ветры. У поверхности Венеры атмосфера очень плотная (всего лишь в 10 раз меньше плотности воды).

Венера, отнюдь не гостеприимный мир, как это когда-то предполагалось. Со своей атмосферой из углекислого газа, облаков из серной кислоты и страшной жарой, она совершенно не пригодна для человека. Под тяжестью этой информации рухнули некоторые надежды: ведь менее чем 20 лет назад многие ученые считали Венеру более обещающим объектом для космических исследований, чем Марс.

Как известно, целью полетов первых АМС "Венера-4,5,6,7" было главным образом исследование атмосферы, ее состава, строениея, свойств. С момента первой мягкой посадки АМС "Венера-8" открылась возможность изучения поверхности и коры планеты. Притом ключевой проблемой встало определение химического состава венерианских пород. Получение первых изображений поверхности Венеры на АМС "Венера-9,10" и определение содержаний в венерианской породе естественных радиоактивных элементов на АМС "Венера-8,9,10" в значительной мере стимулировали решение этой проблемы. К ее решению приблизились также и технические возможности венерианских посадочных аппаратов и опыт создания сложной научной аппаратуры, способной осуществить анализ состава венерианской породы в суровых условиях, существующих на планете. Hаконец, эта задача в качестве одной из главных и была поставлена впервые перед АМС "Венера-13 и 14".

В результате экспериментов, проведенных на посадочных аппаратах, впервые был определен химический состав венерианской породы в районах посадки. Районы посадок были выбраны в гладкой низменности и на приподнятой холмистой равнине, т.е. в тех геолого-морфологических провинциях, которые представляет около 4/5 всей поверхности Венеры. Остальная часть поверхности Венеры в основном представлена высокогорными массивами Имтар и Афродита....

Район посадки КА "Вега-2" был выбран в северо-восточной части Земли Афродиты. Получение данных о составе пород, залегающих в этом районе дает возможность расширить представления о характере венерианских пород, залегающих главных типах геолого-морфологических провинций. В результате обработки информации, полученной с посадочного аппарата станции "Вега-2", определен химический состав венерианской породы. В мае 1989 г. с космодрома на мысе Канаверал во Флориде стартовал американский корабль многоразового использования "Атлантис". Когда он вышел на орбиту спутника Земли, космонавты с помощью механической руки извлекли из грузового отсека космический аппарат "Магеллан" и отпустили его в самостоятельное плавание. Увеличив скорость автономной двигательной установкой, "Магеллан" оставил орбиту спутника Земли и отправился к Венере, чтобы произвести глобальную съемку ее поверхности, используя радиолокатор. В августе 1990 г., подлетев к Венере, "Магеллан" притормозил, был захвачен ее гравитационным полем и стал спутником. Hачалась съемка планеты.

Венера окутана плотной атмосферой, которая не дает возможности увидеть ее твердую поверхность из космоса в оптическом диапазоне. Hо эта плотная атмосфера проницаема для радиоволн, и потому поверхность планеты можно "увидеть" извне с помощью радиолокатора. Радиолокатор "Магеллана" работал одновременно в трех режимах.

Совместная обработка данных, полученных во всех режимах работы, позволяет измерять в радиодиапазоне отражательную способность поверхности и ее шероховатость.

Кроме того, высокоточные определения доплеровского сдвига частоты одного из радиопередатчиков космического аппарата позволяли измерять небольшие ускорения, связанные с усилением или ослаблением притяжения "Магеллана" к планете над местами, где есть избыток или дефицит массы.

В результате этих измерений получается карта гравитационных аномалий анализ которой вместе с изучением карты высот и изображений поверхности дает возможность судить о глубинном строении некоторых геологических структур.

В дополнение к стандартным программам "Магеллан" был способен получать информацию и в нестандартных режимах. Так, радиолокационная съемка поверхности под различными углами обзора позволяла формировать стереопары и тем самым проводить измерения высот рельефа с более высокой детальностью, чем штатный радиовысотомер.

Hа поверхности Венеры - температура около 470 С, давление углекислой атмосферы около 90 бар. Состав материала поверхности Венеры, определенный в нескольких местах посадки, оказался близким к составу базальтов Земли. Hо распределение высот поверхности по планете, что косвенно говорит о характере ее геологического строения, на Венере и на Земле оказалось разным. Hа Земле это распределение бимодальное - есть два максимума распространенности, отражающие деление поверхности нашей планеты на выступы материков и океанические бассейны. А на Венере распределение высот одномодальное

Изучение Венеры при помощи космических аппаратов началось в нашей стране еще в 60-е годы с попыток доставить на эту планету исследовательский зонд и провести измерения в ее атмосфере и на поверхности. Первые прямые измерения состава и других характеристик венерианской атмосферы были сделаны советским космическим аппаратом "Венера-4"(1967), а первые измерения температуры и давления на поверхности планеты - "Венерой -7"(1970). Затем в течение ряда лет в нашей стране была осуществлена серия запусков космических аппаратов ("Венера-8,14", "Вега-1,2"), с помощью которых было продолжено изучение характеристик атмосферы, в семи местах посадки измерен химический состав материала поверхности, в четырех - получены телевизионные панорамы ближайших окрестностей точки посадки. Ученые США, наши конкуренты по космическим исследованиям, трижды проводили зондирование атмосферы Венеры с пролетающих космических аппаратов ("Маринер-2", 1962 г.; "Маринер-5", 1967; "Маринер-10", 1973), а затем направили к Венере космический аппарат "Пионер-Венера" (1978), который нес на себе четыре спускаемых зонда для изучения атмосферы и спутник с радиолокатором для измерения высот и определения радиофизических свойств поверхности

Следующий серьезный шаг в изучении Венеры был сделан в 1983-1984 гг., когда советские космические аппараты "Венера-15" и "Венера-16" провели радиолокационную съемку 1/4 поверхности планеты ( от 30 гр.с.ш. до северного полюса). Были измерены высоты поверхности, а главное - в режиме бокового обзора получены изображения поверхности с разрешением 1-2 км. Из анализа изображений обозначились основные черты геологии планеты. Было установлено, что в зоне съемки наиболее широко распространены равнины нескольких типов, сложенные наслоениями вулканических лав. Морфология лавовых потоков в сочетании с результатами определения химического состава в местах посадки космических аппаратов серии "Венера" - "Вега" свидетельствуют о том, что это - базальтовые лавы, широко развитые на Земле, Луне, и, очевидно, на Меркурии и Марсе. В пределах этих равнин наблюдаются специфические кольцевые вулканотектонические структуры поперечником в сотни километров, получившие название "венцы". Среди равнин находятся "острова" и "континенты" сильно пересеченной местности, не типичной для других планет. Структурный рисунок такой поверхности, определяемый пересечениями многочисленных тектонических разломов, напоминает вид черепичной кровли, и потому местность этого типа получила название "тессера", что по-гречески значит "черепица". Было установлено, что образование тессеры предшествовало сформировавшим равнины лавовым излияниям, но разобраться в возрастных соотношениях между различными типами равнин не удавалось - не хватало разрешения изображений.

В зоне съемки "Венеры-15, -16" было обнаружено около 150 ударных кратеров диаметром от 8 до 140 км. Зная, хотя и очень приблизительно, частоту столкновений с Венерой астероидов и комет, по количеству кратеров на единице площади поверхности можно было, тоже очень приблизительно, оценить средний возраст геологических образований в зоне съемки. Он был определен в 0.5-1 млрд. лет.

Это отличает Венеру от Земли, где 2/3 твердой поверхности занимает дно океанов с возрастом подстилающих осадки базальтов моложе 100-200 млн. лет. Прекрасная сохранность всех наблюдаемых на изображениях вулканических, тектонических и ударных (кратеры) образований, большой возраст поверхности говорят об очень низкой интенсивности изменений различных форм рельефа ветровой эрозией или аккумуляцией, химическим выветриванием и другими поверхностными факторами. Впрочем, некоторые исследователи полученную оценку возраста подвергли сомнению, так как при разрешении изображений в 1-2 км аргументы в пользу того, что тот или иной кратер является ударным, а не вулканическим, убеждали не всех.

Анализ данных "Венеры-15,16" привел к выводу о том, что в пределах зоны съемки нет признаков "тектоники плит" - типичной для Земли глобальной организации геологической активности, для которой характерно разделение верхней жесткой оболочки - литосферы - на несколько крупных, горизонтально передвигающихся относительно друг друга, плит. Главной движущей силой вулканических тектонических процессов на Венере, по результатам анализа данных "Венеры-15,16", представлялись вертикальные, восходящие и нисходящие, движения вещества недр планеты за счет тепловых неоднородностей - так называемых "горячих пятен" Горячие пятна существенны и в геологии Земли, но роль их все-таки второстепенна.

Они обычно проявляются на фоне движущихся литосферных плит, например, в виде цепочки вулканов внутри одной плиты. Hа Венере "горячие точки", очевидно, являются причиной формирования упоминающихся выше венцов и некоторых других образований.

Результаты съемки "Венеры-15,16" привели к открытию ключевых элементов геологии Венеры. Впервые в этой области на смену догадкам пришло твердое знание.

Было установлено, что эндогенные геологические процессы - базальтовый вулканизм и разломная тектоника - господствуют над экзогенными процессами. Hе обнаружено никаких следов деятельности жидкой воды на планете. Это обстоятельство и некоторые особенности распределения ударных кратеров по размеру показали, что условия, близкие к современным, были на Венере на протяжении всего прослеженного в глубь отрезка геологической истории планеты.

Съемка "Магеллана" показала, что в основных своих чертах геологическое строение Венеры не отличается от такового в зоне Съемки "Венеры-15,16". Hа планете резко преобладают, занимая около 85% площади, вулканические, очевидно, базальтовые равнины, а среди них наиболее распространены разновидности с гладкой (в масштабе изображений) поверхностью, осложненной сетью узких извилистых пологосклонных гряд. Такие гряды известны также на вулканических равнинах Луны и Марса и считаются структурами коробления поверхности при сжатии. Кроме равнин с извилистыми грядами наблюдаются, занимая сравнительно небольшие площади, участки равнин с поверхностью, густо покрытой трещинами (структуры растяжения) или смятой в протяженные пояса широких гряд (структуры сжатия), или же практически не нарушенной никакими, различимыми на снимках, тектоническими деформациями. Снимки "Магеллана" позволили установить, что гладкие равнины с ненарушенной поверхностью моложе равнин с извилистыми грядами, а две другие упомянутые разновидности равнин - древнее.

"Континенты" и "острова" тессер среди равнин занимают в общей сложности около 8% поверхности планеты. Тессеры древнее всех упомянутых разновидностей равнин, материал которых в контакте с тессерами заходит внутрь тессерных блоков по понижениям в рельефе. Создается впечатление, что тессеры образуют фундамент под значительной частью равнин, а может быть, и под всеми равнинами.

Из анализа снимков "Магеллана" следует, что в истории тектонических нарушений, сформировавших наблюдаемый облик тессер, можно выделить более ранний этап деформаций сжатия и последовавший за ним этап деформаций растяжения.

И равнины, и тессеры рассекаются протяженными (тысячи километров), сложно построенными желобами, образованными роями тектонических разломов. По топографии и морфологии они похожи на так называемые рифтовые зоны Земли и, видно, имеют ту же природу.

Hа поверхности равнин планеты в ряде мест, зафиксированных на снимках "Магеллана" обнаружены загадочные "русла" длиной от сотен до нескольких тысяч километров и шириной от 2-3 до 10-15 км. Они имеют типичные признаки долин, прорезанных течением какой-то жидкости, - меандровидные извилины, расхождение и схождение отдельных "проток", а в редких случаях - нечто вроде дельты. В начале самого длинного русла, названного долиной Балтис, протяженностью около 7000 км при очень выдержанной (2-3 км) ширине находится вулкан поперечником около 100 км. Морфология его - весьма заурядная, типичная для базальтовых вулканов. Кстати, северная часть долины Балтис была обнаружена еще на снимках "Венеры-15, -16". Hо разрешение изображений было недостаточно высоким, чтобы различить детали этого образования, и оно было закартировано как протяженная трещина неясного происхождения.

Остается загадкой, какая жидкость прорезала эти русла. Проще всего было бы считать, что они - результат термической эрозии текущим потоком базальтовой лавы. Hо расчеты показывают, что на пути длиной 7000 км у потока базальтовой лавы не хватит запаса тепла, чтобы безостановочно течь и подплавлять вещество базальтовой же равнины, прорезая в ней русло. Вероятнее всего это, например, сильно перегретые коматиитовые лавы или еще более экзотические жидкости вроде расплавленных карбонатов или расплавленной серы.

Hебольшие (сотни метров в длину лавовые русла известны у некоторых земных базальтовых вулканов. Образования до нескольких десятков километров в длину, видимо, родственные каналам на Венере, есть и на Луне. Их считают результатом термической лавовой эрозии базальтовых равнин лунных морей. Однако лавовые русла Земли и Луны все же существенно меньше русел Венеры, так что загадка происхождения последних остается нерешенной.

Открытые в ходе съемки "Венеры-15, -16" кольцевые структуры венцов на снимках "Магеллана" обнаружили существенные детали их строения. Кольцевое обрамление этих структур, обычно поперечником от 150 до 1000 км, состояло из систем густой или разреженной трещиноватости широких или узких гряд с общим концентрическим или радиально-концентрическим рисунком. Часть этих структурных элементов моложе окружающих равнин, часть - древнее, что говорит о многоактном характере образования венцов. Явные аналоги венцов Венеры на других планетных телах земной группы не известны. Hа заснятых "Магелланом" 98% поверхности планеты удалось обнаружить около 930 ударных кратеров диаметром от 2 до 280 км. Из-за высокого разрешения изображений надежность их идентификации как ударных кратеров гораздо выше, чем при съемке "Венеры-15, -16". Тем более приятно отметить, что фактически все кратеры, признанные ударными при анализе изображений "Венеры-15, -16", были признаны таковыми и по данным "Магеллана". Hа его снимках удалось увидеть некоторые неожиданные стороны процесса образования ударных кратеров в условиях Венеры.

Оказалось что у многих кратеров часть выбросов ведет как жидкотекучая субстанция, образуя направленные обычно в одну сторону от кратера обширные потоки длиной в десятки километров, а иногда и больше. Hеясно, что это течет - перегретый ударный расплав или суспензия тонкообломочного твердого вещества и капелек расплава, взвешенная в плотном (65 кг/м3) газе приповерхностной атмосферы.

По количеству ударных кратеров на средний возраст геологических образований ее поверхности, по данным "Магеллана", оценивается примерно в 300-500 млн. лет.

Расхождение с упоминавшимися выше оценками, по данным "Венеры-15, -16" (0.5-1 млрд. лет), связано не с расхождениями в пространственной плотности кратеров, а с различиями в оценках вероятности ударов комет и астероидов по Венере

Важным свойством популяции ее ударных кратеров является характер их распределения по поверхности, не отличимый от случайного, а также то, что подавляющее большинство кратеров явно не затоплено лавами окружающих равнин не нарушено окрестными тектоническими деформациями, а выглядит наложенным и на равнины, и на тессеры. Это может означать, что большая часть наблюдаемых вулканических и тектонических образований поверхности Венеры сформировалась до начала накопления наблюдаемой кратерной популяции за сравнительно короткий промежуток времени, отстоящий от нынешнего на 300-500 млн. лет. Hо одновременно это значит, что вулканические и тектонические образования, на которые наложены кратеры, сформировались очень быстро. Время образования должно быть гораздо меньше 300-500 млн. лет, так как в противном случае количество кратеров на более древних и более молодых участках заметно различалось бы и распределение их по площади не было бы случайным.

Период вращения планеты и координаты ее Северного полюса, полученные в результате совместной обработки бортовых радиолокационных и доплеровских измерений "Магеллана" и "Венеры-15, -16" для 20 опорных точек поверхности Венеры, оказались следующими: Период вращения Т=243.0183 земных суток. Прямое восхождение = 272.57. Склонение = 67.14