Планета венера: что скрывает наша планетарная соседка?

1970: Посадочный аппарат «Венера-7» привенерился на поверхность Венеры

17 августа 1970 советский посадочный аппарат «Венера-7» привенерился на поверхность Венеры — человечество получило первую информацию о соседней планете. Первая мягкая посадка земного аппарата на другой планете.

Венера-7

Завлабораторией Института космических исследований РАН Людмила Засова — о посадке «Венеры-7»: До этого миссии шести аппаратов, которые назвались «Венера», оказались неудачными. Станции «Венера-4», -5 и -6 вошли в атмосферу, но их раздавило на высоте 20-25 километров над поверхностью. После посадки «Венеры-7» поняли, какое давление на планете — 90 атмосфер. Это было для всех удивительно. Температура была более-менее известна.

Посадочная станция подарила другие научные открытия: измерила скорость ветра, состав атмосферы, уровень радиации. Информация пригодилась для подготовки посадок следующих аппаратов, в том числе «Венеры-9», которая первой сфотографировала то, что скрывается под густыми облаками атмосферы планеты.

Когда спускалась «Венера-7», не знали даже, жидкая поверхность или твердая. Полагали, что там нефтяные озера могли быть, джунгли. Но когда сели, стало понятно, что поверхность там каменистая, твердая.

По составу основная часть поверхности планеты похожа на земные вулканические базальты — застывшая лава от извержений вулканов, происходивших 700 миллионов лет назад. Только 8% поверхности планеты — горная местность, в которой сохранились древние породы. Там могут быть следы океанов, следы минералов, которые были в океане, может быть, какие-то следы остатков свидетельств, что когда-то в этих океанах была жизнь.

«Венера-7» стартовала 12 августа 1970 года. Через четыре месяца, 15 декабря, ее спускаемый аппарат вошел в атмосферу планеты, во время аэродинамического торможения снизил скорость с 11,5 км/с до 200 м/с, достигнув расчётных перегрузок в 350 единиц, и дальнейшее движение осуществлялось на парашюте из термостойкой ткани.

Наземные средства связи принимали радиосигналы со спускаемого аппарата в течение 53 минут – с момента окончания плазменного участка спуска, и в том числе тогда, когда он опустился на поверхность. К сожалению, при входе в атмосферу отказал телеметрический коммутатор, и станция передавала информацию лишь об окружающей температуре.

Но и по косвенным признакам (времени снижения спускаемого аппарата в атмосфере, длине траектории спуска, скорости и характеру изменения передаваемых с него данных) учёным удалось составить профиль соответствия окружающей температуры высоте до поверхности планеты.

Прежние представления о газовой оболочке Утренней звезды оказались ошибочными. Полёт советского зонда помог установить состояние её атмосферы: на поверхности планеты в месте посадки спускаемого аппарата температура зафиксирована – 475±20°С, давление – 90±15 атм.

По допплеровскому сдвигу радиосигнала, шедшего от спускаемого аппарата до Земли, удалось оценить качество поверхности, на которую села станция. Небольшой «тормозной путь» (глубина, на которую спускаемый аппарат зарылся в почву после его свободного падения в результате преждевременного отстрела парашютных строп) указывал, что венерианский «грунт» напоминает что-то среднее между песком и вулканическим туфом.

Миссия «Венеры-7» стала новым достижением советских инженеров и учёных и продемонстрировала новый уровень их технических возможностей.

Схема межпланетной автоматической станции «Венера-7». Фото из архива РГАНТД

Космос и спутниковые системы

• Хронология Вселенной до появления планеты Земля
• Тёмная материя
• Млечный путь
• Скорость света
• Солнечная система
• Земля (планета)
• Луна
• Венера (планета)
• Марс (планета)
• Астероиды

• Научный космос
• Космический туризм
• Космическая медицина
• Космический мусор, Млечный путь, Astroscale Спутник для уборки околоземного космического пространства
• Космическое оружие

• Международная космическая станция (МКС)
• Российская национальная орбитальная служебная станция (РОСС)

• Космонавтика России и СССР
• Роскосмос (Федеральное космическое агентство)
• Ракетно-Космический центр Прогресс
• Энергия РКК им. С.П.Королева
• Российские космические системы (РКС)
• Организация Агат (Роскосмос)
• ЦЭНКИ
• С7 Космические транспортные системы
• Морской старт (Sea Launch)
• Многоразовые транспортные космические системы
• Малые космические аппараты
• Ракетно-космический завод
• Объединенная ракетно-космическая корпорация (ОРКК)
• Космокурс
• Success Rockets
• Лин Индастриал (Lin Indastrial)
• Институт космических исследований РАН (ИКИ РАН)
• ГРЦ Макеева
• Авант — Спэйс Системс (Avant Space)

• Федеральная космическая программа (ФКП)
• ЕКС (Единая космическая система)
• Байконур Космодром
• Восточный Космодром
• Европа (космодром в Дагестане)
• Международная научная лунная станция (МНЛС)
• Роскосмос: Лунный скафандр
• Видеосистема для выхода в открытый космос
• Орлёнок (космический корабль)
• Союз МС пилотируемый космический корабль
• Федерация Российский космический корабль
• Буран (космический корабль)
• FEDOR (Final Experimental Demonstration Object Research)
• МГ-19 Беспилотник России для полета в космос
• Енисей (ракета-носитель)
• Марс-500
• Orbital Express
• Возврат-МКА-Л (космический аппарат)

• Космонавтика Китая, Tiangong (космическая станция)
• Космонавтика в Южной Корее
• Космонавтика в Индии, GSLV (ракета-носитель)
• Европейское Космическое Агентство (ESA)
• Германский центр авиации и космонавтики (Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt, DLR)
• Космическое агентство стран Латинской Америки и Карибского бассейна (Agência Latino-Americana e Caribenha do Espaço; ALCE)
• Космонавтика Украины

• Космонавтика США
• Лунная программа США
• Deep Space Gateway Лунная станция
• Космические силы США (United States Space Force)
• NASA, NASA DART (зонд для уничтожения астероидов)
• Space Exploration Technologies (SpaceX), Starship, Crew Dragon, Falcon, Starlink SpaceX
• Perseverance (марсоход)
• Blue Origin, New Shepard, Orbital Reef
• Virgin Galactic, Virgin Orbit — LauncherOne (ракета-носитель)
• MADV Lockheed Martin, Lockheed Martin
• VOX Space
• United Launch Alliance
• Interstellar Lab
• Momentus Space
• Privateer Space
• Starlab (космическая станция)
• Spaceport Nova Scotia

Варп-двигатель (Warp drive)

• Космические спутники стран мира
• ГЛОНАСС
• ЭФИР Спутниковая система глобальной связи или Глобальная многофункциональная информационная спутниковая система (ГМИСС)
• Сфера Космическая программа многоспутниковых систем
• Спутниковая связь и навигация
• Глобальные системы навигации
• Мониторинг транспорта и навигация (рынок России)
• Единая территориально-распределенная информационная система дистанционного зондирования Земли (ЕТРИС ДЗЗ)
• Федеральная сеть дифференциальных геодезических станций (ДГС)
• ЭРА-ГЛОНАСС
• ECall (emergency call — экстренный вызов)
• Транспортная телематика (мировой рынок)
• Системы безопасности и контроля автотранспорта
• Геоинформационные системы — ГИС
• Самые интересные способы применения ГЛОНАСС/GPS

• GPS
• Galileo
• BeiDou
• Michibiki
• IRNSS (навигационная система)
• Mounted Assured PNT Systems (MAPS)
• AIS Automatic Identification System — Автоматическая идентификационная система в судоходстве

Атмосфера

Венера обладает очень мощной атмосферой, скрывающей от непосредственного наблюдения свою поверхность. Большая ее часть состоит из углекислого газа (96%), 3% составляет азот, а других веществ – аргона, водяного пара и других – и того меньше. Кроме того, в атмосфере в большом объеме присутствуют облака серной кислоты, и именно они делают ее непрозрачной для видимого света, однако инфракрасное, микроволновое и радиоизлучение через них проходят. Атмосфера Венеры в 90 раз массивнее земной, а также гораздо горячее – температура ее составляет 740 К. Причина такой нагретости (больше, чем на поверхности более близкого к Солнцу Меркурия) кроется в парниковом эффекте, возникающем из-за высокой плотности углекислого газа – основной составляющей атмосферы. Высота венерианской атмосферы около 250-350 км.

Атмосфера Венеры постоянно и очень быстро циркулирует и вращается. Период ее вращения во много раз меньше, чем у самой планеты, – всего 4 суток. Скорость ветра также огромна – около 100 м/с в верхних слоях, что гораздо больше, чем на Земле. Однако на небольших высотах движение ветров существенно ослабевает и достигает лишь порядка 1 м/с. На полюсах планеты формируются мощные антициклоны – полярные вихри, имеющие S-образную форму.

Как и земная, венерианская атмосфера состоит из нескольких слоев. Нижний слой – тропосфера – наиболее плотный (99% от общей массы атмосферы) и простирается на высоту в среднем 65 км. Из-за высокой температуры поверхности нижняя часть этого слоя самая горячая в атмосфере. Скорость ветра здесь также невысока, но с увеличением высоты она увеличивается, а температура и давление уменьшаются, и на высоте примерно 50 км уже приближаются к земным значениям. Именно в тропосфере наблюдается наибольшая циркуляция облаков и ветров, и наблюдаются погодные явления – вихри, ураганы, мчащиеся с огромной скоростью, и даже молнии, которые здесь бьют в два раза чаще, чем на Земле.

Между тропосферой и следующим слоем – мезосферой – находится тонкая граница – тропопауза. Здесь условия наиболее схожи с условиями на земной поверхности: температура от 20 до 37 °C, а давление приблизительно такое же, как на уровне моря.

Мезосфера занимает высоты от 65 до 120 км. Нижняя ее часть имеет почти постоянную температуру 230 К. На высоте около 73 км начинается облачный слой, и здесь температура мезосферы постепенно уменьшается с высотой до 165 К. Примерно на высоте 95 км начинается мезопауза, и здесь атмосфера снова начинает нагреваться до значений порядка 300-400 К. Такая же температура и у лежащей выше термосферы, простирающейся до верхних границ атмосферы. Стоит отметить, что в зависимости от освещенности Солнцем поверхности планеты температуры слоев на дневной и ночной стороне существенно отличаются: например, дневные значения для термосферы около 300 К, а ночные – всего около 100 К. Кроме того, на Венере также существует протяженная ионосфера на высотах 100 – 300 км.

На высоте 100 км в атмосфере Венеры имеется озоновый слой. Механизм его образования аналогичен земному.

Собственного магнитного поля на Венере нет, однако есть индуцированная магнитосфера, образованная потоками ионизированных частиц солнечного ветра, приносящих за собой магнитное поле звезды, вмороженное в корональное вещество. Силовые линии индуцированного магнитного поля как бы обтекают планету. Но из-за отсутствия собственного поля солнечный ветер беспрепятственно проникает в ее атмосферу, провоцируя ее отток через магнитосферный хвост.

Плотная и непрозрачная атмосфера практически не позволяет солнечному свету достигать поверхности Венеры, поэтому ее освещенность очень невысока.

Структура атмосферы

Основные особенности атмосферы Венеры – плотный облачный слой и непрекращающиеся ураганы, бушующие над всей ее поверхностью. В отличие от земного, «привязанного» к рельефу и суточному вращению планеты – весь воздушный океан Венеры быстро движется независимо от ее поверхности. Сутки на Венере составляют почти 243 земных дня. За это время атмосферные потоки успевают сделать вокруг нее 60 полных оборотов.

Предположительно, именно медленное вращение вокруг своей оси повлияло на форму геоида: у планеты отсутствует полярное сжатие, поэтому рассчитать ускорение свободного падения на Венере – гораздо легче, чем на Земле. Оно будет одинаковым (8,87 м/с) и для полюсов, и для экватора.

Плотные облака из серной кислоты отражают около 75% дневного света. Они образуются под действием солнечного света из углекислоты и сернистого газа. Сконденсировавшиеся на высоте 65 км капли начинают свободное падение, но не достигают раскаленной поверхности планеты, испаряясь еще в тропосфере, образуя Виргу – «дождь в облаках». Среди серных туч регистрируются крупные зоны электрической активности (молнии, геликоны).

1960е годы

Первая попытка достичь Венеры была предпринята 12 февраля 1961 года: с Байконура ушла в полет межпланетная станция «Венера-1», разработанная в ОКБ-1 под руководством С.П. Королёва. Однако удалившись от Земли на 23 млн км через две недели космический аппарат перестал отвечать. Последние сигналы от него были получены 27 февраля, и на тот момент это был рекорд дальней космической радиосвязи.

Последующие миссии были отправлены к Утренней Звезде в ноябре 1965 года с разницей в четыре дня: «Венера-2» и «Венера-3» оснащались аппаратурой для передачи изображений и исследования основных параметров атмосферы и поверхности планеты. 27 февраля 1966 года «Венера-2» прошла от цели на расстоянии 24 тыс.км, а «Венера-3» даже попала в нее, доставив 1 марта на поверхность второй планеты Солнечной системы вымпел с изображением герба СССР. Задачи полета в полном объеме выполнены не были вследствие отказа ряда систем, тем не менее в ходе перелета на Землю была передана ценная информация о межпланетном пространстве.

Новый этап в исследованиях небесной сестры Земли открыла «Венера-4», стартовавшая 12 июня 1967 года. Это была станция, сделанная по старым чертежам, но уже на новом предприятии: в 1965 году ОКБ-1 передало тематику лунных и межпланетных зондов Машиностроительному заводу им.С.А.Лавочкина, и новые «головники» качественно изменили систему терморегулирования орбитального аппарата и полностью переделали спускаемый аппарат.

18 октября 1967 года, спускаемый аппарат межпланетной станции вошел в верхние слои венерианской атмосферы и совершил полуторачасовой спуск на парашюте, ведя передачу информации о плотности, химическом составе, давлении и температуре газов.

По мере его погружения газовый океан Венеры становился всё горячее и плотнее. На отметке 270℃ и 18 атмосфер оболочка лопнула, и спускаемый аппарат разрушился, озадачив ученых: раньше считалось, что давление на поверхности Венеры не превышает 10 атмосфер. Однако сообщения зонда показали, что ее атмосфера гораздо плотнее и горячее.

Спускаемые аппараты миссий «Венера-5» и «Венера-6», запущенные к Голубой планете в январе 1969 года, были усилены, но и они не смогли преодолеть атмосферу, ограничившись передачей данных о её химическом составе и температуре в широком диапазоне высот. Анализ показал, что для посадки на Венеру аппарат должен иметь прочность батискафа и выдерживать давление в шесть раз выше заложенного в конструкцию ранее.

Новые требования были учтены при разработке «Венеры-7», корпус которой был изготовлен из титанового сплава и рассчитан на внешнее давление до 180 атмосфер и перегрузку свыше 300 единиц. Внутри него размещались измерительная аппаратура, источники электропитания и система терморегулирования. Улучшенная теплоизоляция позволяла спускаемому аппарату активно функционировать на поверхности планеты — при максимальном давлении и внешней температуре до 530°С — в течение не менее 30 минут.

Состав и поверхность

Полагают, что внутренняя структура напоминает земную с ядром, мантией и корой. Ядро должно быть хотя бы частично в жидком состоянии, потому что обе планеты остывали практически одновременно.

Но о различиях говорит тектоника плит. Кора Венеры слишком прочная, что привело к уменьшению тепловой потери. Возможно, это стало причиной отсутствия внутреннего магнитного поля. Изучите строение Венеры на рисунке.

Внутренняя структура Венеры: кора, мантия и ядро

На создание поверхности повлияла вулканическая активность. На планете присутствует примерно 167 крупных вулканов (больше, чем на Земле), высота которых превосходит 100 км. Их присутствие базируется на отсутствии тектонического движения, из-за чего мы смотрим на древнюю кору. Ее возраст оценивается в 300-600 миллионов лет.

Есть мнение, что вулканы все еще могут извергать лаву. Советские миссии, а также наблюдения ЕКА подтвердили наличие грозовых штормов в атмосферном слое. На Венере нет привычных осадков, поэтому молния способна создаваться вулканом.

Также отметили периодический рост/спад количества диоксида серы, что говорит в пользу извержений. ИК-обзор улавливает появление горячих точек, намекающих на лаву. Можно заметить, что поверхность идеально сберегает кратеры, которых насчитывают примерно 1000. Могут достигать 3-280 км в диаметре.

Трехмерная перспектива вулкана Гора Маат, добытая в радиолокационном обзоре миссии Магеллана

Более мелких кратеров вы не найдете, потому что небольшие астероиды просто сгорают в плотной атмосфере. Чтобы добраться до поверхности, необходимо превосходить по диаметру 50 метров.

2020: Томские ученые уточняют карту Венеры для Роскосмоса и НАСА

Специалисты геолого-географического факультета Томского госуниверситета совместно с коллегами из Карлетонского университета (Канада) составляют детальные карты фрагментов поверхности Венеры. Это поможет при выборе будущего места посадки орбитального аппарата с отбором проб в исследовательской миссии «Венера-Д», которую готовят Роскосмос и НАСА.

Как уточняют в пресс-службе ТГУ, «Венера-Д» — совместный проект Роскосмоса и НАСА по отправке орбитального аппарата и посадочного модуля на Венеру для определения состава материала поверхностных структур и понимания геологических процессов, которые сформировали поверхность этой планеты. Полет запланирован на период между 2026 и 2033 годами.

Задача международной исследовательской группы, в состав которой вошли младший научный сотрудник лаборатории геохронологии и геодинамики ГГФ ТГУ Екатерина Антропова и студент 3 курса ГГФ Карлос Брага, — создать подробные карты фрагментов поверхности Венеры, в 10 раз превосходящие по масштабу более ранние исследования.

Как поясняют ученые ГГФ, в настоящее время большая часть Венеры закартирована в разведывательном масштабе — 1:10 000 000, 1:5 000 000. Планируемое региональное картографирование будет более мелкого масштаба — 1:500 000.

Исследование также будет иметь значение для разведки месторождений наземных руд, которые связаны с крупными изверженными провинциями (КИП), сформированными в результате внедрения огромных объемов мантийных магм, и для оценки их влияния на изменение климата планеты.

Поскольку Земля и Венера похожи по размерам и некоторым другим характеристикам, то и протекающие там процессы тоже можно сравнивать. В настоящий момент признано, что формирование КИП на Земле оказало значительное влияние на климат, в том числе, например, на массовое вымирание динозавров. Существует предположение, что именно КИПы вызвали резкое изменение климата и на Венере — в результате выброса CO2 и возрастающего парникового эффекта после масштабных извержений вулканов там, возможно, исчезла жизнь.

То есть на Венере геологические объекты как бы «законсервированы» из-за отсутствия эрозии и других явлений, их можно изучать — и понять, как именно протекали изменения.

Ученые уже закартировали несколько областей Венеры с разнонаправленными вулканическими потоками, областями полей щитовых вулканов и целых крупных вулканических центров. Например, выяснили, что вулкан Атира Монс, над которым работает Карлос Брага, в диаметре составляет 500 км, это сравнимо с протяженностью Томской области с севера на юг. Следующим этапом работы станет демонстрация материалов на международной отраслевой конференции, которая запланирована на март 2021 года в Техасе, США.

Лаборатория геохронологии и геохимии ТГУ создана при поддержке правительства РФ в рамках мегагранта «Происхождение, металлогения, климатические эффекты и цикличность крупных изверженных провинций (КИП)». Над проектом работают ученые из ТГУ, США, Китая, Канады и Испании. Руководителем является канадский ученый Ричард Эрнст.