Реферат: Венера
Реферат: Венера
П Л А Н Е Т А
Венера - ближайшая соседка Земли, вторая по
порядку
планета Солнечной системы, ее среднее расстояние до
Солнца
108,2 миллиона километров. Размеры и массы Венеры и
Земли
также очень близки : радиус Венеры 6051 км (6378 км у
Зем-
ли), масса Венеры составляет 0,815 массы Земли,
средняя
плотность 5240 кг/м , ускорение свободного падения на
эква-
торе 8,76 м/с , что составляет 0,89 земного. После
Солнца и
Луны Венера является самым ярким светилом на земном
небе :
ее звездная величина в максимуме достигает 4,45m, и при
бла-
гоприятных условиях можно даже наблюдать тень от
предметов,
создаваемую светом Венеры. Она совершает один оборот по
ор-
бите вокруг Солнца за 225 земных суток. Собственное
вращение
Венеры необычно : длительность одного оборота превышает
ве-
нерианский год и равна 243 земным суткам, направление
враще-
ния противоположно вращению других планет. При этом
солнеч-
ные сутки длятся около 117 дней. Средняя скорость
движения
Венеры по орбите 34,99 км/с. Угол между плоскостями
экватора
и орбиты равен 25о06, орбита планеты круговая, и поэтому
на
Венере не происходит смены времен года.
В 1610 году Галилей впервые наблюдал смену фаз у
Вене-
ры, т.е. изменение ее видимой формы от диска до узкого
сер-
па. В 1761 году Ломоносов, наблюдая прохождение планеты
по
диску Солнца, обнаружил у Венеры атмосферу. Начиная с
XVII
века астрономы не раз пытались "разглядеть"
Венеру, однако
из-за плотного облачного покрова Венера в видимом
диапазоне
- 2 -
длин волн представляется однородной.
Совершенствование техники астрономических
наблюдений,
использование поляриметрических и стереоскопических
измере-
ний, освоение инфракрасного и ультрафиолетового
диапазонов
длин волн позволили получить некоторую информацию о
характе-
ристиках атмосферы Венеры на уровне верхней границы
облаков.
В двадцатых - тридцатых годах нашего столетия были
про-
ведены первые наблюдения Венеры в инфракрасной области 8-13
микрон, позволившие определить температуру атмосферы у
верх-
ней границы облаков (Петтит и Никольсон, 1929 год),
обнару-
жены полосы углекислого газа (Адамс и Данхэм,
1932 год),
проведены первые поляриметрические измерения (Лио, 1929
год). Дальнейшее развитие наземных спектроскопических
наблю-
дений позволило Конну и др. в 1969 году получить
прекрасный
атлас инфракрасных спектров Венеры и других планет со
спект-
ральным разрешением порядка 1055, обнаружить линии окиси
уг-
лерода, соляной и фтористо-водородной кислот в спектре
Вене-
ры и оценить содержание этих компонент. Рядом
исследователей
в шестидесятые годы были обнаружены в атмосфере планеты
пары
воды.
До полетов космических станций к Венере
единственную
возможность зондирования подоблачной атмосферы планеты пре-
доставляли радиоастрономические наблюдения в
сантиметровом и
дециметровом диапазонах длин волн. Эти наблюдения,
выполнен-
ные в конце пятидесятых - начале шестидесятых годов в
СССР и
США, а также совместные наблюдения ученых обеих стран
пока-
зали, что нижняя атмосфера Венеры имеет температуру
500 -
700 К или 250-450оС. Тогда же в 1961-1962 годах в СССР,
США
- 3 -
и Великобритании была проведена радиолокация Венеры,
которая
позволила определить направление и скорость собственного
вращения, изучить топографические характеристики
поверхнос-
ти, уточнить размер Венеры.
Хотя наземные астрономические наблюдения Венеры
продол-
жают развиваться и поныне, основная информация об этой
пла-
нете за последние два десятилетия была получена с
космичес-
ких аппаратов.
Первым исследовательским аппаратом, направленным
земля-
нами к другой планете, стала советская автоматическая
стан-
ция "Венера-1", стартовавшая 12 февраля 1961
года. Через три
месяца она прошла на расстоянии около 100 тысяч
километров
от Венеры и вышла на орбиту спутника Солнца. Основными
зада-
чами станции "Венера-1" являлись проверка
методов вывода
космических объектов на межпланетную трассу, проверка
сверх-
дальней радиосвязи и управления станцией, проведение
физи-
ческих исследований в космосе.
В декабре 1962 года американский зонд
"Маринер-2" про-
летел на расстоянии 35 тысяч километров от Венеры, имея
на
борту радиометр сантиметрового диапазона, магнитометр и
ряд
приборов для исследования заряженных частиц в космической
пыли. Магнитное поле не было обнаружено; по данным
радиомет-
ра был сделан вывод, что радиоизлучение формируется в
нижней
атмосфере Венеры, а не в ионосфере, как это
допускалось
ранее.
В 1965 году к "прекраснейшей из звезд
небесных", так
назвал Венеру Гомер, ушла "Венера-2",
которая провела так
называемые полетные исследования. Надежно работали
приборы
- 4 -
для измерения космических лучей, магнитных полей,
потоков
заряженных частиц и микрометеоритов, радиопередатчики и вся
система передачи результатов научных наблюдений.
Расправлен-
ные крылья солнечных батарей питали приборы и
аппаратуру
электроэнергией.
Основная техническая проблема, стоявшая перед
конструк-
торами межпланетной станции, заключалась в обеспечении
ее
работы во время спуска в атмосфере Венеры в условиях
огром-
ных температур и давления, а также в период
аэродинамическо-
го торможения.
И вот наступил качественно новый этап: в 1965 году
"Ве-
нера-3" впервые достигла поверхности планеты, а 1967 году
"Венера-4" впервые осуществила плавный спуск в
ее атмосфере
и провела непосредственные физико-химические
исследования.
Первый в истории человечества сеанс межпланетной
радиосвязи
продолжался 93 минуты. Были измерены в зависимости от
высоты
плотность, давление и температура атмосферы, проведен
хими-
ческий анализ состава атмосферы. Спускаемый аппрарат
был
расчитан на давление до 20 атмосфер, и передача данных
прек-
ратилась до посадки на твердую поверхность Венеры. Было
ус-
тановлено, что углекислый газ является основной
компонентой
атмосферы (не менее 95%), получены пределы содержания ряда
других компонент, однозначно установлено существование
высо-
ких давлений и температур в атмосфере планеты. На
пролетном
аппарате измерена водородная корона Венеры, проведены
наблю-
дения заряженных частиц и микрометеоритов.
Через день после посадки "Венеры-4" мимо
планеты мимо
планеты на расстоянии 4000 км пролетел
"Маринер-5", с по-
- 5 -
мощью которого было исследовано прохождение радиосигнала
че-
рез атмосферу и ионосферу (радиопросвечивание) и
проведены
измерения водородной короны. По данным
радиопросвечивания
были получены зависимости температуры и давления от
высоты в
пределах 90-35 км и концентрация электронов ионосфере.
Существование менее плотной, чем земная, водородной
ко-
роны у Венеры было обнаружено измерениями на космических
ап-
паратах "Венера-4" и "Маринер-5". Для
верхних областей Вене-
ры характерен ряд особенностей, определяемых фотохимией
CO2
c возможным участием в комплексе реакций воды и
галогенов, в
условиях атомных и молекулярных взаимодействий и
взаимодейс-
твия с солнечным ветром.
Основная цель запуска в 1969 году двух станций
"Вене-
ра-5" и "Венера-6" - увеличение
проникновения в атмосферу
Венеры, повышение точности измерений химического
состава,
параметров атмосферы и соответствующих им высот.
Корпус
спускаемого аппарата был несколько упрочен, что
позволило
провести измерения подоблачной атмосферы на более низких
вы-
сотах (до 19 км над поверхностью планеты).
Спускаемый аппарат новой конструкции был создан и
вошел
в состав станции "Венера-7", которая достигла
окрестностей
планеты в декабре 1970 года. Ее аппаратура проводила
измере-
ния не только во время спуска во всей толще атмосферы, но
и
в течение 23 минут на самой поверхности планеты.
Условия
оказались необыкновенно суровыми : давление достигало 90
ат-
мосфер, а температура - до 500оС; в облачном покрове,
окуты-
вающем планету, очень много углекислого газа и мало
кислоро-
да. Получены данные о характере пород поверхностного слоя
- 6 -
Венеры.
С помощью спускаемого аппарата станции
"Венера-8" в
1972 году были проведены разносторонние исследования
атмос-
феры и поверхности Венеры. Кроме измерений атмосферного
дав-
ления, плотности и температуры были измерены
освещенность и
вертикальная структура аэрозольной среды, в том числе и
об-
лачного слоя, определены скорости ветра на различных
высотах
в атмосфере по доплеровскому сдвигу частоты
радиопередатчи-
ка, проведена гамма-спектроскопия поверхностных пород.
Фото-
метрические измерения показали, что облачный слой
простира-
ется до высот около 40 км, оценена его оптическая
толщина и
прозрачность; освещенность на поверхности дневной
стороны
Венеры оказалась достаточной для съемки изображения
места
посадки. Впервые получен высотный профиль скорости
ветра,
который характеризуется возрастанием скорости от 0,5
м/сек у
поверхности до 100 м/сек у верхней границы облаков. По
со-
держанию естественных радиоактивных элементов (уран,
торий,
калий) поверхностные породы на Венере занимают
промежуточное
положение между базальтами и гранитами.
В феврале 1974 года на расстоянии 6000 км от
Венеры
прошел американский зонд "Маринер-10", на
котором были уста-
новлены телевизионная камера, ультрафиолетовый
спектрометр и
инфракрасный радиометр. Полученные телевизионные
изображения
облачного слоя использовались для исследования динамики
ат-
мосферы. С помощью ультрафиолетового спектрометра
обнаружены
и измерены количества гелия в атмосфере.
Станции нового поколения "Венера-9" и
"Венера-10", дос-
тигшие планеты в октябре 1975 года, стали первыми
искусс-
- 7 -
твенными спутниками Венеры, а их спускаемые аппараты
совер-
шили мягкую посадку на освещенной стороне планеты.
Впервые
были переданы панорамные телевизионные изображения с
другой
планеты, измерены на спускаемых аппаратах плотность,
давле-
ние, температура атмосферы, количество водяного пара,
прове-
дены нефелометрические измерения частиц облаков,
измерения
освещенности в различных участках спектра. Для измерений
ха-
рактеристик грунта помимо гамма-спектрометра
использовался
радиационный плотнометр. Искусственные спутники
позволили
получить телевизионные изображения облачного слоя,
распреде-
ление температуры по верхней границе облаков, спектры
ночно-
го свечения планеты, провести исследования водородной
коро-
ны, многократное радиопросвечивание атмосферы и
ионосферы,
измерение магнитных полей и околопланетной плазмы. На
стан-
циях второго поколения информация со спускаемых
аппаратов
предавалась на орбитальный аппарат, а затем
ретранслирова-
лась на Землю. Это привело к значительному увеличению
коли-
чества получаемой информации.
На панорамах видны выходы коренных пород наряду с
эро-
дированным материалом; развалы камней могут быть
результатом
смещений в коре и служить подтверждением тектонической
ак-
тивности на Венере. В целом поверхность Венеры - это
горячая
сухая каменистая пустыня.
В 1978 году по межпланетной трассе прошли и
достигли
заданной цели еще два посланца - "Венера-11" и "Венера-12",
основной задачей которых, было детальное исследование
хими-
ческого состава нижней атмосферы методами
масс-спектромет-
рии, газовой хроматографии, оптической и рентгеновской
- 8 -
спектроскопии. Были измерены количества азота, окиси
углеро-
да, двуокиси серы, водяного пара, серы, аргона, неона и
оп-
ределены изотопные отношения аргона, неона, кислорода,
угле-
рода, обнаружены хлор и сера в частицах облаков,
получены
детальные данные по поглощению солнечного излучения на раз-
личных высотах в атмосфере, необходимые для
изучения его
теплового режима. Специальным приемником были
зарегистриро-
ваны импульсы электромагнитного излучения, указывающие
на
существование электрических зарядов в атмосфере
наподобе
земных молний. На пролетных аппаратах были установлены
уль-
трафиолетовые спектрометры для исследования состава
верхней
атмосферы.
Основная составляющая атмосферы Венеры - углекислый
газ
(96% по объему ), азот ( 4%), окись углеродадвуокись серы
,
кислорода практически нет , содержание водяного пара,
по-ви-
димому, колеблетсяот 0,1 - 0,4% под облачными слоями до
15-30% выше них. Наземными спектроскопическими
исследования-
ми найдены также молекулы HCl.
Температура атмосферы Венеры у поверхности планеты (
на
уровне, соответствующем радиусу 6052 км) 735 К,
давление 9
МПа, плотность газа в 60 раз больше, чем в земной
атмосфере.
Атмосфера Венеры до 50 км от поверхности сохраняется
близкой
к адиабатической, а выше 50 км температурный градиент
умень-
шается приблизительно вдвое. Суточные колебания
температуры
у поверхности 1 К, а на высоте 50-80 км достигают 15-20
К.
Температура верхней границы облачного слоя в приполярной
зо-
не на 5-10 К выше, чем у экватора, что, видимо,
связано с
- 9 -
изменением высоты расположения облаков. Высокая
температура
атмосферы у поверхности объясняется действием
парникового
эффекта : согласно данным прямых измерений, значительная
часть солнечного излучения (3 - 4%) достигает
поверхности и
нагревает ее, а сильная непрозрачность для собственного
инф-
ракрасного излучения плотной углекислой атмосферы с
примесью
водяного пара препятствует остыванию поверхности.
Обнаружена высокая грозовая активность Венеры :
интен-
сивность электрических разрядов, регистрировавшаяся по
час-
тоте следования низкочастотных импульсов на спускаемых
аппа-
ратах "Венера-11" и "Венера-12",
оказалась во много раз вы-
ше, чем на Земле. Очевидно вблизи поверхности Венеры
возни-
кают электрические поля с напряженностью в сотни кВ/м.
Высо-
кая грозовая активность предположительно объясняется
наличи-
ем действующих вулканов на поверхности Венеры.
Космические исследования показали, что собственного
магнитного поля у Венеры нет.
Одновременно с "Венерой-11" и
"Венерой-12" проходила
работа американского проекта "Пионер-Венера",
который вклю-
чал спутник и четыре атмосферных зонда с аппаратурой для
из-
мерения давления, плотности, температуры, оптической
толщины
облаков и теплового излучения в атмосфере. На одном из
зон-
дов были дополнительно установлены масс-спектрометр,
газовый
хроматограф, спектрометр размеров аэрозольных частиц и
два
фотометра. На борту спутника находились
масс-спектрометры
нейтрального и ионного состава, ультрафиолетовый
спектро-
метр, инфракрасный радиометр, поляриметр, магнитометр,
ана-
лизаторы плазмы и электрических полей, радар для
исследова-
- 10 -
ния рельефа. 4 декабря 1978 года на околопланетную
орбиту
выведен американский космический аппарат
"Пионер-Венера-1",
а 9 декабря на Венере в четырех точках планеты совершили
по-
садку один большой и три малых зонда (большой и один
малый
на дневную сторону, 2 других малых - на ночную
поверхность),
доставленные космическим аппаратом
"Пионер-Венера-2" (сам
космический аппарат сгорел в атмосфере Венеры). Во
время
этих экспериментов были проведены исследования
структуры,
химического состава, оптических свойств и теплового
режима
атмосферы, свойств облаков. Проведены также измерения
нейт-
рального и ионного состава верхней атмосферы; плазменные
и
магнитные измерения; методом радиовысотометрии
исследован
рельеф значительной части планеты.
На спускаемых аппаратах "Венера-13" и
"Венера-14" (1982
год) была установлена усовершенствованная аппаратура
хими-
ческого анализа атмосферы (масс-спектрометры, газовые
фрома-
тографы, оптические и рентгеновские спектрометры), для
исс-
ледования частиц облачного слоя. На этих станциях
впервые
были получены цветные панорамы поверхности планеты,
провед-
ены бурение и анализ грунта. Была решена проблема
создания и
обработки грунтозаборного устройства, взятые образцы
грунта
доставлены внутрь спускаемых аппаратов и подвергнуты
рентге-
новскому анализу, который дал содержание основных
элементов
в исследованных образцах грунта.
Главной целью космического эксперимента на
искусствен-
ных спутниках Венеры автоматических межпланетных
станциях
"Венера-15" и "Венера-16" (1983 год)
являлось радиолокацион-
ное картографирование поверхности северного полушария с
по-
- 11 -
мощью радиолокаторов бокового обзора. Впервые получены
ради-
олокационные изображения северной приполярной области
Вене-
ры. На изображениях различаются кратеры, гряды,
возвышеннос-
ти, крупные разломы, горные хребты и детали рельефа
размером
1-2 км. На спутниках были также установлены приборы для
зон-
дирования поверхности и атмосферы планеты в
радиодиапазоне и
инфракрасный Фурье-спектрометр, созданный учеными ГДР и
СССР
для исследования химического состава, строения,
теплового
режима и динамики атмосферы на высотах 55-100 км.
Получение с помощью разведчиков космоса
разнообразной
информации о районах дальних и ближних, Венере, других
угол-
ках Солнечной системы имеет огромное научное и познаватель-
ное значение. Познав прошлое люди смогут предсказать
будущее.
Литература.
"В Е Г А" Международный проект
"Венера-Галлей"
Центр Управления Полетом, 1985 год
"К звездам - To the stars"
Шаталов В.А.
Ребров М.Ф.
Баскевич Э.А.
"Планета", Москва, 1982 год
"Космонавтика" Энциклопедия
"Советская энциклопедия", Москва, 1985 год
|