Как вращается планета венера. Период обращения венеры вокруг солнца и другие интересные факты о ней. Состав и поверхность планеты Венера

На далекой звезде Венере
Солнце пламенней и золотистей,
На Венере, ах, на Венере
У деревьев синие листья.

Николай Гумилёв

Планета римской богини любви и красоты, утренняя и вечерняя звезда... Вы наверняка её видели - рано утром, когда солнце вот-вот взойдёт, она последней исчезает на светлеющем небе. Или, наоборот, первой загорается на фоне гаснущего заката - самая яркая, если не считать Солнце и Луну, в 17 раз ярче самой яркой звезды - Сириуса. Если присмотреться, она и не похожа на звезду - не мерцает, а светит ровным белым светом.

А вот в полночь вы её никогда не увидите. Венера для земного наблюдателя не удаляется от Солнца больше, чем на 48°, - ведь мы смотрим на её орбиту «снаружи». Поэтому Венеру хорошо видно в двух случаях: когда она правее, западнее Солнца - это называется западная элонгация - в это время она садится раньше Солнца и раньше Солнца встаёт, поэтому хорошо видна перед восходом; и когда она слева от Солнца и в течение дня следует по небу за ним, тогда её видно вечером (рис. 1). Период, когда планета близка к линии Земля - Солнце, называется соединением (планета «соединяется» с Солнцем), в это время её не видно.

Впрочем, не совсем так. Венеру не видно глазом, когда она близко к Солнцу, но в телескоп - если точно знать, где её искать - разглядеть можно. (Кстати, задача - нарисуйте, как выглядит в телескоп Венера, например, в восточной элонгации.) А изредка бывает, что она проходит для земного наблюдателя не возле Солнца, а прямо по его диску. Во время такого прохождения, наблюдая его в телескоп, Ломоносов и открыл атмосферу Венеры. Когда бо льшая часть Венеры уже была на диске Солнца, он на мгновение увидел тонкий светящийся ободок вокруг остальной части планеты (рис. 2). Этот ободочек видели многие, но не придали ему значения. И только Ломоносов понял, что это косые солнечные лучи подсветили атмосферу планеты, как фонарик в темноте подсвечивает дым и делает его видимым.

Атмосфера эта оказалась совсем не подарком. Для начала выяснилось, что она непрозрачна для «обычного» (видимого) света и не даёт разглядеть поверхность планеты: это всё равно что пытаться увидеть дно кастрюли через слой молока. Но главное люди узнали, только когда на Венеру попробовали посадить спускаемый аппарат.

По размеру Венера почти как Земля, да и по массе ненамного меньше; казалось бы, эти две планеты почти одинаковы. Так что ещё в начале ХХ века можно было предполагать, что на Венере растут деревья и вообще кто-нибудь живёт. Или что на ней, например, могут поселиться земляне. Однако эти надежды не оправдались: первый аппарат, попытавшийся сесть на Венеру (в 1967 году), был раздавлен, ещё не долетев до поверхности!

Оказалось, что на Венере - чудовищное атмосферное давление: почти в 100 раз больше, чем на Земле. На каждый квадратный сантиметр поверхности столб воздуха давит с такой силой, как если бы на Земле на этот сантиметр поставили стокилограммовую гирю! Плотность венерианского «воздуха» всего в 14 раз меньше плотности воды. Температура всегда - что днём, что ночью - равна 470°C, больше, чем в самом жарком месте Меркурия! Вдобавок атмосфера, состоящая в основном из углекислого газа (CO 2), содержит кучу ядовитых и едких соединений серы, в том числе и серную кислоту. До сих пор ни один спускаемый аппарат - а было их около десятка - не продержался в этой обстановке дольше двух часов...

Попробуйте представить себе эту картину. Небо на Венере оранжевое, всегда покрыто облаками из серной кислоты. Солнца никогда не видно за сплошным слоем облаков. Никакой воды, естественно, нет - при такой температуре она давно испарилась (а раньше, похоже, были океаны!). Иногда идут кислотные дожди (буквально: вместо воды кислота), но до поверхности не долетают - испаряются от жары. Ветра внизу почти нет, всего 1 м/с, но «воздух» до того плотный, что даже такой слабый ветер поднимает пыль и мелкие камешки, всё это как будто плывёт в воздухе. Зато наверху, на высоте облаков, постоянно свирепствует гигантский ураган - скорость ветра там достигает 100 м/с, то есть 360 км/час, и даже больше! (Откуда этот ураган взялся, до сих пор неизвестно.)

Как же так получилось? Почему эта картина так сильно отличается от земной? Давайте разбираться.

Соединения серы и углекислый газ (которого на Венере 96%) в атмосферу попали из вулканов. Вулканов много - тысячи, вся поверхность покрыта застывшей лавой. Возможно, какие-то из вулканов действуют и сейчас, но пока извержения на Венере увидеть не удалось.

У всех этих «вулканических» газов молекулы тяжёлые: например, молекула углекислого газа весит в 1,5 раза больше, чем молекулы азота и кислорода, составляющие земную атмосферу. И их очень много. Поэтому «воздух» там такой плотный и тяжёлый.

А почему температура так высока? Опять виноваты вулканические газы, в первую очередь углекислый газ. Он создаёт так называемый парниковый эффект , суть которого вот в чём. Солнце освещает планету (Землю, например) и тем самым её нагревает, передавая ей каждую секунду (через лучи света) сколько-то энергии. Благодаря этой энергии дуют ветры, текут реки, живут растения и животные. Но энергия никогда не исчезает, она может только превращаться из одного вида в другой. Мы съели бутерброд - спрятанная в нём (химическая) энергия потратилась на подогрев нашего тела. Течёт река - вода ударяется о камни и тоже их нагревает. Так что в конечном счёте энергия, переданная Солнцем планете, переходит в тепло - планета нагревается. А куда девается энергия дальше? Нагретая поверхность планеты испускает уже чуть-чуть другое излучение, невидимое глазу, - инфракрасное. Чем горячее поверхность, тем сильнее излучение. Это излучение уходит в космос и уносит «лишнюю» энергию - ровно столько, сколько её приходит от Солнца. Соблюдается равновесие: сколько взял - столько верни.

А если вернуть (то есть излучить) меньше, чем взял (получил от Солнца)? Энергия начнёт накапливаться на планете, и температура поверхности и воздуха будет расти. Сильнее нагретая поверхность излучает больше инфракрасных лучей - и скоро равновесие восстановится, но при более высокой температуре.

Вот парниковый эффект - это перегрев, который возникает как раз от такого временного нарушения равновесия. Дело в том, что углекислый газ поглощает инфракрасные лучи. Поверхность планеты их излучает, а углекислый газ в атмосфере - не выпускает наружу, в космос! Внутрь солнечная энергия с видимым светом попадает, а наружу - атмосфера не пускает. Так и копится энергия, пока вся атмосфера не прогреется настолько, что уже верхний её слой сможет наконец излучить в космос нужное количество энергии и восстановить равновесие. Это и произошло на Венере - чтобы восстановить равновесие, её поверхности пришлось нагреться градусов на 400. Так может случиться и с Землёй, если в её атмосфере накопится слишком много углекислого и других «сложных» газов!

Есть ещё одна интересная особенность. Почти всё в Солнечной системе - все планеты и бо льшая часть астероидов - обращается вокруг Солнца в одну и ту же сторону. И вокруг оси все большие планеты вращаются в ту же сторону - все, кроме одной . Венера вертится «не как все», правда, очень медленно: 1 оборот вокруг оси за 243 земных суток, в то время как венерианский год длится 225 земных суток. То есть Венера вращается вокруг Солнца даже чуть-чуть быстрее, чем вокруг оси! Натренировавшись на Меркурии, вы, конечно, без труда разберётесь, сколько времени длился бы день и сколько - ночь на Венере, если бы эти два периода совпадали (этот ответ почти настоящий, так как разница мала). Резонанс с Солнцем опять неполный - и опять, возможно, причина в Земле: как Меркурий в своём «вальсе» всё время поворачивается к нам при встречах одной и той же стороной, так и Венера в каждом соединении с Солнцем повёрнута к Земле одинаково. Так что неточный резонанс с Солнцем - зато есть резонанс с Землёй.

Почему она крутится не в ту сторону? Непонятно. Есть разные гипотезы, одна другой сомнительнее. Все они так или иначе сводятся к тому, что «в детстве» с Венерой случилось какое-то несчастье. Кто-то толкнул или ударил... Зато хорошо известен ответ на предыдущий вопрос - почему все остальные планеты так дружно (и все, кроме Меркурия, быстро) крутятся в одну и ту же сторону? Попробуйте догадаться.

Ответы

1. При взгляде в телескоп у Венеры хорошо виден диск, поэтому видны и фазы - как у Луны. И по той же причине: видно только её освещённую сторону. В восточной элонгации мы видим ровно полкруга «в виде буквы Р» (см. рис. 1 статьи), как Луна в первой четверти. Но в отличие от Луны, месяц Венеры в это время не растёт, а убывает: дальше Земля и Солнце окажутся по разные стороны от неё, и её серп станет очень узким.

2. Если бы год и звёздные сутки совпадали, день и ночь длились бы по четверти года - см. рисунок ниже. На самом деле солнечные сутки на Венере длятся 116 земных суток, то есть больше полугода, но меньше половины звёздных суток.

3. Вращение (и годичное, и суточное) в одну сторону - следствие общего происхождения. Все планеты «слепились» из комков (планетезималей) в большом протопланетном облаке, которое всё в целом небыстро вращалось в одну (случайную) сторону, как суп в кастрюле, если его слегка помешать ложкой. Когда образовалось Солнце, всё облако уплотнилось (сжалось к центру) и, как фигурист, прижавший в «винте» руки к туловищу, стало вращаться быстрее; в физике это называется сохранением момента импульса. Отдельные комки тоже сжимались (и очень сильно), образуя планеты, и их вращение вокруг оси сильно ускорилось. Поэтому планеты крутятся вокруг оси быстро; Меркурий затормозился уже потом.

Художник Мария Усеинова

На Земле такое давление тоже можно найти - в океане, на глубине 1 км.

На самом деле небольшой парниковый эффект (но не из-за углекислого газа, а из-за водяного пара) на Земле есть, и очень кстати: без него температура была бы градусов на 20–30 ниже, чем сейчас.

Формально «не в ту сторону» вертится ещё Уран, но про него мы поговорим отдельно.

Нужно только рисунок нарисовать... Если не получится, см. ответы.

Благодаря своему мощному блеску, Венера всегда привлекает к себе внимание. Однако при наблюдениях в телескоп ее вид не может не вызывать разочарование. Если не считать ее фаз, планета представляется лишь ослепительно сверкающим шаром, который так же невыразителен, как свет матовой лампы. Лишь иногда на диске Венеры можно невзначай увидеть (или вообразить) низкоконтрастные пятна трудноуловимой формы.

Волнующая планета

Другим крайним значением был исключительно большой период вращения, впервые полученный итальянским астрономом Джованни Скиапарелли в 1890 году - 225 дней. Эта величина совпадала с периодом вращения планеты вокруг Солнца. Однако большинство астрономов посчитало синхронный период вращения неправдоподобным, т.к. облачная атмосфера планеты в неосвещенном полушарии, где царила бы вечная ночь, давно была бы заморожена. Тем не менее, вплоть до середины XX века у этой гипотезы сохранялись и сторонники, зачастую именитые, в частности американский астроном Весто Слайфер. Он известен тем, что не только "подтвердил" существование марсианских "каналов", открытых Скиапарелли, но и обнаружил аналогичные образования на Меркурии и Венере. Впрочем, темные венерианские "каналы" лишь слегка омрачили научную карьеру известного астронома.

В конце концов, визуальные наблюдения потерпели неудачу в решении этого вопроса. Многих астрономов продолжал удовлетворять период около 24 часов, однако были и несогласные. Среди противников 24-часового периода вращения можно назвать, например, Г. Мак-Ивена, предложившего в 1924 году период 2.8 суток, и У. Г. Стивенсона, остановившегося в том же году на 8-дневном периоде.

Спектроскоп, измеряющий доплеровское смещение, ставшее поистине одним из краеугольных камней астрономии ХХ-го столетия, тоже не помог. Приближающийся к наблюдателю край вращающейся планеты приводит к смещению в голубую часть спектра, а удаляющийся - соответствует красному смещению спектральных линий. Величина смещения зависит от скорости вращения. Впервые этот метод для решения рассматриваемой задачи применил русский астроном А. А. Белопольский в конце XIX века, но безрезультатно. Повторные попытки обнаружить этот эффект в спектре Венеры давали противоречивые результаты. К концу 1950-х годов стало понятно, что если период вращения Венеры подобен земному, то вызванное этим доплеровское смещение было бы давно обнаружено. Между тем, начинался космический век, и отсутствие знания периода вращения Венеры становилось заметной проблемой, обращающей на себя внимание в учебниках астрономии.

Разительным контрастом с неясными пятнами, отмечающимися при визуальных наблюдениях, были детали, ясно различимые на снимках Венеры в ультрафиолетовом диапазоне. Они были обнаружены на обсерватории Маунт-Вилсон американским астрономом Фрэнком Россом, пионером в фотографировании планет через монохромные фильтры. Во время благоприятной восточной элонгации Венеры в июне-июле 1927 года он получил серию снимков планеты через 60-ти и 100-дюймовый рефлекторы в шести областях видимого спектра, а также в инфракрасном и ультрафиолетовом свете.

Наибольшие надежды Росс возлагал на инфракрасный диапазон, который уже широко использовался в аэрофотографии благодаря способности проникать сквозь туман и давать четкий вид земной поверхности с самолета, находящегося на большой высоте. Но неожиданно для Росса его инфракрасные изображения Венеры оказались такими же безликими, как и в видимом свете. В то же время ультрафиолетовые фотографии показывали четкие темные полосы и группы полос, примерно перпендикулярные терминатору, вероятно, вызванные присутствием вещества, поглощающего ультрафиолет, выше облачного покрова планеты. Эти особенности видны на снимках в фиолетовых лучах (3800-4000 Ангстрем, на пределе чувствительности нормального глаза), но они значительно контрастнее на ультрафиолетовых снимках (3400-3800 Ангстрем). На них они видны примерно с таким же уровнем контраста, с каким невооруженный глаз видит пятна лунных "морей".

Росс, однако, не смог обнаружить заметный период вращения по своим фотографиям. Он сделал весьма нерешительную оценку - около 30 дней. Его работа не была никем продолжена, возможно потому, что чрезвычайно трудная для восприятия проблема делала предмет исследования малопривлекательным.

Французские связи

Во Франции пропасть, разделяющая профессиональных астрономов и любителей, не была такой широкой, как в некоторых других странах. Ряд известных французских исследователей планет начинали свою карьеру как любители, а некоторые и не расставались со статусом любителя. Известный астроном Эжен Антониади, например, всегда считал себя просто "астрономом-во-лонтером Медонской обсерватории". Поэтому вполне естественно, что Камишель и Буайе продолжили свое общение с помощью почты и после войны, когда Буайе начал карьеру в колониальной Африке - сначала как глава магистрата небольшого городка и затем в качестве главного судьи в Браззавиле в Конго; этот пост он сохранял с 1955 до 1963 г.

Браззавиль расположен всего в 4-х градусах южнее экватора, что очень удобно для наблюдения планет, а влажная атмосфера там часто бывает очень спокойной. Для того, чтобы не упустить столь благоприятную возможность, Буайе сконструировал 25-см рефлектор системы Ньютона на основе главного зеркала, сделанного известным оптиком Жаном Тексеро. В результате получился инструмент с превосходной оптикой, но установленный на несколько архаичную альт-азимутальную монтировку. Вскоре Буайе обратился к Камишелю для обсуждения возможных совместных наблюдательных проектов. К счастью, Камишель в это время фотографировал Венеру в ультрафиолетовом диапазоне, и он предложил своему другу заняться этим же.

Истина и значение

В августе и сентябре 1957 года, когда воздух был необычно сухим для Браззавиля, Буайе начал фотографировать Венеру, у которой была тогда вечерняя видимость. Он использовал высококонтрастную пленку с относительно мелкозернистой эмульсией и весьма небольшой по современным стандартам чувствительностью. Не имея собственного ультрафиолетового фильтра, который бы обрезал видимый свет, он использовал сине-фиолетовый фильтр, пропускающий свет с длиной волны короче 4500 Ангстрем.

Хотя изображения на снимках Буайе были очень малы и эстетически малопривлекательны, вскоре он обнаружил, что одно темное пятно периодически возвращается к терминатору. На фотографиях, сделанных между 28-м августа и 16-м сентября, он нашел 5 возвращений этого фрагмента с интервалом около 4-х дней. Предупрежденный Буайе о наличии четырехдневного периода, Камишель проверил свой набор изображений. На них он тоже увидел очевидный 4-дневный период.

Буайе продолжал свою серию наблюдений из Браззавиля до 1960 года. За это время они с Камишелем пришли к соглашению о четырехдневном периоде вращения верхней атмосферы Венеры, как о "совершенно неоспоримом факте".

В качестве меры предосторожности в 1957 г. Буайе сдал на хранение во Французскую Академию наук конверт с описанием своего открытия. Однако другие астрономы не смогли рассмотреть на его крошечных изображениях какие-либо закономерности.

Знаменитый французский наблюдатель планет Одуэн Дольфюс рассказывал в 1992 году: "Я тщательно проверил эти изображения. Они не показались мне достаточно убедительными". Тем не менее, при неослабной поддержке Камишеля, Буайе упорствовал. Четырехдневное вращение стало, фактически, его идеей-фикс, у него не было других важных астрономических работ до самой смерти в 1989 году. Первая написанная им в соавторстве с Ками-шелем статья на эту тему была опубликована в популярном журнале L’Astronomie в 1960 г., затем последовали статьи и в престижных журналах Annales d’Astrophi-sique и Comptes Rendus de I’Academie des Sciences. К сожалению, они не привлекли к себе должного внимания астрономов.

Противоречие и подтверждение

Как раз вскоре после объявления результатов радарных измерений, Буайе и Камишель представили статью о четырехдневном периоде вращения в журнал Icarus, ведущее международное издание в области планетарных наук. Один из референтов журнала, тогда еще молодой гарвардский астроном Карл Саган возвратил статью на основании того, что "четырехдневное вращение теоретически невозможно и показывает, насколько глупой может быть работа неопытных любителей". Действительно, результат трудно было считать реальным. Ведь в этом случае скорость движения облачных масс относительно поверхности планеты составляла бы около 100 м/с или 360 км/час.

И все же, пусть поздно, но истина восторжествовала. В 1964 году другой французский астроном Бернард Гвино использовал для измерения величины доплеровского смещения облаков Венеры чувствительную методику, известную как интерфе-рометрическая спектроскопия. С помощью этого метода Бернард определил радиальную скорость различных точек на лимбе Венеры. Его данные подтвердили, что облачный покров планеты обращается каждые 4.3 дня.

Но окончательное и неопровержимое доказательство открытия Буайе было получено лишь в феврале 1974 года, когда автоматическая межпланетная станция "Маринер-10" пролетела рядом с Венерой, получив при этом серию ультрафиолетовых изображений планеты. Когда эти изображения были смонтированы в виде фильма, четырехдневное вращение верхней атмосферы было окончательно подтверждено.

Дольфюс рассказывал, что когда он продемонстрировал Буайе этот фильм, тот проявил довольно индифферентную реакцию. Фильм не открыл для него ничего неожиданного - Буайе и так уже знал результат.

Дело закрывается

Буайе очень четко сформулировал свою цель и разработал методику программы наблюдений, он использовал великолепный телескоп в благоприятном климате. Но все это не объясняет полностью его замечательное достижение, ведь тремя десятилетиями раньше Росс использовал более мощные инструменты, которые показывали гораздо больше деталей.

По иронии судьбы, именно недостаточная мощь телескопа Буайе оказалась его преимуществом. Как позднее объяснил Дольфюс: "Плохое разрешение в данном случае помогло, т.к. построило истинную картину, которая оказалась чрезвычайно четкой. На изображении Венеры, полученном с помощью большого инструмента, такого как у Росса и нашего собственного на Пик-дю-Миди, оказывалось слишком много деталей".

Немаловажно также и то, что, будучи любителем, он имел больше свободы и не был связан какими-либо слишком строгими требованиями, которые он бы имел, будучи профессионалом. А профессиональный опыт работы в суде позволил ему исключительно разумно использовать все скудные факты, имевшиеся в его распоряжении.

Три века интенсивного изучения периода вращения Венеры произвели на свет, как оказалось, множество бессмысленных результатов. На поле битвы находились многие, но победил настойчивый и целеустремленный любитель, совершивший одно из последних фундаментальных открытий в наземной планетной астрономии. Один из ближайших друзей Буайе, известный астрофотограф Жан Дражеско подытожил это так: "Этот случай уникален в истории планетологии".

Вильям Шихан и Томас Доббинс - специалисты в области истории изучения Солнечной системы. Эта статья была впервые опубликована в июньском журнале Sky & Telescope за 1999 год.

Последние данные о Венере, полученные с помощью инфракрасного зонда Venus Express, удивили ученых. Оказалось, что планета вращается вокруг своей оси гораздо медленнее, чем предполагалось ранее, и сутки на Венере длятся дольше, чем считалось до последних наблюдений. Возможно, это связано с погодными процессами и плотностью венерианской атмосферы.

Venus Express был запущен еще в 2006 году Европейским космическим агентством. Главной его задачей является изучение атмосферы, плазменного окружения и поверхности планеты. Автоматическая космическая станция оснащена семью видами приборов, созданных специалистами разных стран. Спектрометры и четырехканальная камера позволяют провести картирование планеты в спектральном диапазоне — от ультрафиолетового до инфракрасного и таким образом определить структуру и состав ее атмосферы.

В свою очередь, плазменный анализатор и магнитометр помогают исследовать окружающее Венеру космическое пространство: выявить особенности взаимодействия ее атмосферы с солнечным ветром, структуры плазмы и нейтральной газовой среды, магнитного поля. А радиоаппаратура предназначена для изучения поверхности, нейтральной атмосферы и ионосферы, гравитационного поля и межпланетной среды. Работа аппаратуры скоординирована таким образом, что над одной задачей "работают" сразу несколько приборов, что позволяет уменьшить погрешности полученных данных и глубже изучить механизмы происходящих на Венере процессов.

Автоматическая станция совершает оборот по эллиптической полярной орбите за 24 часа. При этом перицентр орбиты расположен на высоте около 250 километров над Северным полюсом, что позволяет вести наиболее полные наблюдения на всех широтах. Предполагается, что миссия Venus Express продлится до 2013 года.

Исследователи сравнили топографическую карту Венеры, составленную картирующим спектрометром VIRTIS, с ее аналогом, составленным в начале девяностых годов прошлого столетия космической станцией "Магеллан". В процессе сравнения обнаружилось, что отдельные детали рельефа венерианской поверхности на карте Venus Express смещены относительно расчетных точек, в которых они должны были находиться, согласно изменениям "Магеллана", более чем на десять километров. Следовательно, более ранняя модель вращения планеты страдала неточностями.

Чтобы исправить погрешность, пришлось "постановить", что сутки на Венере равны 243,0185 ± 0,0001 земных суток. Эти оценки заметно отличаются от тех, что выдал "Магеллан". Однако, говорят исследователи, они более близки к данным, существовавшим до запуска "Магеллана".

Почему же возникло такое несоответствие в данных? По мнению экспертов, период продолжительности суток может варьироваться в зависимости от погодных циклов.

Несмотря на то что масса и размеры Венеры очень близки к земным, другие параметры сильно отличаются от наших. Так, температура поверхности планеты составляет около 735 градусов Кельвина, а давление атмосферы у поверхности почти в сто раз больше земного. Известно, что венерианская атмосфера состоит из углекислого газа с небольшой примесью азота, водяного пара и сернистых газов. В ней также присутствуют угарный газ, вода, тяжелая вода, фтороводород, соляная кислота и диоксид серы.

Поскольку Венера окутана 20-километровым слоем сернокислотных облаков, ее поверхность разогрета до более чем 450 градусов по Цельсию, а атмосферное давление почти в 100 раз выше, чем на Земле. Но смена сезонов на планете практически не проявляется, так как ее ось наклонена к солнечному экватору всего на три градуса (у Земли наклон составляет около 23 градусов). Кроме того, орбита у Венеры ближе к кругу, чем к классическому эллипсу, поэтому в атмосфере планеты отсутствуют резкие скачки температуры при приближении или удалении от Солнца.

Нет и ночных перепадов температур, так как за ночь планета просто не успевает остыть — плотная атмосфера и облака из серной кислоты "укутывают" ее в "одеяло", а ветры из обращенной к Солнцу части доставляют тепло. Кстати, ночь на Венере из-за ее чересчур медленного вращения вокруг Солнца длится почти два земных месяца. Помимо этого, поскольку в процессе эволюции Венера лишилась почти всей воды, там отсутствуют осадки.

Мы изучаем Солнечную систему в течение сотен лет, и можно бы было предположить, что у нас есть ответы на все часто задаваемые вопросы о ней. Почему вращаются планеты, почему они находятся на таких орбитах, почему Луна не падает на Землю… Но мы не можем похвастаться этим. Чтобы убедиться в этом, достаточно взглянуть на нашу соседку, Венеру.

Учёные вплотную начали изучать её в середине прошлого века, и поначалу она казалась относительно унылой и малоинтересной. Однако вскоре выяснилось, что это самый натуральный ад с кислотными дождями, который к тому же вращается в обратную сторону! С тех пор прошло более полувека. Мы многое узнали о климате Венере, но нам до сих пор не удалось понять, почему она крутится не так, как все. Хотя гипотез на этот счёт много.

В астрономии вращение в обратную сторону называется ретроградным. Так как вся Солнечная система образовалась из одного вращающегося газового облака, все планеты движутся по орбитам в одном направлении — против часовой стрелки, если взглянуть на всю эту картину сверху, со стороны северного полюса Земли. Кроме того, эти небесные тела крутятся и вокруг собственной оси — тоже против часовой стрелки. Но это не касается двух планет нашей системы — Венеры и Урана.

Уран фактически лежит на боку, скорее всего, из-за пары столкновений с крупными объектами. Венера же вращается по часовой стрелке, и объяснить это ещё более проблематично. Одна из ранних гипотез предполагала, что Венера столкнулась с астероидом, причём удар был настолько сильным, что планета начала крутиться в другую сторону. Эта теория была вброшена на обсуждение заинтересованной общественности в 1965 году двумя астрономами, обрабатывавшими радарные данные. Причём определение «вброшена» — это ни в коей мере не уничижение. Как заявили сами учёные, цитата: «Эта возможность продиктована лишь воображением. Добыть доказательства, подтверждающие её, вряд ли возможно». Крайне убедительно, не правда ли? Как бы то ни было, эта гипотеза не выдерживает проверки простой математикой — выясняется, что объект, размер которого достаточен для того, чтобы обратить вращение Венеры, просто уничтожит планету. Его кинетическая энергия будет в 10000 раз больше, чем нужно для того, чтобы разбить планету в пыль. В связи с этим гипотеза была отправлена на дальние полки научных библиотек.

Ей на смену пришло несколько теорий, имевших в своей основе некую доказательную базу. Одна из самых популярных, предложенная в 1970 году, предполагала, что Венера вращалась подобным образом изначально. Просто в какой-то момент своей истории она перевернулась с ног на голову! Это могло произойти из-за процессов, происходивших внутри Венеры и в её атмосфере.

Эта планета, как и Земля, многослойна. Здесь тоже есть ядро, мантия и кора. Во время вращения планеты ядро и мантия испытывают трение в области своего соприкосновения. Атмосфера у Венеры очень густая, и она, благодаря жару и притяжению Солнца, подвергается, как и остальные части планеты, приливному воздействию нашего светила. Согласно описываемой гипотезе, трение коры с мантией вкупе с атмосферными приливными колебаниями создали крутящий момент, и Венера, потеряв стабильность, опрокинулась. Проведённые симуляции показали, что такое могло произойти только в том случае, если Венера с момента своего формирования имела наклон оси около 90 градусов. Позже это число несколько уменьшилось. В любом случае, это крайне необычная гипотеза. Представить только — кувыркающаяся планета! Это какой-то цирк, а не космос.

В 1964 году была выдвинута гипотеза, согласно которой Венера меняла своё вращение постепенно — замедлилась, остановилась, начала крутиться в другую сторону. Это могло быть спровоцировано несколькими факторами, в том числе взаимодействием с магнитным полем Солнца, атмосферными приливами или сочетанием нескольких сил. Атмосфера Венеры, если верить этой теории, завертелась в другую сторону первой. Это создало усилие, которое сначала замедлило Венеру, а потом раскрутило ретроградно. В качестве некоего бонуса эта гипотеза объясняет также большую продолжительность суток на планете.

В споре двух последних объяснений явного фаворита пока нет. Чтобы понять, какому из них отдать предпочтение, мы должны гораздо больше знать о динамике ранней Венеры, в частности о скорости её вращения и наклоне оси. Согласно статье, опубликованной в 2001 году в журнале «Nature», опрокидывание Венеры более вероятно в том случае, если бы у неё была большая начальная скорость вращения. Но, если она была меньше, чем один оборот за 96 часов при небольшом осевом наклоне (менее 70 градусов), правдоподобнее смотрится вторая гипотеза. К сожалению, учёным довольно трудно заглянуть в прошлое на четыре миллиарда лет. Поэтому, пока мы не изобретём машину времени или не проведём нереально качественные на сегодняшний день компьютерные симуляции, прогресса в этом вопросе не предвидится.

Понятно, что это не полное описание дискуссии, касающейся вращения Венеры. Так, например, неожиданное развитие не так давно получила самая первая из описанных нами гипотез — та, что родом из 1965 года. В 2008 году было выдвинуто предположение, что наша соседка могла завертеться в обратную сторону в то время, когда была ещё маленькой неразумной планетезималью. В неё должен был врезаться объект приблизительно того же размера, что сама Венера. Вместо уничтожения Венеры последовало бы слияние двух небесных тел в одну полноценную планету. Главным отличием от первоначальной гипотезы здесь является то, что у учёных, возможно, есть свидетельства в пользу такого поворота ситуации.

Если верить тому, что мы знаем о топографии Венеры, на ней очень мало воды. По сравнению с Землёй, естественно. Влага могла исчезнуть оттуда в результате катастрофического столкновения космических тел. То есть эта гипотеза объяснила бы ещё и сухость Венеры. Хотя тут тоже есть, как бы это иронично в данном случае не звучало, подводные камни. Вода с поверхности планеты могла банальным образом испариться под лучами жаркого здесь Солнца. Чтобы прояснить этот вопрос, нужен минералогический анализ пород с поверхности Венеры. Если вода в них присутствует, гипотеза о раннем столкновении отпадёт. Проблема в том, что подобные анализы ещё не проводились. Венера крайне недружелюбно относится к роботам, которые мы на неё посылаем. Уничтожает без всяких раздумий.

Как бы то ни было, построить межпланетную станцию с венероходом, способную работать здесь, всё же легче, чем машину времени. Поэтому не будем терять надежд. Возможно, человечество получит ответ на загадку о «неправильном» вращении Венеры ещё при нашей жизни.

Белая дуга в атмосфере Венеры, которая наблюдалась в течение четырех дней зондом «Акацуки»

JAXA/Taguchi et. al./Nature Geoscience, 2016

Скорость вращения Венеры вокруг своей оси меняется, когда ее плотная атмосфера взаимодействует с горными цепями на поверхности, сообщается в журнале Nature Geoscience . В результате за один венерианский день его продолжительность может увеличиться на две минуты.

Венера вращается вокруг своей оси крайне медленно: один день на планете длится примерно столько же, сколько и год - около 243 земных суток. Однако ее атмосфера движется намного быстрее поверхности - плотному слою облаков достаточно всего 4 дня для того, чтобы совершить полный оборот вокруг планеты. Причины этого феномена, получившего название «суперротация», до сих пор не объяснены. Неизвестно и другое: несмотря на то, что скорость ветра в верхних слоях атмосферы доходит до 350 километров в час, в атмосфере планеты неоднократно наблюдались устойчивые структуры. Самая известная из них это так называемая «улыбка Венеры» - образование в форме дуги, которое регистрировалось зондом «Акацуки» в течение четырех дней. По мнению ученых, оно благодаря атмосферным гравитационным волнам (не надо путать с колебаниями пространства-времени, LIGO), которые можно наблюдать при обтекании ветровыми потоками горных массивов. Теперь астрономы утверждают, что взаимодействие гор и атмосферы на Венере также может увеличивать продолжительность дня.

Ученые под руководством Томаса Наварро (Thomas Navarro) из Университета Калифорнии провели компьютерную симуляцию общей атмосферной циркуляции Венеры, чтобы определить, как рождаются в ее газовой оболочке необычные структуры. В своей модели исследователи учли все известные физические феномены, которые наблюдаются в атмосфере планеты, включая конвекцию и радиационный перенос.

Симуляция показала, что гравитационные волны, как правило, появляются в районе полудня и быстро исчезают с закатом. Единственным исключением стала область Бета, вулканическая возвышенность размером около 2500 километров - там волны возникали рано утром, что согласуется с результатами наблюдений. Когда встает Солнце, температура планеты возрастает на два кельвина, что снижает стабильность атмосферы. В результате поток у подножия гор может подняться достаточно высоко, чтобы перебраться через горный хребет. Из-за того, что на элементарный объем воздуха, сдвинувшийся вверх, действует возвращающая сила (в данном случае сила тяжести) в газовой оболочке планеты формируются гравитационные волны. Ближе к вечеру стабильность атмосферы возрастает, и когда Солнце заходит, «воздушный» поток у подножия гор оказывается заблокирован и гравитационные волны исчезают.

Гравитационные волны также оказались способны раскручивать планету благодаря колебаниям атмосферного давления, которые они создают. В результате их воздействия продолжительность венерианского дня может увеличиться на 2 минуты за 243 земных дня. Это объясняет, почему зонды «Магеллан» и «Венера-экспресс», отправленные с разницей в 16 лет, показали разные данные - отличие между результатами, полученными в ходе двух миссий, составило 7 минут.

В будущем астрономы надеются сделать свою модель более точной и учесть также влияние Солнца на скорость вращения планеты. Кроме того, они надеются лучше понять процессы, происходящие в атмосфере планеты.

Кристина Уласович