книги из ГПНТБ / Кузьмин, А. Д. Физика планеты Венера

ОГЛАВЛЕНИЕ

Посвящается светлой памяти

Георгия Николаевича Бабакина

ПРЕДИСЛОВИЕ

Вопросы физики планет получили за последние годы значительное развитие. Этому способствовали, с одной стороны, практические потребности в связи с развитием космических полетов, а с другой стороны,— совершенст­ вование техники наземных наблюдений и постановка на службу исследований таких мощных инструментов, как автоматические космические аппараты. В результате пла­ нетология обогатилась новыми данными, имеющими фун­ даментальное значение, которые привели к существенно­ му прогрессу в представлениях о физических особенностях планет.

Венера — ближайшая к Земле планета, очень похо­ жая на Землю по массе, размерам, количеству поглощаемой солнечной энергии — на протяжении многих столетий привлекала внимание исследователей. Со времени откры­ тия атмосферы на Венере в 1761 г. М. В. Ломоносовым большой вклад в изучение физики этой планеты был внесен результатами оптических и радионаблюдений, получивших наибольшее развитие в 50-е — 60-е годы нашего столетия. Важную роль здесь сыграли работы советской школы астрономов — планетоведов и радиофи­ зиков; результаты этих работ подробно изложены в моногра­ фиях В. В. Шаронова, Н. П. Барабашова, В. И. Мороза, А. Д. Кузьмина.

Результаты исследований последнего десятилетия принесли убедительные свидетельства того, что Венера является уникальной планетой, отличной от других пла­ нет Солнечной системы, прежде всего по мощности газо­ вой оболочки, термическому режиму, параметрам собст­ венного вращения. Большой прогресс в изучении Вене­ ры достигнут благодаря запускам космических аппаратов, дозволивших осуществить зондирование атмосферы ниже

границы постоянно окутывающих планету плотных обла­ ков, вплоть до ее поверхности. Возможности постановки и осуществления таких экспериментов были обеспечены успехами ракетно-космической техники.

В течение последних лет в Советском Союзе осуществ­ лялась планомерная программа исследований Венеры. Начало полетов относится к 1961 г., когда была запу­ щена «Венера-1». Станции «Венера-2» и «Венера-3» в 1965 г. осуществили перелет по пролетной и попадающей траекториям. В октябре 1967 г. автоматическая станция «Венера-4» произвела первые прямые измерения физиче­ ских параметров и химического состава атмосферы Вене­ ры при спуске на парашюте до уровня, соответствующего давлению около 18 атм. Результаты этих измерений бы­ ли дополнены измерениями американского космического аппарата «Маринер-5», который при пролете на расстоянии около 10 тыс. км от центра Венеры произвел зондирова­ ние атмосферы на дневной и ночной сторонах планеты до уровня критической рефракции для радиоволн. По­ мимо измерений параметров нейтральной атмосферы на высотах тропосферы и стратосферы оба аппарата дали также сведения о верхней атмосфере и ионосфере Венеры и выявили интересную особенность обтекания планеты плазмой солнечного ветра. Полеты автоматических стан­ ций «Венера-5» и «Венера-6» в мае 1969 г. существенно уточнили и дополнили результаты, полученные «Вене­ рой-4», расширили участок непосредственных измерений давления и температуры атмосферы на ночной стороне и сделали возможным создание модели атмосферы планеты

снадежными оценками параметров у ее поверхности.

Вдекабре 1970 г. «Венера-7» впервые осуществила посадку на ночной стороне Венеры и передала информа­ цию непосредственно с ее поверхности. В июле 1972 г. станция «Венера-8» опустилась на освещенной стороне планеты и в течение почти часа проводила измерения, работая на поверхности в чрезвычайно тяжелых усло­ виях окружающей среды.

Полеты автоматических станций «Венера» прояснили особенности физической структуры атмосферы Венеры и позволили более определенно судить о механизмах, ответ­ ственных за развитие и поддержание своеобразных тепло­ вых условий на планете.

ЙРЁДИСЛОВИЁ V

Ёыступая на торжественном собрании, посвященном празднованию Дня космонавтики 12 апреля 1973 г., президент Академии наук СССР академик М. В. Келдыш сказал: «Экспериментами на «Венере-8» завершился большой и важный этап изучения этой планеты при по­ мощи автоматических станций. На этом этапе были на­ дежно установлены основной химический состав и пара­ метры атмосферы Венеры вплоть до поверхности, полу­ чены данные об оптических характеристиках атмосферы, проведены первые исследования непосредственно на по­ верхности планеты».

Принципиально новая информация о физических осо­ бенностях Венеры, полученная как путем измерений на космических аппаратах, так и путем оптических и радио­ наблюдений, а также появившиеся возможности более на­ дежной интерпретации ранее полученных данных назем­ ных измерений, естественно, не получили отражения в су­ ществующих монографиях, вышедших более 7—10 лет назад.

Это вызвало необходимость написания предлагаемой читателю книги, в которой сделана попытка объединить новейшие сведения о природе Венеры, рассредоточенные в отдельных статьях и докладах. Книга основана на ана­ лизе большого количества материалов, содержащихся в мировой литературе, и оригинальных результатах авторов. Она рассчитана на специалистов, работающих в области планетной астрономии и космической физики, на геофи­ зиков и представителей смежных специальностей и мо­ жет быть полезна инженерам и всем тем, кто интересу­ ется физикой планет и космическими исследованиями.

Авторы хорошо понимают, что их труд не дает исчер­ пывающего изложения всех проблем, касающихся физики планеты Венера. Они и не ставили перед собой такой за­ дачи, руководствуясь соображениями дать прежде всего возможно более полное представление о результатах ис­ следований, полученных к началу 1973 г., и вместе с тем сохранить оптимальный объем книги. Поэтому в целом ряде случаев читатель, желающий более подробно озна­ комиться с конкретной проблемой, отсылается к ориги­ нальной работе, упоминаемой в обширной библиографии, которую, однако, ни в коем случае нельзя считать полной. У подготовленного читателя, хорошо знакомого

того, что иногда авторы придерживаются описательно­ го изложения и вместе с тем недостаточно подробно изла­ гают методическую сторону экспериментов и историю вопроса. Оправданием этого, как нам кажется, может служить то, что предпочтение, как правило, отдавалось более поздним работам, во многих случаях содержащим сведения по методике и обобщающим ранее полученные важные результаты.

Главы I, II, III и § 5 гл. IV написаны А. Д. Кузьми­ ным, главы IV, V, VI и Приложение — М. Я. Маровым.

Авторы считают своим долгом прежде всего подчерк­ нуть, что получение фундаментальных результатов о природе Венеры было бы невозможным без громадного труда многочисленных коллективов, обеспечивших соз­ дание автоматических станций, управление их полетом и успешное осуществление сложных экспериментов в атмос­ фере и на поверхности планеты. Авторы благодарны ака­ демику А. П. Виноградову, явившемуся инициатором этого труда, своим коллегам по работе В. С. Авдуевско-

Е. М. Фейгельсон, Ю. Н. Ветухновской, О. Л. Рябову и другим, в содружестве с которыми проводились отдель­ ные исследования, нашедшие отражение в данной книге, а также зарубежным коллегам, любезно приславшим для включения в книгу ряд оригинальных материалов. На разных стадиях обработки и оформления материалов, использованных при подготовке монографии, большую

Авторы благодарят Д. Я. Мартынова, В. С. Авдуевского и Г. С. Голицына, просмотревших рукопись или от­ дельные ее главы и сделавших ряд ценных замечаний, и В. А. Бронштэна, взявшего на себя труд по редактиро­ ванию книги. Все пожелания и критические замечания будут приняты с благодарностью.

А. Д. Кузьмин < М . Я. Маров

Г Л А В А I

ВЕНЕРА КАК ПЛАНЕТА СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЫ

Венера является второй по близости г Солнцу пла­ нетой Солнечной системы. Ее среднее расстояние от Солнца составляет 0,723 астрономической единицы, т. е. иримерно в 1,4 раза меньше, чем у Земли. Орбита Венеры почти круговая (эксцентриситет 0,0068) и наклонена к плоскости земной орбиты на 3°24'.

Период обращения Венеры вокруг Солнца (сидери­ ческий период) составляет 224,7 земных суток. Средняя скорость движения планеты по орбите равна 35 км/сек.

Совершая движение относительно Солнца и Земли, Ве­ нера сменяет для земного наблюдателя фазы подобно фазам Луны. В’нижнем соединении, когда Венера находится меж­ ду Землей и Солнцем, к Земле обращена темная, не ос­ вещенная Солнцем, сторона планеты. Эта фаза аналогич­ на новолунию. В верхнем соединении Венера находится почти точно за Солнцем и к Земле обращена ее освещенная половина. Эта фаза аналогична полнолунию. В остальных положениях Венера проходит все промежуточные фазы частичной освещенности диска, подобные лунным. Мак­ симальное угловое расстояние Венеры от Солнца для земного наблюдателя (наибольшая элонгация) составляет 48°. Интервал времени между двумя одинаковыми фаза­ ми, называемый синодическим периодом, равен в среднем 584 земным суткам или 8/5 земного года. Благодаря такому кратному соотношению синодического периода Венеры и земного года условия наблюдения планеты прак­ тически повторяются каждые 8 лет. Список соединений Венеры с 1956 до 2000 г., заимствованный нами из [120], дан в табл. 1.