Венера

Венера появляется и как "вечерняя звезда" и как "утренняя звезда", Hesperus и Phosphorus, как её называли в древности. Она является самым ярким небесным светилом, если не считать Солнца и Луны. Венера часто видна при дневном свете, и предметы, освещенные ею, отбрасывают тени ночью. Между вечерней элонгацией, когда Венера является первой "звездой", появляющейся в вечерних сумерках, до утренней элонгации, когда Венера - последняя "звезда", исчезающая в утреннем сиянии Солнца, проходит только 144 дня; но, чтобы совершить обращение вокруг Солнца и вновь вернуться к вечерней элонгации, Венере требуется 440 дней (Фазы Венеры показаны на рис. 4, гл. 1)).

Даже небольшой телескоп даёт достаточное увеличение, чтобы превратить яркую светящуюся точку в серебряный диск, несколько размытый по краям вследствие турбулентности нашей атмосферы и проходящий последовательную смену фаз, как и Луна. Когда серп тонок, рога кажутся охватывающими более половины диска, как если бы сияние яркой поверхности вызывало оптическую иллюзию. В крайнем положении, когда Венера лежит почти на одной прямой между нами и Солнцем, вокруг всего диска можно видеть слабое, светящееся кольцо. Это слабое кольцо видно на снимках на рис. 115. Ни наша атмосфера, ни какой-либо оптический дефект не могли бы вызвать это явление. Очевидно, оно вызывается преломлением солнечного света в протяжённой атмосфере Венеры.

Рис. 115. Сумеречная дуга вокруг Венеры. Обратите внимание на то, что продолжение серпа полностью охватывает весь диск на левом снимке. На правом снимке заметно яркое продолжение серпа в месте, отмеченном стрелкой

Почему мы не видим ни облаков в атмосфере Венеры, ни пятен на поверхности самой планеты? При наилучших условиях наблюдения, когда наша атмосфера ясна и неподвижна, самым опытным наблюдателям удаётся различить лишь неясные намёки на какие-то детали - "большие тёмные пятна", как назвал их Барнард. Эти слабые пятна, слишком неопределённые, чтобы их можно было нарисовать, повидимому, непостоянны. Фотографии в далёких инфракрасных лучах также не дали возможности различить отдельные детали на поверхности Венеры, несмотря на "туманопроницающую" способность инфракрасного света. Только, когда стали экспериментировать с другим концом спектра, т. е. с ультрафиолетовым светом, детали на поверхности Венеры удалось, наконец, сфотографировать. К общему удивлению (так как ультрафиолетовый свет несомненно совершенно бесполезен для обнаружения облаков на Земле), удалось обнаружить большие, туманные, похожие на облака, образования в атмосфере Венеры.

Фотографии, приведённые на рис. 116, показывают, что эти тёмные пятна каждый день меняют свою структуру; это доказывает, что они являются не постоянными особенностями поверхности планеты, но представляют собой, по всей вероятности, облака, плавающие в атмосфере Венеры. Форма этих пятен меняется ачень быстро, поэтому наблюдения над ними можно проводить лишь в течение нескольких часов, а за такой короткий промежуток времени невозможно заметить вращения Венеры. Поэтому скорость вращения должна быть найдена каким-либо другим способом. Снова на помощь был призван спектрограф, но никаких смещений в линиях поглощения обнаружить не удалось даже с помощью великолепной современной наблюдательной техники. Отсюда можно заключить, что скорость вращения Венеры должна быть очень небольшой; сутки на Венере должны соответствовать не менее чем двум или трём земным неделям.

Рис. 116. Венера в ультрафиолетовом свете. Каждая пара изображений была получена в одну и ту же ночь, две верхние пары в две последовательные ночи и две средние пары также в две последовательные ночи. Обратите внимание на изменения от ночи к ночи

Поскольку Венера вращается так медленно, может показаться правдоподобным, что одна сторона Венеры, как и Меркурия, всегда обращена к Солнцу. Если бы эта гипотеза оказалась правильной, мы должны были бы ожидать, что тёмная сторона Венеры будет исключительно холодной. Петтити Никольсон измерили температуру тёмной стороны Венеры. Они нашли, что температура её не очень низка; она равна - 25° С, т. е. гораздо выше, чем температура нашей стратосферы в ярком солнечном свете. Мало вероятно, чтобы атмосферные течения с освещенной стороны Венеры могли бы постоянно нагревать её тёмную сторону. Планета должна поворачиваться достаточно часто, чтобы её темная сторона не остывала слишком сильно. Поэтому мы можем заключить, что Венера вращается вокруг своей оси с периодом, меньшим чем 225 дней (одно обращение вокруг Солнца), но большим двух или трёх недель. Действительный период, вероятно, близок к нижнему пределу. Сутки на Венере могут приблизительно соответствовать земному месяцу.

Как мы видели, тёмная сторона Венеры не очень холодна, освещенная же Солнцем её сторона не бывает особенно горячей. Температура освещенной поверхности равна 50-60° С, что более соответствует жаркому дню в земной пустыне, чем жаркому дню на Меркурии, когда свинец и олово плавятся. Очевидно, атмосфера должна быть достаточно толстой, чтобы так эффективно регулировать температуру, в особенности если принять во внимание, что измерения температуры относятся к областям атмосферы, находящимся на большой высоте, над облаками. Вычисления, основанные на удлинении рогов серпа, показывают, что преломляющая атмосфера простирается от полутора до восьми километров над видимой поверхностью планеты. Атмосфера несомненно существует и на больших высотах, но там она крайне разрежена.

Предположение о том, что видимая поверхность Венеры есть верхняя поверхность облаков, подтверждается также цветом отражённого света, высоким альбедо, или отражательной способностью, и характером изменения яркости по всему видимому диску. Серебристо-белая окраска планеты и остальные данные наблюдений могут быть объяснены только в предположении, что свет отражается от частиц жидкого или твёрдого вещества. Отражение от очень плотного слоя газа или от слоя газа, перемешанного с пылью, придало бы планете красноватую окраску, так как происходило бы поглощение синих лучей. Поскольку отражающая поверхность должна состоять из частиц и поскольку детали на поверхности меняются очень быстро, ничто, повидимому, не противоречит гипотезе о слое облаков, окружающем поверхность планеты.

Так как слой облаков непроницаем для световых лучей, то мы должны ограничиться изучением самих облаков и слоя газа над ними. Спектрограф даёт нам вполне определённые, но мало утешительные сведения о составе этого газа. Не было найдено ни кислорода, ни водяных паров. Сент-Джон и Никольсон показали, что слой газообразного кислорода, через который проходит солнечный свет, отражённый от Венеры, эквивалентен слою кислорода толщиной менее метра при давлении в одну атмосферу, что составляет менее тысячной доли всего количества кислорода в нашей атмосфере. Далее, количество водяных паров над облаками Венеры по крайней мере в 10 раз меньше, чем в земной атмосфере. Приведённые данные представляют собой верхние границы для количеств кислорода и водяных паров, действительно находящихся в атмосфере Венеры; эти вещества могут находиться в гораздо меньших количествах или же совершенно отсутствовать.

Однако Адаме и Дэнгем путём спектрографического анализа получили более определённые результаты. Они открыли в инфракрасной области новые линии поглощения, которые оставались неизвестными при лабораторных исследованиях. Вычисления показали, что эти неизвестные до сих пор линии поглощения может дать обычный углекислый газ, если свет проходит через достаточно длинный столб этого газа. Чтобы проверить теорию, Дэнгем наполнил восемнадцатиметровую трубу углекислым газом и довёл давление в трубе до 10 атмосфер. Свет от искусственного источника посылался вдоль трубы и отражался обратно, падая на тот же спектрограф, который давал спектр Венеры; при этом получались совершенно такие же линии поглощения. Одна из спектрограмм показана на рис. 117, причём для сравнения приведён также спектр Солнца.

Рис. 117. Спектры Венеры и Солнца. а) Солнце, Ь) Венера, с) Расширенный спектр Венеры. Обратите внимание на линии поглощения углекислого газа в инфракрасной области, сильные в спектре Венеры и отсутствующие в спектре Солнца

Не может быть сомнения; что над облаками Венеры находится огромное количество углекислого газа. Оно соответствует столбу чистого газа высотой от 400 до 3200 м при атмосферном давлении (Вторая оценка принадлежит Аделю и Слайферу)), т. е. углекислого газа на Венере во много раз больше, чем в земной атмосфере. Остаётся невыясненным вопрос о том, сколько углекислого газа может находиться под облаками в атмосфере Венеры.

До сих пор в наших странствиях по солнечной системе мы встречались лишь с такими внешними условиями на планетах, которые совершенно непригодны для существования жизни. Далёкие планеты слишком холодны; Меркурий, с одной стороны, слишком холоден, с другой, - слишком горяч. Планеты-гиганты окружены вредными или ядовитыми газами и возможно даже не имеют твёрдой поверхности; Плутон и Меркурий и многие спутники вообще не имеют атмосферы. Когда же, наконец, мы встречаем планету с подходящей температурой и с атмосферой, то оказывается, что на ней нет воды и кислорода - ничего, кроме удушливого газа! На Марс мы возлагаем последнюю надежду найти нечто подобное земной жизни на другой планете.

Но нельзя ли предположить, что под плотным слоем облаков на Венере условия могут быть более благоприятными? Этот вопрос достоин обсуждения, хотя мы редко можем быть абсолютно уверены в выводах, касающихся ненаблюдаемых физических условий. Первая проблема, встающая перед нами, заключается в определении природы самих облаков. До последнего времени за неимением лучшей теории предполагалось, что облака на Венере представляют собой обычные облака, состоящие из капель воды, так же как и облака на Земле. Эта теория никого не удовлетворяла, так как не было обнаружено заметных количеств водяных паров. При обычной для Венеры дневной температуре благодаря процессу испарения значительное количество водяного пара должно было бы подняться в верхнюю часть атмосферы. Можно было бы, пожалуй, придумать физическое объяснение этого отсутствия водяных паров, но Р. Вильдт выдвинул совершенно другую теорию. Он показал, что облака в конечном счёте могут состоять не из воды, а из формальдегида.

Предположение Вильдта основано на том химическом явлении, что под действием ультрафиолетовых лучей в смеси углекислого газа и водяных паров образуется формальдегид (Реакция такова: СО₂+H₂О=CH₂О+О₂. Энергию для реакции дают ультрафиолетовые лучи)). При этом процессе выделяется свободный кислород. По теории Вильдта кислород должен каким-то образом удаляться из атмосферы Венеры, так как в противном случае возникают два важных затруднения. Во-первых, в спектре Венеры кислород не обнаружен; следовательно, если мы не покажем, что кислород удаляется, теория окажется несостоятельной. Во-вторых, кислород останавливает описанный выше процесс, поглощая ультрафиолетовые лучи, необходимые для реакции образования формальдегида. В нашей собственной атмосфере эта реакция не может протекать благодаря наличию большого слоя кислорода (И озона)), абсолютно непроницаемого для лучей в далёкой ультрафиолетовой области спектра.

Посмотрим теперь, что может произойти со свободным кислородом, выделяющимся при образовании формальдегида; заметим, что поверхность Венеры может быть очень сильно нагретой, даже выше точки кипения воды. Это заключение вытекает из известного свойства углекислого газа. Этот газ очень прозрачен для всех видимых лучей и в противоположность кислороду также и для ультрафиолетовых лучей. Однако углекислый газ очень хорошо поглощает теплоту, т. е. лучи в далёкой инфракрасной области. Вследствие этого тепличный эффект должен играть весьма большую роль при нагреве поверхности Венеры. Значительная часть отражённой солнечной энергии уходит в виде лучей видимого спектра, но радиация от нагретой поверхности улавливается углекислым газом. Аналогичный процесс способствует регулированию температуры поверхности Земли.

Если поверхность Венеры нагревается, возможно до температуры кипения воды, то свободный кислород легко может вступить в реакцию с породами, лежащими на поверхности, в частности с соединениями железа, в результате чего происходит выветривание; этот процесс медленно действовал на Земле, связывая огромные количества кислорода. Свободный кислород представляет собой вещество, которое нетрудно удалить из атмосферы, в особенности нагретой. Кислород химически очень активен и при малейшей возможности соединяется почти с каждым элементом; при этом теплота активизирует процесс. Если бы растительность не пополняла запаса кислорода, в земной атмосфере в настоящее время его могло бы остаться очень мало, а возможно, что и совсем не было бы. Поэтому объяснение причин медленного удаления свободного кислорода из атмосферы Венеры не представляет трудности.

Образование формальдегида на Венере путём соединения углекислого газа и воды может продолжаться до тех пор, пока происходит пополнение запасов воды. Известное количество запасов воды требуется также для образования облаков. Чистый газообразный формальдегид бесцветен и не собирается в облака. Однако при добавлении к сухому формальдегиду малейших следов воды мгновенно образуется большое белое облако. Молекулы собираются в большие цепочки, образуя капли обычной пластмассы, которая теперь играет такую большую роль в промышленности. Для нас обидно было узнать, что Венера могла быть покрыта пластмассой в течение многих миллионов лет, тогда как на Земле мы только теперь открыли её.

В теории пластических облаков из формальдегида, предложенной Вильдтом, остаётся всё же один спорный пункт. Почему мы не видим характерных полос поглощения формальдегида в спектре Венеры? Тщательное исследование, проведённое Вильдтом, не позволило установить их присутствия. Объяснение, данное Вильдтом, очень просто. Формальдегид в состоянии капель или в пластическом состоянии нелегко испаряется при умеренной температуре, характерной для Венеры. Возможно, что на очень низком уровне атмосферы, где температура выше, испарение происходит в достаточном количестве для того, чтобы облака сохранились. На более же высоких уровнях мы не можем ожидать присутствия паров формальдегида, хотя могли бы обнаружить пары воды, если бы облака состояли из водяных капель.

Чтобы объяснить различия условий на Венере и на Земле, мы должны постулировать, что на поверхности Венеры вначале находилось меньше воды, чем на поверхности Земли, что там нет и никогда не было больших морей и океанов. Кроме того, что ещё более важно, на Венере, вероятно, было меньше водорода, чем на Земле; кислород соединялся не с водородом, как на Земле, а с находящимся в большем изобилии углеродом, образуя углекислый газ. Согласно этой концепции водород на Венере заключён в пластмассе, а не в воде.

Описанная нами картина условий, создавшихся на Венере, является чисто умозрительной; она представляет собой предмет критического анализа и критических наблюдений. Несмотря на это, предложенная теория является весьма остроумной и плодотворной. Правильна она или нет, во всяком случае она является новой ступенью в изучении Венеры - "сестры" Земли. Очень любопытно узнать, что две планеты, такие близкие по размерам и массе, могут обладать совершенно различными поверхностями: одна из них покрыта океанами воды, другая же облаками, или, может быть, океанами пластмассы!