Планета Венера

Страница 4

ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ АТМОСФЕРЫ

Поиск молний в атмосфере планеты

До конца 1978 г. грозовые разряды в атмосфере Земли были уникальным явлением, не известным нигде более на других планетах.

Радиоизлучение Венеры открыто в конце 50-х годов, с началом ее радиоастрономических исследований. Уже в работах Крауса (1956, 1957) предполагалось, что всплески радиошумов от Венеры связаны с молниями в атмосфере планеты. На самом деле радиоизлучение исходит, главным образом, от сильно нагретой поверхности планеты и горячих нижних слоев тропосферы и к электрическим разрядам отношения не имеет. Анализ состава атмосферы, выполнявшийся аппаратами серии «Венера» с 1967 по 1975 г., а позже «Венерой-11—14» и зондами аппарата «Пионер — Венера», привел к проблеме образования некоторых малых газообразных составляющих атмосферы. Можно предположить, что их происхождение связано с электрическими разрядами в атмосфере.

В конце 1978 г. к Венере приблизились космические аппараты «Пионер — Венера», «Венера-11» и «Венера-12», а в начале 1982 г.— «Венера-13» и «Венера-14». Исследования в 1978г. выполнялись с помощью приборов «Гроза» и OEFD, а в 1982 г.— прибором «Гроза-2». Благодаря исследованиям электрической активности Венеры, присутствие частых электрических разрядов в атмосфере Венеры более не вызывает сомнений. Однако выяснение их природы требует дальнейших исследований, так как обстоятельства возникновения разрядов, похоже, связаны с рядом не вполне понятных явлений. Так 21 декабря 1978 г. прибор «Гроза» на «Венере-12», а 25 декабря — на «Венере-11», спускаясь в атмосфере планеты, зарегистрировал множество импульсов электромагнитного поля, по характеру весьма похожих на атмосферики удаленных земных молний.

Почти одновременно поступили сообщения о странных явлениях, которые, возможно, имеют отношение к той же проблеме. На высотах около 12 км на всех зондах аппарата «Пионер — Венера» были повреждены некоторые датчики, установленные независимо и на разных приборах. В качестве вероятной причины назывались электрические разряды.

Связь молний с генерацией отдельных химических компонентов в атмосфере Венеры стала предметом анализа многих работ. Сообщения об экспериментах на «Венерах» и аппарате «Пионер — Венера», стимулировали интерес к проблеме.

Где происходят разряды?

Чтобы понять, как возникают разряды в атмосфере Венеры и каков механизм накопления зарядов, необходимо знать, на какой высоте происходит это явление. Как уже говорилось, радиорефракция свидетельствует в пользу низкорасположенного источника, но пока опираясь на экспериментальные данные, указать определенную высоту источника поля не удается. Предположение о том, что разряды происходят в облачном слое, основано на следующих соображениях. Хорошо известно, что большие пространственные заряды и связанные с ними молнии возникают почти исключительно в грозовых облаках. В некоторых случаях наблюдается накопление зарядов в зимних облаках («зимние молнии»). Известны также молниевые разряды в пылевых бурях и над извергающимися вулканами. Наконец, существует малоисследованное явление образования молний (и, следовательно, присутствия больших зарядов) при безоблачной атмосфере—«гром с ясного неба».

На Земле наибольшие заряды наблюдаются в облаках с частицами сложной структуры, типа гирлянд, и с каплями переохлажденной воды. Напряженность электрического поля велика также для облаков из ледяных кристалликов;

если же облако состоит только из жидких капелек, напряженность оказывается низкой.

В облаках Венеры частицы жидкие и, по-видимому, имеют один и тот же состав, поэтому напряженность поля должна быть небольшой. Кроме того, ряд авторов высказывают сомнения относительно возможности на­копления пространственного заряда в среде, содержащей аэрозоль из сильного электролита — серной кислоты.

По существу, доводы в пользу локализации молний в облачном слое этим исчерпываются.

Таким образом:

Источники электромагнитного излучения (разряды) могут находиться значительно ниже облачного слоя, а механизм накопления объемных зарядов может отличаться от земного.

Кроме того в атмосфере Венеры присутствуют многочисленные электрические разряды, наблюдаемые по их электромагнитному излучению. Частота следования импульсов от одного источника достигает двадцати и более в секунду.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В исследованиях Венеры с космических аппаратов, в период с конца десятилетия 1960-х по середину 1980-х годов радикально изменились наши представления об этой ближайшей к Земле планете. Начиная с «Венеры-4» — первого аппарата, проникшего в 1967 г. в весьма негостеприимную атмосферу планеты, и до наиболее сложных последних аппаратов, непрерывно возрастали сложность задач и проводимых экспериментов.

Уровень знаний о Венере ныне настолько вырос, что попытка охватить разные области исследований заведомо не может быть одинаково успешной.

Десять проблем, сформулированных ниже, конечно, не могут охватить всех задач, стоящих перед исследованиями будущего. Но все они объединяются взаимосвязью и актуальностью задач.

1. Изучение тектоники планеты, благодаря сходству последней с Землей, представляется чрезвычайно интересным и полезным не только как важнейший вопрос физики Венеры, но и для понимания процессов уникальной тектоники Земли. Ключевым экспериментом здесь были бы измерения тепловых потоков из недр планеты, исследование ее сейсмической активности и внутреннего строения.

2. Поиск активного вулканизма с помощью различных методов – не только позволит установить уровень современной вулканической активности планеты, но и более надежно оценить возраст ее поверхности. Проведение параллельного анализа состава грунта позволит перейти к геохимическому районированию планеты.

3. Картированием поверхности с высоким разрешением с аппаратов «Венера-15 и -16» охвачено около половины территории северного полушария. Подробные радиоизображения для южного полушария позволят изучить глобальное распределение рельефа и получить сведения о неизвестной пока зоне южных высоких широт и провести их геоморфологическую интерпретацию.

4. Имеющиеся данные о содержании благородных газов уже теперь достаточно подробны и будут уточняться в дальнейшем. Но интерпретационная работа, в частности, выводы об особенностях происхождения и эволюции планеты, нуждаются в дальнейшей разработке.

5 Фундаментальным вопросом являются причины обедненности планеты водой. Крайне нужны достаточно точные измерения отношения содержания в атмосфере дейтерия и водорода (протия).

6 Резкие колебания распределения аэрозольного населения облачного слоя неоднократно отмечались в наземных и бортовых измерениях. Столь значительные глобальные изменения характеристик аэрозолей должны иметь в основе весьма крупномасштабные явления. Параллельные наземные патрульные поляриметрические измерения и прямой анализ химического состава малых компонентов аэрозолей и газовой атмосферы непосредственными методами послужат объяснению природы указанных изменений.

7. Благодаря крайне медленному вращению планеты и, как следствие — низкой величине сил Кориолиса, большой протяженности атмосферы и положению полярной оси, близкому к нормали к плоскости орбиты, Венера представляет уникальную естественную лабораторию для изучения динамики ее атмосферы. Особый интерес представляют исследования динамических и структурных особенностей зон полярных воротников и самих полярных районов. Одной из целей исследований динамики является объяснение механизма суперротации атмосферы.

8. Изучение верхней атмосферы и ионосферы Венеры привело к открытию необычных видов ее взаимодействия с солнечным ветром, но оставило нерешенным множество вопросов, в частности, о строении хвоста магнитосферы, о природе полостей в ночной ионосфере и др. Для их решения необходимы как экспериментальные, так и теоретические исследования. Много интересных проблем связано с верхней атмосферой, например, механизмы нетепловой диссипации, переноса кислорода на ночную сторону и другие.