Планета Венера

Венера

Венера – в римской мифологии первоначально богиня весны и садов впоследствии отождествлялась с греческой богиней Афродитой и почиталась как богиня любви и красоты.

Венера – планета находящаяся на расстоянии от Солнца 0 7 а.е. (1 астрономическая единица = 149 6 млн. км что является средним расстоянием Земли от солнца) радиусом в среднем 6050 км и массой 4 9х1024 кг.

Топографическое описание поверхности планеты

Подобно Земле на Венере имеются горы равнины низменности. Обширные горные области по аналогии с Землёй мы будем называть континентами. Зелёная жёлтая и красная окраски соответствуют таким горным районам к которым относятся три области.

Наибольшая из них – Земля Афродиты расположенная в экваториальной части планеты. Её площадь по уровню 6052 2 км составляет 41 млн. км2. По площади она близка к Африке. В отличие от Земли остальные континенты Венеры значительно меньше. В сумме континенты на Венере занимают лишь 5-7% территории в зависимости от того по какому превышению над средним уровнем считать.

Земля Иштар площадью около 8 5 млн. кв. км является вторым большим континентом. Ориентировочно её площадь близка к Австралии. В её западной части находится вулканическое плато Лакшми а в центральной части – высочайшие на Венере горы Максвелла достигающие уровня 11 км. В широтном направлении Земля Иштар тянется на 2500 км.

В основном поверхность Венеры образуют равнины с невысокими холмами которые называют «волнистыми» равнинами. 56% всей поверхности приходится на интервал высот от –0 5 до +0 5 км. Менее распространены сравнительно неглубокие низины на карте показанные густым синим тоном; они охватывают около 25% территории. Низменность Равнина Аталанты площадью около 7 млн. кв. км. представляет более глубокую депрессию до 1 6-2 км ниже среднего уровня. Равнина Аталанты напоминает лунные моря.

Отсутствие на планете «уровня моря» приводит к необходимости вести отсчет от какого-то условного уровня. Согласно Мак-Гиллу и др. (1983) можно выбрать средний радиус поверхности (объем горных пород над этим уровнем равен объему атмосферы во впадинах под ним) медианный радиус который делит поверхность пополам по площади и модульный радиус на который приходится наибольшая площадь согласно гипсометрической кривой.

Краткий обзор поверхности планеты

Область Альфа представляет собой невысокое плато с поперечником около 1300 км высотой по краям около 2 5 км над окружающей местностью (с юга это Равнина Лавинии). В центре плато имеется более или менее правильной формы депрессия пониженная на 1 – 2 км относительно несплошного вала. Плато имеет крутые склоны (среднеквадратичные уклоны 5 – 10о) и сильно раздробленную поверхность перерезанную множеством субпараллельных линеаментов (линейных зон тектонических нарушений) вытянутых с юго-запада на северо-восток. Есть мнение что Альфа может быть останцем древней коры Венеры или древним вулканическим сооружением со следами тектонических разрушений а круговые образования на плато моут быть метеоритными кратерами образовавшимися позже.

Далее к востоку между юго-восточной оконечностью Земли Иштар и Землей Афродиты находятся Области Белл и Теллуры разделенные Равниной Леды. Белл и Теллура представляют собой объекты примерно такой же высоты (около 1 – 1 5 км) с основанием около 500 и 1500 км соответственно. Дале к востоку находится обширная равнина Ниобы примыкающая к Земле Афродиты с севера и равнина Айно окружающая ее с юга. На севре на широте Земли Иштар Равнину Ниобы замыкает невысокая область Тефии (95 – 140о в.д.) и низменность Равнина Аталанты. Далее к востоку на широте 68 – 73о с.ш. расположена Область Метиды протяженностью около 500 км. К юго-востоку от нее находятся Равнины Седны и Гиневры.

Равнина Гиневры имеет несколько возвышенностей в пределах 0 3 – 1 км. Резкое повышение уровня – это Область Астерии (западная часть Беты).

На долготе 205 – 220о к югу от Афродиты и Ульфрун находится Область Имдр так же представляющая возвышенность 0 5 – 1 км.

Сложная по рельефу Область Астерии (255 – 277о в.д.) примыкает с запада к Области Бета. Вытянутые вдоль меридиана Область Бета – Область Фебы и Область Фемиды на юго-востоке Равниной Навки отделены от Области Альфа. С юга Область Имдр и Область Фемиды примыкают к Равнине Елены на востоке смыкающейся с Равниной Лавинии. На этой равнине на широте 55о ю.ш. и долготе 322о находится кратер Лизе Майтнер диаметром 300 км с валом выозвышающимся на 0 5 км и депрессией в центре глубиной 1 км.

Наряду с Лизе Майтнер найдено большое число других образований природа которых так же связывается с метеоритной бомбардировкой. Ввиду высокой плотности атмосферы планеты образование ударных кратеров кажется проблематичным. При изучении данного вопроса было доказано что крупные метеоритные тела способные образовать кратеры диаметром 10 км и более тормозятся атмосферой Венеры незначительно. Существенно влияние атмосферы выражающееся в замедлении и разрушении метеоритных тел диаметром не более 40 м.

Другая сторона влияния атмосферы заключается в том что она препятствует выбросу продуктов разрушения поверхности на большие расстояния.

Среднее число метеоритных кратеров на единицу площади используется для определения возраста поверхности если известно как менялась плотность метеоритной бомбардировки с течением времени. Этот метод широко используется для определения возраста безатмосферных тел таких как Луна Меркурий и с поправкой на разреженную атмосферу – для Марса. Для Венеры с ее плотной атмосферой определение ее возраста дало интересные результаты.

Земля Иштар и прилегающие районы

Земля Иштар – своеобразный геоморфологический заповедник на Венере. Если область Бета можно охарактеризовать как район вулканического рифтогенеза[1] (Кэмпбелл и др. 1984) Землю Афродиты – как континент геологически большого возраста с заметными разрушениями то Земля Иштар представляет вестма сложный в геоморфологическом отношении комплекс объединяющий совершенно несходные элементы рельефа.

Очень условно ее можно разделить на следующие части: обширное высокогорное Плато Лакшми Горы Максвелла прилегающие к нему с востока и расположенный на восточной оконечности континента район особого рельефа.

Плато Лакшми расположено на высоте 3 – 4 км. Исследователи сравнивают Плато Лакшми с земным Тибетом однако последний вдвое меньше.

С востока где плато несколько понижается это комплекс Гор Максвелла с севера – Горы Фрейи с запада – Горы Акны. С южной стороны проходит довольно пологий Уступ Весты переходящий в еще один уступ – Уступ Ут.

Эксперементы с радиолокатором бокового обзора на искусственных спутниках планеты – «Венера-15» «Венера-16» и снимки полученные в эксперименте стали огромным шагом вперед позволившим перейти от полудогадок о природе поверхности к анализу фактов методами современной геоморфологии.

Изучение материалов касающихся Плато Лакшми окружающих гор да и всей Земли Иштар в целом указывает на мощные процессы локальной тектоники приведшие к ее образованию.

Еще некоторые типы рельефа в окрестностях Земли Иштар которые свидетельствуют о тектонической активности планеты. Исследователи назвали их овоидами. Это образования которые не имеют прямых аналогов на Земле и других планетах.

Овоиды находящиеся в районе Мнемосины между западной оконечностью Земли Иштар и Областью Метиды это образования более или менее правильной формы диаметром до 400 км и сложной структурой концентрических и дугообразных гряд разделенных несколькими километрами. Происхождение их как предполагают ученые (Барсуков и др.) имеет тектоно-магматическую природу: при остывании образовавшегося куполообразного поднятия происходило сползание и смятие пород в результате чего образовался данный рельеф. Имеются и другие объяснения но влюбом случае овоиды – проявление тектонической активности планеты возможно в достаточно далеком прошлом.

Подобные образования свойственны Области Теллуры шириной около 400 км представляющую собой возвышенность окруженну вулканическими равнинами. Весьма похожий но более хаотичный рельеф имеет восточная часть Земли Иштар к которой с севера и с юга примыкают типичные вулканические равнины.

При анализе полученных материалов учеными был обнаружен новый вид рельефа который широко распространен на Венере. Барсуков и др. предложили для него название «паркет» (имея в виду рисунок но не гладкость). Он так же не имеет прямых аналогов на Земле и состоит из частых чередующихся невысоких гряд возвышенностей и долин. В ряде случаев в их расположении видна определенная закономерность а расположение соседних полос гряд имеет ортогональный рисунок.

Таким образом на поверхности Венеры преобладают вулканические и вулкано-тектонические равнины есть лавовые плато а ряд образований может иметь вулканическую природу.

Высочайшим тектоническим сооружением на планете является горный массив Максвелл находящийся в центральной части Земли Иштар. Сведения о нем получены из двух источников: радиолокации спутников планеты «Венеры-15 и –16» и наземной радиолокации.

Для определения возраста Плато Лакшми Гор Максвелла и Земли Иштар в целом и вулканических равнин окружающего района использовался уже упоминавшийся метод регистрации плотности метеоритных кратеров на единицу поверхности. Исходя из модельных расчетов и опираясь на сведения о плотности и возрасте кратеров на Меркурии Луне Марсе ученые (Барсуков и др.) пришли к выводу что вероятный возраст Плато Лакшми и Земли Иштар в целом 0 5 – 1 млрд. лет и что древняя кратерированная поверхность относящаяся к периоду максимума метеоритной бомбардировки ( 3 9 млрд. лет ) на Венере не сохранилась как и на Земле. В отличии от Земли на Венере сохраняются кратеры возрастом до 1 млрд. лет в то время как на Земле они разрушаются за несколько миллионов лет.

Типичный метеоритный кратер на поверхности Венеры

Несмотря на огромные технические трудности связанные с высокими температурой и давлением первые прямые телевизионные снимки поверхности планеты появились задолго до радиолокационных бортовых экспериментов.


Выветривание горных пород

На Земле выветривание происходит под действием смены температур потоков воды осадков (особенно фазовых переходов воды) эрозии переносимой пылью и в результате активности биосферы. Небольшую роль могут играть также сейсмические явления. Наконец существует химическое выветривание.

На Венере атмосфера поддерживает постоянную температуру поверхности зависящую только от гипсометрического уровня по­следней. Суточные колебания температуры не превышают единиц кельвинов широтной зависимости температур для поверхности почти нет. Нагрев поверхности днем незначительной частью солнечной радиации достигающей поверхности не вызывает заметных изменений температуры благодаря эффективному теплообмену с атмосферой. Таким образом выветривание из-за изменений температур горных пород и образования в них механических напряжений исключается. Вода в жидкой фазе какие-либо другие осадки и сколько-нибудь значительная влажность также исключаются. Согласно существующим представлениям существование биосферы на Венере невозможно.

Местные разрушения горных пород на планете могут происходить в результате теплового эффекта вулканических извержений и воздействия потоков лавы если активный вулканизм существует на Венере в нынешнюю эпоху. Однако подобные процессы имеют локальный характер и ограничены во времени. Механические разрушения происходят также в результате тектонических процессов (в том числе сейсмических явлений) с признаками которых мы встречались при описании поверхности планеты (складчатые горы в обрамлении Плато Лакшми разрушенные скальные породы).

В этих условиях медленным но постоянно действующим фактором является химическое выветривание в результате термохимических реакций между поверхностью и атмосферой.

Главными агентами атмосферы вызывающими химическое выветривание являются серосодержащие газы. Их взаимодействие с поверхностью приводит к связыванию серы в продуктах выветривания что обогащает верхний слой грунта серой почти на два порядка по сравнению с Землей.

Общие представления об атмосфере Венеры

Тепловое радиоизлучение

Венера обладает наиболее массивной атмосферой из всех планет земной группы. Если отношение массы атмосферы к массе планеты для Земли составляет 0 86 х10-6 то для Венеры оно в 110 раз больше:

0 96 х10-4.

Основные составляющие атмосферы — углекислый газ (96 5%) и азот (около 3 5%). Все остальные газы присутствующие в атмосфере вместе взятые не превосходят 0 1 %. Поэтому в первом приближении атмосферу Венеры можно рассматривать как сухой углекислый газ.

Тропосфера Венеры (нижний «этаж» атмосферы где температура почти линейно падает с высотой) имеет высокую плотность и обладает значительной протяженностью. Так ниже уровня соответствующего «нормальным» земным условиям по давлению и температуре находится своеобразный газовый океан 50-километровой глубины состоящий из сильно сжатого и нагретого до высокой температуры газа. Даже если бы атмосфера Венеры была свободна от аэрозолей попытка увидеть поверхность планеты сквозь столь значительную толщу газа была бы безрезультатной. Благодаря сильному рассеянию (и частичному поглощению) света атмосферой последняя практически непрозрачна для внешнего наблюдателя во всем диапазоне частот кроме радиоволн. Значительно прозрачнее атмосфера в диапазоне сантиметровых и дециметровых радиоволн где и удалось впервые зарегистрировать излучение нагретой поверхности планеты.

Сказанное не означает однако что солнечный свет не проникает глубоко в атмосферу; в рассеянном виде он достигает поверхности планеты.

Схема строения атмосферы Венеры выглядит следующим образом. В интервале высот 47—70 км над поверхностью расположен протяженный слой тумана средней плотности который по традиции называют облаками Венеры. От земных они отличаются не только низкой плотностью малым массовым содержанием и микроскопическими размерами частиц но ивесьма экзотическим составом: это мельчайшие капли высококонцентрированной серной кислоты. Облаков водного состава на Венере не бывает а относитеьное содержание водяного пара в атмосфере очень мало в 50 – 70 раз меньше чем в земной атмосфере.

Верхняя граница облаков у 65—70 км имеет размытый характер и постепенно переходит в надоблачную дымку поднимающуюся еще на 15—20 км. Дымка имеет непостоянную плотность которая подвержена сильным изменениям с характерным временем около года или менее. Нижняя граница облаков у 47 км выражена весьма четко; но и ниже уровня 47 км имеется слабая дымка простирающаяся вниз также километров на 15. Ниже 30 км атмосфера Венеры практически свободна от аэрозолей.

Как показывают измерения температура у поверхности на уровне радиуса 6051 6 км составляет 735 К давление 92 бар. С высотой температура и давление быстро падают. На уровне при­мерно 53 км условия близки к земным «нормальным»: от уровня с Т=293 К где р~0 5 бар до Т=340 К где р =1 бар.

Высокие температуры у поверхности определяются одной из главных особенностей атмосферы планеты: сильным парниковым эффектом. Солнечная радиация проникает глубоко в атмосферу и поглощается поверхностью и атмосферой. Однако для длинноволнового теплового излучения атмосфера малопрозрачна что и создает высокие температуры у поверхности.

Факт высокой температуры поверхности был установлен еще до начала зондирования атмосферы Венеры космическими аппаратами по радиофизическим исследованиям планеты (Майер 1963). Как любое нагретое тело поверхность излучает значительную мощность в радиодиапазоне. Поэтому измерение яркостной температуры радиоизлучения можно связать с термодинамической температурой поверхности. К первым серьезным исследованиям этого рода относятся работы Майера и др. (1957 1958).

Особенно большое число радиоастрономических измерений было проведено с 1962 по 1970 г. Далее начались прямые измерения на поверхности и проблема утратила актуальность. Наиболее высокие температуры наблюдаются в диапазоне 3—15 см до 660 К.

Химический состав атмосферы

Подробные сведения об истории исследований состава атмосферы планеты можно найти в монографии «Венера» (Цан и др. 1983) а также в более ранних работах и изданиях: Л. Янг (1974) Кузьмин и Маров (1974) Мороз (1981) и других. В изучении состава атмосферы большую роль сыграли как космические так и традиционные наземные прежде всего — спектрометрические исследования (Конн и др. 1967).

Основная составляющая атмосферы планеты — углекислый газ. Спектрометрически он был отождествлен в атмосфере Венеры еще в 1932 г. в работе Адамса и Данхэма (1932). Однако до полета «Венеры-4» в 1967 г. оценки его содержания значительно колебались. Измерения «Венеры-4» и последующие более точные измерения «Венеры-5 и -6» практически закрыли вопрос об основных составляющих.

Углекислый газ. Атмосфера Венеры почти полностью состоит из углекислого газа который выделился из коры планеты в процессе ее дегазации. На первый взгляд на Венере запасы углекислого газа намного больше чем на Земле. Различие снижается на 2 порядка если учесть примерно в 60 раз большее количество углекислого га­за растворенного в океанах Земли. Растворенный газ находится в динамическом равновесии с СО2 в атмосфере и демпфирует изменения его содержания. Постоянная времени обмена для океана близка к 7 годам. Однако подлинным резервуаром углекислого газа являются карбонаты в осадочных породах Земли.

Азот. Причина повышенного содержания азота в атмосфере как предполагается так же лежит в высокой температуре поверхности из-за чего весь азот Венеры перешел в атмосферу.

Страницы: 1 2