Страница:
Сейчас все крупнейшие радиотелескопы мира объединены в единый глобальный радиоинтерферометр. А следующий шаг в развитии этого метода - вывод радиотелескопа на околоземную орбиту искусственного спутника Земли. Он образует единый инструмент с наземными телескопами, и это повысит угловое разрешение в десятки, сотни, тысячи раз. Появится возможность исследовать пространство около ближайших звезд в поисках планет, измерять
со сверхвысокой точностью координаты на поверхности Земли, определять дрейф континентов, наблюдать явления, предшествующие землетрясениям, и решать многие другие научные задачи.
САМАЯ ДАЛЕКАЯ
Наиболее удаленную звезду нашей Галактики открыли недавно астрономы, исследуя участок неба в созвездии Весов. Звезда - красный гигант 18-й звездной величины, ее удаление от Земли составляет около 400 тысяч световых лет. Это примерно в четыре раза больше диаметра нашей Галактики, так что новооткрытая звезда лежит в так называемом галактическом гало, в "пригородах" Галактики. Расстояние удалось оценить на основании того, что известна абсолютная яркость других звезд такого типа, и, зная, что расстояние ослабило ее до 18-й величины, можно приблизительно рассчитать удаленность светила. \
Интересно, что открытую сейчас зве- - зду позже нашли и на снимках, сделанных 25 лет назад. Тогда никто не обратил внимания на слабое пятнышко на' фотопластинке.
В НАШЕЙ ГАЛАКТИКЕ ОБЛАЧНО
Астрономы обнаружили в нашей Галактике облака горячего ионизированного газа. Они состоят из своеобразных "прядей" длиною до 150 и шириною в несколько световых лет. По мнению ученых, эти облака удерживаются от рассасывания сильным магнитным полем, направленным перпендикулярно плоскости Галактики, происхождение которого пока не выяснено.
ЕСТЬ ЛИ У СОЛНЦА СПУТНИК?
Ответить на этот вопрос легче легкого: конечно, есть и не один, а девять - все планеты Солнечной системы - спутники нашего светила. Но, кажется, существует еще один, о котором астрономы только догадываются, а знают о нем лишь одно - это не планета, а гипотетическая звезда Немезида.
Догадку о ее существовании ученые высказали в связи с "кометными дождями", которыми сейчас объясняют периодическую массовую гибель на Земле некоторых видов животных. Предполагают, что Немезида, двигаясь по своей орбите, каждые 26 миллионов лет проходит близ одного из крупных кометных скоплений и провоцирует усиленную бомбардировку нашей
неты кометами. Словом, Немезида должна быть одной из ближайших к нам звезд - красных карликов - с самым большим параллаксом. Проще говоря, ее смещение на карте звездного неба за какой-то промежуток времени должно быть достаточно заметным.
Астрономы сфотографировали пять тысяч звезд и решили через несколько месяцев повторить "перепись" небожителей, чтобы потом сравнить результаты и выбрать наиболее подвижную звезду. Если обнаружить Немезиду на северной части неба не удастся, придется искать ее в Южном полушарии.
ПЫЛЕВОЕ КОЛЬЦО ВОКРУГ СОЛНЦА
Астрономы давно знают, что вокруг Солнца имеется скопление пылевых частиц - остатков вещества, из которого образовались планеты Солнечной системы. В южных широтах сразу после заката виден так называемый зодиакальный свет - отражение солнечного света от этих частиц. Но наблюдать впрямую это скопление до сих пор не удавалось: оно расположено слишком близко к Солнцу и теряется в его лучах.
Группа астрономов во время затмения Солнца смогла получить изображения околосолнечного пылевого кольца со стратостата, поднявшегося на высоту более 30 километров. В гондоле стратостата находились автоматические приборы - телескоп с телекамерой и инфракрасный телескоп. Наблюдения, сделанные за 3 минуты 50 секунд полного солнечного затмения на четырех видимых и четырех инфракрасных участках спектра, показали: на расстоянии примерно 3,8 солнечного радиуса
от нашего светила существует плоский диск состоящий в основном из частиц общей массой около миллиона тонн, разогретых примерно до 1300 градусов Цельсия.
КАК МЕНЯЮТСЯ РАЗМЕРЫ СОЛНЦА
Размеры солнечного шара непостоянны, считают ученые. Диаметр светила меняется регулярно в течение около ста лет примерно на 0,3 процента. Но даже эти малые изменения сказываются на климате Земли. При увеличении размеров Солнца наступало потепление, уменьшение диаметра вело к похолоданию на нашей планете. С увеличением диаметра активность нарастает. Сопоставляя закономерности длительных колебаний Солнце на протяжении нескольких прошлых веков, советский астроном В. Честяков пришел к выводу, что очередное понижение солнечной активности и уменьшение размеров светила следует ожидать в конце текущего столетия.
СВЕРХТОЧНЫЕ ИНСТРУМЕНТЫ АСТРОНОМОВ
С точностью до нескольких метров ^°"УТ определять теперь положение """W7 - соседей Земли по Солнечной системе-астрономы Пулковской обсерватории. Достичь высочайшего
уровня сверхдальних измерений планет, звезд, квазаров и галактик позволяет новый прибор - фотографический вертикальный круг, созданный советскими специалистами при участии коллег из Дрезденского технического университета.
ВЕНЕРА В АЛГОРИТМАХ И В ДЕЙСТВИТЕЛЬНОСТИ
Венеру долгое время считали очень похожей на Землю, ведь она почти таких же размеров, ее масса и плотность почти равны земным, она имеет мощную атмосферу... Теперь мы знаем, что венерианская поверхность представляет собой раскаленную безжизненную пустыню, а ее история это несбывшийся путь геологической истории Земли. Если бы земной углерод не был прочно связан в составе коры, то выделение в атмосферу углекислого газа - продукта вулканической деятельности - привело бы к необратимому разогреву поверхности, океаны испарились, а Земля превратилась бы в... Венеру.
Впрочем, такой нежелательный "сце,нарий" весьма серьезно рассматривается при обсуждении угрозы изменения климата из-за поступления в атмосферу промышленных отходов - углекислого и сернистого газов. Как раз эти газы и определяют метеорологию Венеры. Получается, что чем лучше мы будем знать своих соседей по Солнечной системе - Венеру, Марс, Меркурий, Луну, - тем глубже будет понимание истории и даже будущего Земли.
В марте 1982 года на поверхность Венеры совершили посадку спускаемые
аппараты "Венера-13" и "Венера-14". Принципиально новым шагом в исследовании планет стал анализ химического состава венерианского грунта. Попытки теоретически предсказать минералогию Венеры были сделаны за несколько лет до этого космического полета. Наступило время сопоставить прогноз и эксперимент.
ОРАНЖЕВОЕ НЕБО, ОРАНЖЕВЫЕ КАМНИ...
Каких только гипотез не выдвигали по поводу характера поверхности Венеры! Ведь планета постоянно окутана непроницаемой вуалью облаков, и вплоть до полета советской автоматической станции "Венера-4" сведения об условиях на ее поверхности были столь противоречивы, что допускали существование морей из нефти, из обычной воды, а во времена увлечения астроботаникой казалось, что планета - близнец Земли и вполне пригодна для развития пышной флоры и фауны.
В конце 1975 года состоялся первый телерепортаж с поверхности Венеры, когда были переданы панорамы мест посадки спускаемых аппаратов "Венера-9" и "Венера-10". Планета оказалась совершенно безжизненной под покровом непроницаемых облаков таится мир раскаленных до 450 градусов Цельсия каменистых пустынь. Через несколько лет исследований ученые с помощью радиолокатора на спутнике, выведенном на орбиту вокруг Венеры, сумели построить топографическую карту планеты. Выяснилось, что две трети поверхности - это всхолмленные равнины высотой до двух с половиной километров со множеством кратеров, а на оставшейся площади есть гористые плато, рассеченные глубокими каньонами, там прохладнее градусов на пятьдесят. В гористых областях обнаружены вулканы, один из которых выше Эвереста (высота его превышает 1 1 километров), но более чем вдвое уступает марсианскому Олимпу (27 километров).
Около 30 процентов площади планеты заняты плоскими низинами, напоминающими лунные "моря".
Ветры в венерианском пекле слабые, ) не превышают одного метра в секунду, 1 но это не значит, что они незаметны. Советский астрофизик В. Мороз счита-) ет, что динамический напор ветра при^ венерианском атмосферном давлении (100 атмосфер) настолько велик, что земной наблюдатель должен чувствовать себя, как на оживленной улице, настолько шумно в венерианской пустыне.
Расчеты и специальные имитации показали, что для переноса одинаковых пылинок на Венере и Земле сила ветра i должна быть разной: на Венере достаточен ветер в десять раз слабее земного. Однако бури в плотной венерианской атмосфере напоминают взмучивание ила при посадке батискафа на морское дно. Именно так ведет себя пылевое облако, поднятое с поверхности Венеры после посадки спускаемого аппарата.
Голубого неба на Венере нет - высокая плотность атмосферы приводит к рассеиванию большей части фиолетовых, синих, голубых лучей. Поэтому не- ' бо Венеры оранжево-желтое, может быть, с зеленым оттенком. И венерианские скалы и камни выглядят оранжевожелтыми, именно так, как на панорамах "Венеры-13" и "Венеры-14" после синтезирования цветопередачи, j
Из чего же состоят оранжевые камни Венеры? Насколько они похожи на земные? На этот вопрос "фотопортрет", разумеется, не ответит.
Ориентировочные оценки пород на Венере были все-таки получены. В местах посадки автоматических станций "Венера-8" (1973 год), "Венера-9" и "Венера-10" (1975 год) с помощью спе- j циальных радиометров удалось изме- : рить содержание естественных радиоактивных элементов - калия, урана и Х тория. Радиометрия показала, что на Венере можно встретить породы, похожие по уровню радиоактивности как на
земные базальты, так и на граниты. Эти опыты еще раз подтвердили, что в твердых оболочках всех планет земной группы шли или продолжают идти активные геологические процессы - происходит дифференциация планетарного вещества по химическому составу.
Возвращение на Землю контейнеров с венерианским грунтом - задача в обозримом будущем невыполнимая, ведь воображаемой ракете с Венеры придется взлетать как бы со дна земного моря, поскольку давление горячего углекислого газа, из которого в основном состоит венерианский "воздух", в сто раз больше земного. Выполнить анализ грунта Венеры лет пятнадцать назад казалось почти такой же фантастикой, поэтому на повестку дня был поставлен теоретический прогноз.
СЛОВО БЕРЕТ ЭВМ
Лет тридцать назад потребовалось предсказать химический состав вещества, которое трудно или даже невозможно получить в лаборатории. Надо было точно знать, как будет меняться набор и количество химических соединений и реагирующей смеси газов при высоких температурах и давлениях.
В принципе такие задачи всегда входили в сферу интересов химической термодинамики - науки о температуре, теплоте и превращениях теплоты и работы друг в друга. Химические превращения подчиняются определенным законам термодинамики, а их конкретное выражение описано с помощью хорошо разработанного математического аппарата. Если же в химических процессах число участвующих веществ исчисляется десятками, то для выполнения математических выкладок не хватит человеческой жизни. Но, как известно, есть электронно-вычислительные машины.
Математическое моделирование позволяет выделить из всех возможных вариантов тот, который протекает с
наименьшей затратой химической энергии, а значит, и наиболее реальный в неживой и живой природе. При этом выясняется и самая выгодная (с точки зрения затрат энергии системы) форма нахождения химического элемента: войдет ли он в состав газа, кристаллического вещества или жидкости.
В последнее десятилетие специалисты в области наук о Земле обратили внимание на сходство своих задач и тех, которые с успехом решают инженерыхимики. Геологи тоже должны уметь предсказывать поведение химических элементов в магматических расплавах, в горячих рудоносных растворах тогда, когда природный объект недоступен. Ну а если объект находится на другой планете, то задача усложняется во много раз, поскольку условия, господствующие в иных мирах, не менее, а, пожалуй, куда более таинственны, чем в глубинах Земли.
Уже после посадки советской автоматической межпланетной станции "Венера-7" на поверхности Утренней звезды и комплекса радиоастрономических исследований с Земли, проведенных еще в середине шестидесятых годов в СССР и в США, оказалось, что Венера-удобная лаборатория для химиков и геологов. В самом деле, на планете и ночью и днем (продолжительность одних венерианских суток соответствует 243 земным) одинаково жарко, на полюсах холоднее лишь на несколько градусов, смены времен года тоже нет. Поэтому горные породы поверхности находятся как бы в гигантском термостате в течение многих миллионов лет.
Значит, теоретический прогноз состава неизвестных нам пород поверхности Венеры представляет собой вполне реальную задачу, если допустить существование химического равновесия минералов с горячими газами атмосферы.
В 1978-1979 годах под руководством члена-корреспондента АН СССР В. Барсукова в Институте геохимии и
аналитической химии имени В. И. Вернадского АН СССР проблема была поставлена и решена. Состав венерианской атмосферы, температура и давление на поверхности планеты и состав пород, аналогичный земному, считались заданными, А найти требовалось состав продуктов тех химических реакций, которые протекают между газами и минералами и перераспределяют "обязательные" химические элементы- кислород, водород, кремний, железо и так далее - в самые причудливые сочетания. На Земле такое перераспределение элементов рождает разнообразные коры выветривания, содержащие глины, бокситы, соли, гипсы... А что на Венере?
В качестве исходных данных в ЭВМ были введены результаты определения состава венерианской атмосферы, полученные космическими средствами, и модели состава земных горных пород. Введенные туда же'законы химического взаимодействия минералов поверхности планеты с горячими газами атмосферы должны были- помочь получить прогноз породного состава. Итак, модель поведения химических элементов на поверхности планеты Венера выбрана, исходные данные введены. Теперь - за дело!
Машина успешно справляется с заданием, и мы получаем портрет венерианской коры выветривания. Нет, сенсации не будет. В венерианских условиях благополучно существуют в основном те же минералы, что и в земных гранитах и базальтах,- кварц, полевые шпаты, пироксены. Тем не менее ответ машины достаточно интригующий. Оказалось, что венерианские породы обнаруживают "особые приметы"; есть минералы, содержащие серу. Может быть, именно круговорот серы определяет метеоусловия на Венере без зимы и "ета, без дождя и снега?
Облачный покров Венеры толщиной ^ 25 километров почти наверняка состоит из капель серной кислоты. Газы, содержащие серу,- важная примесь в
углекислой атмосфере планеты, сера в существенных количествах содержится в поверхностных породах... Что это - звенья единого цикла круговорота веществ или случайность? Пока на этот вопрос нет однозначного ответа.
Здесь можно провести аналогию с проблемой возникновения аэрозолей серной кислоты в земной стратосфере (следствие загрязнения отходами химической промышленности), вспомнить сернокислотные дожди в Северной Америке и Европе и убедиться лишний раз в необходимости космических исследований для познания Земли.
Сухость венерианской атмосферы вызывает много дискуссий, многочисленные результаты анализов состава венерианского "воздуха" разноречивы, однако полеты автоматических станций "Венера-13" и "Венера-14" поставили точку: вблизи поверхности атмосфера содержит не более 0,002 процента водяного пара. Итак, отнята последняя возможность обнаружить венерианский "океан" - вода изгнана даже из кристаллических структур минералов. На поверхности Венеры не сохраняется не только капля, но и молекула воды в таком, казалось бы, надежном скафандре, как кристаллическая решетка.
Горячая атмосфера Венеры, вступая в контакт с породами поверхности, может приводить к изменению их химического состава; по сути дела, там происходит химическое выветривание. Главный недостаток теоретической модели - нельзя учесть время и полноту протекания химического процесса. А это означает, что мощность "коры выветривания" мы оценить не можем: будет ли это миллиметровая корочка или многокилометровая толща измененных пород - неизвестно.
Март 1982 года открыл новую страницу в изучении планеты: впервые удалось определить химический состав венерианских пород в местах посадки спускаемых аппаратов "Венера-13" и "Венера-14".
28
БУРЕНИЕ В РАСКАЛЕННОЙ ПУСТЫНЕ
Эксперимент по отбору и анализу венерианского грунта просто фантастичен. Инженеры, создававшие грунтозаборное устройство, шутили: задача сформулирована, как в сказке,- пойди туда, не знаю куда, принеси то, не знаю что! Увы, горькая доля истины в этой шутке была она связана с относительной "слепотой" посадки на планету. Надо было сконструировать такой бурильный агрегат, который мог бы работать как на скальном, так и на рыхлом грунте, в любом положении (аппарат может сесть с большим креном), при температуре "вишневого каления" обычной стали. Да к тому же бурение надо вести без смазки и без охлаждения!
И вот задача блестяще решена, причем стоатмосферное давление на поверхности Венеры превратили в союзника: проба грунта засасывалась внутрь приемной камеры по принципу пылесоса, затем от высокого давления избавлялись с помощью оригинальной системы шлюзов, в результате укрощенный грунт приходил к конечному пункту "конвейера" почти вакуумированным,
Анализ грунта проводило сложнейшее устройство, разработанное в Институте геохимии и аналитической химии имени В. И. Вернадского АН СССР под руководством профессора Ю. Суркова, имевшее на вооружении источники радиоизотопов (железо-55 и плутоний-238). Поток альфа-частиц и жесткого рентгеновского излучения возбуждает в атомах облучаемой пробы флюоресцентное рентгеновское излучение, относительная интенсивность которого позволяет судить о концентрации того или иного химического элемента. Прибор принимал команды с бортового программно-временного устройства, а накопленная информация периодически отправлялась по телеметрической системе на Землю. Спускаемый аппарат "Венера-13"
жил и работал два часа и семь минут, а "Венера-14" - без семи минут час. Из этого времени четыре минуты ушло на бурение и шлюзование пробы грунта, а все остальное время на Землю переда* вались данные о химическом составе венерианских пород: 38 спектров - с "Венеры-13" и 20 спектров - с "Венеры-1 4". Рентгенорадиометрический анализ дал уникальные цифры содержания девяти главных породообразующих элементов.
ПОРОДЫ ВЕНЕРЫ БЕЗ ВУАЛИ? ;
Попробуем разобраться, какие проблемы минералогии и петрологии Венеры удалось решить после космического рейса "Венеры-13" и "Венеры-14", а какие остались нерешенными или даже возникли вновь.
Во-первых, теперь мы знаем, что наиболее распространенный тип венерианских пород - это базальты. Находки "подозревавшихся" гранитов следует отложить до тех времен, когда мы, может быть, узнаем, из какого материала построены высокогорные континенты на Венере.
Во-вторых, базальты Венеры имеют разный состав в разных геологических провинциях. Низменности (более молодые породы?) заполнены продуктами вулканических излияний практически того же состава, что рождает океаническая кора Земли. Более возвышенные регионы, названные холмистыми равнинами, представляют собой, вероятно, наиболее древние геологические области, если судить по интенсивным следам метеоритных бомбардировок. Там тоже базальты, но сильно обогащенные калием и магнием. На Земле породы такого типа появились довольно поздно - не ранее 2,6 миллиарда лет назад, и носят несомненные признаки глубинного происхождения.
В-третьих, базальты Венеры содержат в несколько раз больше серы по сравнению со своими земными аналогами.
Определение химического состава венерианских пород подтвердило теоретический прогноз о концентрации серы, а вот вопрос о том, есть ли на Венере связанная вода, остался нерешенным из-за ограниченных возможностей самой методики. Неизвестны и формы нахождения серы в минералах. Но здесь необходимо особое отступление.
Дело в том, что различия температуры и атмосферного давления на низменностях и в высокогорных областях Венеры достаточно велики, а это значит, что и минеральная пыль в горах и на равнинах - разная. Поэтому теоретически в высокогорье должны существовать более устойчивые сульфиды (пирит), а на высоте до двух километровсульфаты (ангидрит). Если это так, то на Венере действует оригинальный циклический механизм химического выветривания, немыслимый на других планетах.
Уже после полета "Венеры-13" и "Венеры-14" американские ученые сообщили: по радиофизическим измерениям электропроводности грунта Венеры со спутника "Пионер - Венера" получается, что высокогорные венерианские "материки" покрыты чехлом отложений с аномально высокой электропроводностью. Похоже, что такими свойствами обладает только сульфид железа - пирит. Такая неожиданная поддержка нашей гипотезы заставляет с еще большим вниманием относиться к проблеме химического и минерального состава пород Венеры.
Что же теперь сказать о нашем прогнозе состава пород Венеры, сделанном пять лет назад с помощью ЭВМ? Оправдался ли он? По-видимому, основную свою роль он сыграл: было правильно показано возможное направление изменений, которые претерпевают пороДЬ1, в особенности образование минералов, содержащих серу.
Мы здесь коснулись лишь итогов эксперимента по определению химического состава пород Венеры. Даже один этот пример показывает плодотворность использования
ского моделирования и прямого эксперимента в такой своеобразной науке, как сравнительная планетология.
Уникальные анализы венерианского грунта в местах посадки космических аппаратов подтверждают одну из общих закономерностей геологической истории планет земной группы. Базальтовый вулканизм - непременное звено длительного процесса формирования коры планет. Сходство состава земных и венерианских базальтов (кремний, алюминий, железо и т. п.) указывает на общие черты развития всех планетных тел Солнечной системы. Различия в начальных условиях рождения планет запечатлены скорее всего в судьбе водяного пара и таких летучих элементов, как углерод и сера. Эти разные судьбы предопределили разные лики детей Солнца-планет земной группы.
КАРТА ВЕНЕРЫ
Поверхность нашей небесной соседки скрыта от глаз наблюдателей многокилометровой толщей облаков. Но тем не менее ученые надеются в скором времени составить подробную карту загадочной планеты. Для этого они предлагают вывести на орбиту вокруг Венеры серию космических аппаратов, которые виток за витком будут поочередно зондировать ее поверхность с помощью радиолокаторов, а затем передавать на Землю последовательные изображения. Спутники, расположенные в непосредственной близости от планеты, помогут раскрыть многие ее тайны, так как появится возможность различить детали рельефа с точностью до полукилометра.
30
НАД ОБЛАКАМИ ВЕНЕРЫ
В октябре 1983 года Венера обзавелась новыми искусственными спутниками. Советские автоматические станции "Венера-15" и "Венера-16" ведут радиолокационную съемку сквозь сплошной облачный слой, передавая на экраны Центра дальней космической связи интереснейшие виды ландшафта Утренней звезды.
Наряду с этими съемками искусственные спутники Венеры проводят и другие интересные эксперименты. Среди них, например, программа измерений надоблачной атмосферы Венеры, подготовленная совместно учеными СССР и ГДР. В этом эксперименте прибор регистрирует спектр теплового (инфракрасного) излучения атмосферы и облаков, а по спектру определяются их температура, строение и химический состав. Уже через несколько дней после выхода на орбиты межпланетные станции передали на Землю более 70 инфракрасных спектров. Немало измерений было сделано и в последующие месяцы. Сейчас полученные данные анализируются и подводятся первые, пока еще предварительные итоги.
Что же выяснилось? Удалось уточнить состав верхней части облачного слоя и характер изменения температуры над ним, впервые определить содержание водяного пара на высотах, которые прежде оставались вне наблюдений. Измерения количества водяного пара в атмосфере Венеры особенно важны. Дело в том, что при большом сходстве этой планеты с Землей наша небесная соседка почти полностью лишена воды. Обнаружились и некоторые
данности. Например, оказалось, что у полюса верхняя граница облачного слоя располагается ниже, чем в средних широтах. По-видимому, это обусловлено мощным глобальным циклоном, связанным с необычно быстрым вращением атмосферы планеты. Этот результат привлек пристальное внимание исследователей, поскольку помогает лучше понять движение атмосфер на других планетах, в том числе и циркуляцию земной атмосферы, а значит, и закономерности развития климатических условий на нашей планете.
ТАЙНА МАРСИАНСКИХ РЕК
Ландшафт вроде бы самый обычный - изрезанные шрамами оврагов поля, сфотографированные с высоты птичьего полета. Однако ученых он поставил в тупик - дело в том, что это вовсе не земная поверхность, а марсианская. И скромные на вид овраги в действительности - высохшие русла гигантских рек, а фотографировала их автоматическая межпланетная станция.
со сверхвысокой точностью координаты на поверхности Земли, определять дрейф континентов, наблюдать явления, предшествующие землетрясениям, и решать многие другие научные задачи.
САМАЯ ДАЛЕКАЯ
Наиболее удаленную звезду нашей Галактики открыли недавно астрономы, исследуя участок неба в созвездии Весов. Звезда - красный гигант 18-й звездной величины, ее удаление от Земли составляет около 400 тысяч световых лет. Это примерно в четыре раза больше диаметра нашей Галактики, так что новооткрытая звезда лежит в так называемом галактическом гало, в "пригородах" Галактики. Расстояние удалось оценить на основании того, что известна абсолютная яркость других звезд такого типа, и, зная, что расстояние ослабило ее до 18-й величины, можно приблизительно рассчитать удаленность светила. \
Интересно, что открытую сейчас зве- - зду позже нашли и на снимках, сделанных 25 лет назад. Тогда никто не обратил внимания на слабое пятнышко на' фотопластинке.
В НАШЕЙ ГАЛАКТИКЕ ОБЛАЧНО
Астрономы обнаружили в нашей Галактике облака горячего ионизированного газа. Они состоят из своеобразных "прядей" длиною до 150 и шириною в несколько световых лет. По мнению ученых, эти облака удерживаются от рассасывания сильным магнитным полем, направленным перпендикулярно плоскости Галактики, происхождение которого пока не выяснено.
ЕСТЬ ЛИ У СОЛНЦА СПУТНИК?
Ответить на этот вопрос легче легкого: конечно, есть и не один, а девять - все планеты Солнечной системы - спутники нашего светила. Но, кажется, существует еще один, о котором астрономы только догадываются, а знают о нем лишь одно - это не планета, а гипотетическая звезда Немезида.
Догадку о ее существовании ученые высказали в связи с "кометными дождями", которыми сейчас объясняют периодическую массовую гибель на Земле некоторых видов животных. Предполагают, что Немезида, двигаясь по своей орбите, каждые 26 миллионов лет проходит близ одного из крупных кометных скоплений и провоцирует усиленную бомбардировку нашей
неты кометами. Словом, Немезида должна быть одной из ближайших к нам звезд - красных карликов - с самым большим параллаксом. Проще говоря, ее смещение на карте звездного неба за какой-то промежуток времени должно быть достаточно заметным.
Астрономы сфотографировали пять тысяч звезд и решили через несколько месяцев повторить "перепись" небожителей, чтобы потом сравнить результаты и выбрать наиболее подвижную звезду. Если обнаружить Немезиду на северной части неба не удастся, придется искать ее в Южном полушарии.
ПЫЛЕВОЕ КОЛЬЦО ВОКРУГ СОЛНЦА
Астрономы давно знают, что вокруг Солнца имеется скопление пылевых частиц - остатков вещества, из которого образовались планеты Солнечной системы. В южных широтах сразу после заката виден так называемый зодиакальный свет - отражение солнечного света от этих частиц. Но наблюдать впрямую это скопление до сих пор не удавалось: оно расположено слишком близко к Солнцу и теряется в его лучах.
Группа астрономов во время затмения Солнца смогла получить изображения околосолнечного пылевого кольца со стратостата, поднявшегося на высоту более 30 километров. В гондоле стратостата находились автоматические приборы - телескоп с телекамерой и инфракрасный телескоп. Наблюдения, сделанные за 3 минуты 50 секунд полного солнечного затмения на четырех видимых и четырех инфракрасных участках спектра, показали: на расстоянии примерно 3,8 солнечного радиуса
от нашего светила существует плоский диск состоящий в основном из частиц общей массой около миллиона тонн, разогретых примерно до 1300 градусов Цельсия.
КАК МЕНЯЮТСЯ РАЗМЕРЫ СОЛНЦА
Размеры солнечного шара непостоянны, считают ученые. Диаметр светила меняется регулярно в течение около ста лет примерно на 0,3 процента. Но даже эти малые изменения сказываются на климате Земли. При увеличении размеров Солнца наступало потепление, уменьшение диаметра вело к похолоданию на нашей планете. С увеличением диаметра активность нарастает. Сопоставляя закономерности длительных колебаний Солнце на протяжении нескольких прошлых веков, советский астроном В. Честяков пришел к выводу, что очередное понижение солнечной активности и уменьшение размеров светила следует ожидать в конце текущего столетия.
СВЕРХТОЧНЫЕ ИНСТРУМЕНТЫ АСТРОНОМОВ
С точностью до нескольких метров ^°"УТ определять теперь положение """W7 - соседей Земли по Солнечной системе-астрономы Пулковской обсерватории. Достичь высочайшего
уровня сверхдальних измерений планет, звезд, квазаров и галактик позволяет новый прибор - фотографический вертикальный круг, созданный советскими специалистами при участии коллег из Дрезденского технического университета.
ВЕНЕРА В АЛГОРИТМАХ И В ДЕЙСТВИТЕЛЬНОСТИ
Венеру долгое время считали очень похожей на Землю, ведь она почти таких же размеров, ее масса и плотность почти равны земным, она имеет мощную атмосферу... Теперь мы знаем, что венерианская поверхность представляет собой раскаленную безжизненную пустыню, а ее история это несбывшийся путь геологической истории Земли. Если бы земной углерод не был прочно связан в составе коры, то выделение в атмосферу углекислого газа - продукта вулканической деятельности - привело бы к необратимому разогреву поверхности, океаны испарились, а Земля превратилась бы в... Венеру.
Впрочем, такой нежелательный "сце,нарий" весьма серьезно рассматривается при обсуждении угрозы изменения климата из-за поступления в атмосферу промышленных отходов - углекислого и сернистого газов. Как раз эти газы и определяют метеорологию Венеры. Получается, что чем лучше мы будем знать своих соседей по Солнечной системе - Венеру, Марс, Меркурий, Луну, - тем глубже будет понимание истории и даже будущего Земли.
В марте 1982 года на поверхность Венеры совершили посадку спускаемые
аппараты "Венера-13" и "Венера-14". Принципиально новым шагом в исследовании планет стал анализ химического состава венерианского грунта. Попытки теоретически предсказать минералогию Венеры были сделаны за несколько лет до этого космического полета. Наступило время сопоставить прогноз и эксперимент.
ОРАНЖЕВОЕ НЕБО, ОРАНЖЕВЫЕ КАМНИ...
Каких только гипотез не выдвигали по поводу характера поверхности Венеры! Ведь планета постоянно окутана непроницаемой вуалью облаков, и вплоть до полета советской автоматической станции "Венера-4" сведения об условиях на ее поверхности были столь противоречивы, что допускали существование морей из нефти, из обычной воды, а во времена увлечения астроботаникой казалось, что планета - близнец Земли и вполне пригодна для развития пышной флоры и фауны.
В конце 1975 года состоялся первый телерепортаж с поверхности Венеры, когда были переданы панорамы мест посадки спускаемых аппаратов "Венера-9" и "Венера-10". Планета оказалась совершенно безжизненной под покровом непроницаемых облаков таится мир раскаленных до 450 градусов Цельсия каменистых пустынь. Через несколько лет исследований ученые с помощью радиолокатора на спутнике, выведенном на орбиту вокруг Венеры, сумели построить топографическую карту планеты. Выяснилось, что две трети поверхности - это всхолмленные равнины высотой до двух с половиной километров со множеством кратеров, а на оставшейся площади есть гористые плато, рассеченные глубокими каньонами, там прохладнее градусов на пятьдесят. В гористых областях обнаружены вулканы, один из которых выше Эвереста (высота его превышает 1 1 километров), но более чем вдвое уступает марсианскому Олимпу (27 километров).
Около 30 процентов площади планеты заняты плоскими низинами, напоминающими лунные "моря".
Ветры в венерианском пекле слабые, ) не превышают одного метра в секунду, 1 но это не значит, что они незаметны. Советский астрофизик В. Мороз счита-) ет, что динамический напор ветра при^ венерианском атмосферном давлении (100 атмосфер) настолько велик, что земной наблюдатель должен чувствовать себя, как на оживленной улице, настолько шумно в венерианской пустыне.
Расчеты и специальные имитации показали, что для переноса одинаковых пылинок на Венере и Земле сила ветра i должна быть разной: на Венере достаточен ветер в десять раз слабее земного. Однако бури в плотной венерианской атмосфере напоминают взмучивание ила при посадке батискафа на морское дно. Именно так ведет себя пылевое облако, поднятое с поверхности Венеры после посадки спускаемого аппарата.
Голубого неба на Венере нет - высокая плотность атмосферы приводит к рассеиванию большей части фиолетовых, синих, голубых лучей. Поэтому не- ' бо Венеры оранжево-желтое, может быть, с зеленым оттенком. И венерианские скалы и камни выглядят оранжевожелтыми, именно так, как на панорамах "Венеры-13" и "Венеры-14" после синтезирования цветопередачи, j
Из чего же состоят оранжевые камни Венеры? Насколько они похожи на земные? На этот вопрос "фотопортрет", разумеется, не ответит.
Ориентировочные оценки пород на Венере были все-таки получены. В местах посадки автоматических станций "Венера-8" (1973 год), "Венера-9" и "Венера-10" (1975 год) с помощью спе- j циальных радиометров удалось изме- : рить содержание естественных радиоактивных элементов - калия, урана и Х тория. Радиометрия показала, что на Венере можно встретить породы, похожие по уровню радиоактивности как на
земные базальты, так и на граниты. Эти опыты еще раз подтвердили, что в твердых оболочках всех планет земной группы шли или продолжают идти активные геологические процессы - происходит дифференциация планетарного вещества по химическому составу.
Возвращение на Землю контейнеров с венерианским грунтом - задача в обозримом будущем невыполнимая, ведь воображаемой ракете с Венеры придется взлетать как бы со дна земного моря, поскольку давление горячего углекислого газа, из которого в основном состоит венерианский "воздух", в сто раз больше земного. Выполнить анализ грунта Венеры лет пятнадцать назад казалось почти такой же фантастикой, поэтому на повестку дня был поставлен теоретический прогноз.
СЛОВО БЕРЕТ ЭВМ
Лет тридцать назад потребовалось предсказать химический состав вещества, которое трудно или даже невозможно получить в лаборатории. Надо было точно знать, как будет меняться набор и количество химических соединений и реагирующей смеси газов при высоких температурах и давлениях.
В принципе такие задачи всегда входили в сферу интересов химической термодинамики - науки о температуре, теплоте и превращениях теплоты и работы друг в друга. Химические превращения подчиняются определенным законам термодинамики, а их конкретное выражение описано с помощью хорошо разработанного математического аппарата. Если же в химических процессах число участвующих веществ исчисляется десятками, то для выполнения математических выкладок не хватит человеческой жизни. Но, как известно, есть электронно-вычислительные машины.
Математическое моделирование позволяет выделить из всех возможных вариантов тот, который протекает с
наименьшей затратой химической энергии, а значит, и наиболее реальный в неживой и живой природе. При этом выясняется и самая выгодная (с точки зрения затрат энергии системы) форма нахождения химического элемента: войдет ли он в состав газа, кристаллического вещества или жидкости.
В последнее десятилетие специалисты в области наук о Земле обратили внимание на сходство своих задач и тех, которые с успехом решают инженерыхимики. Геологи тоже должны уметь предсказывать поведение химических элементов в магматических расплавах, в горячих рудоносных растворах тогда, когда природный объект недоступен. Ну а если объект находится на другой планете, то задача усложняется во много раз, поскольку условия, господствующие в иных мирах, не менее, а, пожалуй, куда более таинственны, чем в глубинах Земли.
Уже после посадки советской автоматической межпланетной станции "Венера-7" на поверхности Утренней звезды и комплекса радиоастрономических исследований с Земли, проведенных еще в середине шестидесятых годов в СССР и в США, оказалось, что Венера-удобная лаборатория для химиков и геологов. В самом деле, на планете и ночью и днем (продолжительность одних венерианских суток соответствует 243 земным) одинаково жарко, на полюсах холоднее лишь на несколько градусов, смены времен года тоже нет. Поэтому горные породы поверхности находятся как бы в гигантском термостате в течение многих миллионов лет.
Значит, теоретический прогноз состава неизвестных нам пород поверхности Венеры представляет собой вполне реальную задачу, если допустить существование химического равновесия минералов с горячими газами атмосферы.
В 1978-1979 годах под руководством члена-корреспондента АН СССР В. Барсукова в Институте геохимии и
аналитической химии имени В. И. Вернадского АН СССР проблема была поставлена и решена. Состав венерианской атмосферы, температура и давление на поверхности планеты и состав пород, аналогичный земному, считались заданными, А найти требовалось состав продуктов тех химических реакций, которые протекают между газами и минералами и перераспределяют "обязательные" химические элементы- кислород, водород, кремний, железо и так далее - в самые причудливые сочетания. На Земле такое перераспределение элементов рождает разнообразные коры выветривания, содержащие глины, бокситы, соли, гипсы... А что на Венере?
В качестве исходных данных в ЭВМ были введены результаты определения состава венерианской атмосферы, полученные космическими средствами, и модели состава земных горных пород. Введенные туда же'законы химического взаимодействия минералов поверхности планеты с горячими газами атмосферы должны были- помочь получить прогноз породного состава. Итак, модель поведения химических элементов на поверхности планеты Венера выбрана, исходные данные введены. Теперь - за дело!
Машина успешно справляется с заданием, и мы получаем портрет венерианской коры выветривания. Нет, сенсации не будет. В венерианских условиях благополучно существуют в основном те же минералы, что и в земных гранитах и базальтах,- кварц, полевые шпаты, пироксены. Тем не менее ответ машины достаточно интригующий. Оказалось, что венерианские породы обнаруживают "особые приметы"; есть минералы, содержащие серу. Может быть, именно круговорот серы определяет метеоусловия на Венере без зимы и "ета, без дождя и снега?
Облачный покров Венеры толщиной ^ 25 километров почти наверняка состоит из капель серной кислоты. Газы, содержащие серу,- важная примесь в
углекислой атмосфере планеты, сера в существенных количествах содержится в поверхностных породах... Что это - звенья единого цикла круговорота веществ или случайность? Пока на этот вопрос нет однозначного ответа.
Здесь можно провести аналогию с проблемой возникновения аэрозолей серной кислоты в земной стратосфере (следствие загрязнения отходами химической промышленности), вспомнить сернокислотные дожди в Северной Америке и Европе и убедиться лишний раз в необходимости космических исследований для познания Земли.
Сухость венерианской атмосферы вызывает много дискуссий, многочисленные результаты анализов состава венерианского "воздуха" разноречивы, однако полеты автоматических станций "Венера-13" и "Венера-14" поставили точку: вблизи поверхности атмосфера содержит не более 0,002 процента водяного пара. Итак, отнята последняя возможность обнаружить венерианский "океан" - вода изгнана даже из кристаллических структур минералов. На поверхности Венеры не сохраняется не только капля, но и молекула воды в таком, казалось бы, надежном скафандре, как кристаллическая решетка.
Горячая атмосфера Венеры, вступая в контакт с породами поверхности, может приводить к изменению их химического состава; по сути дела, там происходит химическое выветривание. Главный недостаток теоретической модели - нельзя учесть время и полноту протекания химического процесса. А это означает, что мощность "коры выветривания" мы оценить не можем: будет ли это миллиметровая корочка или многокилометровая толща измененных пород - неизвестно.
Март 1982 года открыл новую страницу в изучении планеты: впервые удалось определить химический состав венерианских пород в местах посадки спускаемых аппаратов "Венера-13" и "Венера-14".
28
БУРЕНИЕ В РАСКАЛЕННОЙ ПУСТЫНЕ
Эксперимент по отбору и анализу венерианского грунта просто фантастичен. Инженеры, создававшие грунтозаборное устройство, шутили: задача сформулирована, как в сказке,- пойди туда, не знаю куда, принеси то, не знаю что! Увы, горькая доля истины в этой шутке была она связана с относительной "слепотой" посадки на планету. Надо было сконструировать такой бурильный агрегат, который мог бы работать как на скальном, так и на рыхлом грунте, в любом положении (аппарат может сесть с большим креном), при температуре "вишневого каления" обычной стали. Да к тому же бурение надо вести без смазки и без охлаждения!
И вот задача блестяще решена, причем стоатмосферное давление на поверхности Венеры превратили в союзника: проба грунта засасывалась внутрь приемной камеры по принципу пылесоса, затем от высокого давления избавлялись с помощью оригинальной системы шлюзов, в результате укрощенный грунт приходил к конечному пункту "конвейера" почти вакуумированным,
Анализ грунта проводило сложнейшее устройство, разработанное в Институте геохимии и аналитической химии имени В. И. Вернадского АН СССР под руководством профессора Ю. Суркова, имевшее на вооружении источники радиоизотопов (железо-55 и плутоний-238). Поток альфа-частиц и жесткого рентгеновского излучения возбуждает в атомах облучаемой пробы флюоресцентное рентгеновское излучение, относительная интенсивность которого позволяет судить о концентрации того или иного химического элемента. Прибор принимал команды с бортового программно-временного устройства, а накопленная информация периодически отправлялась по телеметрической системе на Землю. Спускаемый аппарат "Венера-13"
жил и работал два часа и семь минут, а "Венера-14" - без семи минут час. Из этого времени четыре минуты ушло на бурение и шлюзование пробы грунта, а все остальное время на Землю переда* вались данные о химическом составе венерианских пород: 38 спектров - с "Венеры-13" и 20 спектров - с "Венеры-1 4". Рентгенорадиометрический анализ дал уникальные цифры содержания девяти главных породообразующих элементов.
ПОРОДЫ ВЕНЕРЫ БЕЗ ВУАЛИ? ;
Попробуем разобраться, какие проблемы минералогии и петрологии Венеры удалось решить после космического рейса "Венеры-13" и "Венеры-14", а какие остались нерешенными или даже возникли вновь.
Во-первых, теперь мы знаем, что наиболее распространенный тип венерианских пород - это базальты. Находки "подозревавшихся" гранитов следует отложить до тех времен, когда мы, может быть, узнаем, из какого материала построены высокогорные континенты на Венере.
Во-вторых, базальты Венеры имеют разный состав в разных геологических провинциях. Низменности (более молодые породы?) заполнены продуктами вулканических излияний практически того же состава, что рождает океаническая кора Земли. Более возвышенные регионы, названные холмистыми равнинами, представляют собой, вероятно, наиболее древние геологические области, если судить по интенсивным следам метеоритных бомбардировок. Там тоже базальты, но сильно обогащенные калием и магнием. На Земле породы такого типа появились довольно поздно - не ранее 2,6 миллиарда лет назад, и носят несомненные признаки глубинного происхождения.
В-третьих, базальты Венеры содержат в несколько раз больше серы по сравнению со своими земными аналогами.
Определение химического состава венерианских пород подтвердило теоретический прогноз о концентрации серы, а вот вопрос о том, есть ли на Венере связанная вода, остался нерешенным из-за ограниченных возможностей самой методики. Неизвестны и формы нахождения серы в минералах. Но здесь необходимо особое отступление.
Дело в том, что различия температуры и атмосферного давления на низменностях и в высокогорных областях Венеры достаточно велики, а это значит, что и минеральная пыль в горах и на равнинах - разная. Поэтому теоретически в высокогорье должны существовать более устойчивые сульфиды (пирит), а на высоте до двух километровсульфаты (ангидрит). Если это так, то на Венере действует оригинальный циклический механизм химического выветривания, немыслимый на других планетах.
Уже после полета "Венеры-13" и "Венеры-14" американские ученые сообщили: по радиофизическим измерениям электропроводности грунта Венеры со спутника "Пионер - Венера" получается, что высокогорные венерианские "материки" покрыты чехлом отложений с аномально высокой электропроводностью. Похоже, что такими свойствами обладает только сульфид железа - пирит. Такая неожиданная поддержка нашей гипотезы заставляет с еще большим вниманием относиться к проблеме химического и минерального состава пород Венеры.
Что же теперь сказать о нашем прогнозе состава пород Венеры, сделанном пять лет назад с помощью ЭВМ? Оправдался ли он? По-видимому, основную свою роль он сыграл: было правильно показано возможное направление изменений, которые претерпевают пороДЬ1, в особенности образование минералов, содержащих серу.
Мы здесь коснулись лишь итогов эксперимента по определению химического состава пород Венеры. Даже один этот пример показывает плодотворность использования
ского моделирования и прямого эксперимента в такой своеобразной науке, как сравнительная планетология.
Уникальные анализы венерианского грунта в местах посадки космических аппаратов подтверждают одну из общих закономерностей геологической истории планет земной группы. Базальтовый вулканизм - непременное звено длительного процесса формирования коры планет. Сходство состава земных и венерианских базальтов (кремний, алюминий, железо и т. п.) указывает на общие черты развития всех планетных тел Солнечной системы. Различия в начальных условиях рождения планет запечатлены скорее всего в судьбе водяного пара и таких летучих элементов, как углерод и сера. Эти разные судьбы предопределили разные лики детей Солнца-планет земной группы.
КАРТА ВЕНЕРЫ
Поверхность нашей небесной соседки скрыта от глаз наблюдателей многокилометровой толщей облаков. Но тем не менее ученые надеются в скором времени составить подробную карту загадочной планеты. Для этого они предлагают вывести на орбиту вокруг Венеры серию космических аппаратов, которые виток за витком будут поочередно зондировать ее поверхность с помощью радиолокаторов, а затем передавать на Землю последовательные изображения. Спутники, расположенные в непосредственной близости от планеты, помогут раскрыть многие ее тайны, так как появится возможность различить детали рельефа с точностью до полукилометра.
30
НАД ОБЛАКАМИ ВЕНЕРЫ
В октябре 1983 года Венера обзавелась новыми искусственными спутниками. Советские автоматические станции "Венера-15" и "Венера-16" ведут радиолокационную съемку сквозь сплошной облачный слой, передавая на экраны Центра дальней космической связи интереснейшие виды ландшафта Утренней звезды.
Наряду с этими съемками искусственные спутники Венеры проводят и другие интересные эксперименты. Среди них, например, программа измерений надоблачной атмосферы Венеры, подготовленная совместно учеными СССР и ГДР. В этом эксперименте прибор регистрирует спектр теплового (инфракрасного) излучения атмосферы и облаков, а по спектру определяются их температура, строение и химический состав. Уже через несколько дней после выхода на орбиты межпланетные станции передали на Землю более 70 инфракрасных спектров. Немало измерений было сделано и в последующие месяцы. Сейчас полученные данные анализируются и подводятся первые, пока еще предварительные итоги.
Что же выяснилось? Удалось уточнить состав верхней части облачного слоя и характер изменения температуры над ним, впервые определить содержание водяного пара на высотах, которые прежде оставались вне наблюдений. Измерения количества водяного пара в атмосфере Венеры особенно важны. Дело в том, что при большом сходстве этой планеты с Землей наша небесная соседка почти полностью лишена воды. Обнаружились и некоторые
данности. Например, оказалось, что у полюса верхняя граница облачного слоя располагается ниже, чем в средних широтах. По-видимому, это обусловлено мощным глобальным циклоном, связанным с необычно быстрым вращением атмосферы планеты. Этот результат привлек пристальное внимание исследователей, поскольку помогает лучше понять движение атмосфер на других планетах, в том числе и циркуляцию земной атмосферы, а значит, и закономерности развития климатических условий на нашей планете.
ТАЙНА МАРСИАНСКИХ РЕК
Ландшафт вроде бы самый обычный - изрезанные шрамами оврагов поля, сфотографированные с высоты птичьего полета. Однако ученых он поставил в тупик - дело в том, что это вовсе не земная поверхность, а марсианская. И скромные на вид овраги в действительности - высохшие русла гигантских рек, а фотографировала их автоматическая межпланетная станция.