1. Температура верхних слоев атмосферы
На Земле существуют вполне комфортные условия, в то время как на Венере очень высокая температура и высокое давление на поверхности. Именно поэтому исследованиям Венеры уделялось огромное внимание как в советской космической программе, так и в программе Соединенных Штатов. С 2006 года около Венеры вращается космический аппарат, созданный Европейским космическим агентством, который детально исследует атмосферу планеты и ее плазменное окружение.
Температурная структура атмосферы Венеры во многом похожа на ту, что мы видим на других планетах, в частности на Земле. Верхняя атмосфера (выше 100 километров) называется «термосфера». Процессы молекулярной диффузии и радиационного обмена на этих высотах приводят к установлению профиля температуры, который растет с увеличением высоты. Примечательно то, что в дневные и ночные часы температура достигает достаточно низких значений — всего около 200 градусов Кельвина, поэтому данная часть атмосферы была названа криосферой. На Земле на этих высотах температура порядка тысячи градусов Кельвина. Основной причиной является то, что атмосфера Венеры состоит из двуокиси углерода, который является очень активным радиационно-охлаждающим агентом, способствующим понижению температуры.
2. Облачный слой Венеры
Ниже 100 км находится мезосфера, или средняя атмосфера, в основании которой начинается облачный слой Венеры. Здесь температура практически постоянна, как в мезосфере и стратосфере Земли. Ниже тропопаузы, которая находится у верхней границы облаков, расположена тропосфера, где температура регулируется в основном конвективными процессами. Из-за того, что атмосфера Венеры очень глубокая, температура у поверхности возрастает до 475 градусов Цельсия благодаря действию мощного парникового эффекта. Облачный слой состоит из частичек серной кислоты, и это тоже одно из отличий от земных облаков, которые состоят из воды. Серная кислота образуется в так называемой фотохимической «лаборатории» у верхней границы облаков из двуокиси серы, кислорода и воды под воздействием ультрафиолетового излучения Солнца.
Основным компонентом атмосферы является двуокись углерода, и давление у поверхности достигает практически 90 атмосфер. На Земле такие условия достигаются в океане на глубине около одного километра. Из-за такой плотной двуокиси углерода появляется сильный парниковый эффект. Вторым компонентом атмосферы является азот. В атмосфере также присутствует небольшое количество водяного пара, двуокиси серы и окиси углерода, которые играют важную роль в химических процессах. Среднее количество воды на Земле — это почти трехкилометровый слой океанов, в то время как если собрать всю воду на поверхности Венеры, то получится «океан» глубиной всего три сантиметра.
3. Динамика атмосферы Венеры
Следующая интересная особенность Венеры — это динамика ее атмосферы. Она очень интересная и экзотическая, вся атмосфера вращается с огромной скоростью вокруг планеты. У верхней границы облаков скорость ветра достигает 120–150 метров в секунду. На полюсах Венеры существуют огромные вихри, очень похожие на наши земные циклоны, но гораздо больших размеров. Эта структура циркуляции связана с температурными полями в мезосфере Венеры, но до сих пор не совсем понятно, какие механизмы ее поддерживают.
Венера, как и все планеты, теряет свою газовую оболочку. Особенность Венеры состоит в том, что эта планета не имеет собственного магнитного поля, и поэтому солнечная плазма или солнечный ветер напрямую взаимодействуют с ионосферой планеты, что приводит к потере газов. Все эти процессы проистекают не в джинсовском режиме, когда горячие или энергичные молекулы улетают просто из-за того, что они более энергичны и у них большие скорости, а в режиме плазменных взаимодействий. Такие ионы и атомы, как водород, кислород и гелий, покидают атмосферу в достаточно большом количестве — примерно 1025 молекул в секунду.
При сравнении потерь газов земной атмосферой и венерианской был обнаружен очень интересный факт. Известно, что Земля обладает сильным магнитным полем, и раньше считалось, что это магнитное поле как бы предохраняет планету от потери газов. Измерения на космических аппаратах показали, что Земля теряет на порядок больше вещества, нежели незащищенная Венера. Это сравнение дало повод задуматься, все ли знаем о том, как функционирует взаимодействие планет с солнечным ветром.
4. Парниковый эффект
Парниковый эффект — это «визитная карточка» Венеры. Он определяется как разница температуры на поверхности планеты с атмосферой и той температуры, которую имела бы эта планета, не имея атмосферы. То есть это влияние газов, аэрозолей, облаков, которые находятся в атмосфере. На Венере этот парниковый эффект составляет около 500 градусов. Это огромная величина, и она создается за счет того, что атмосфера очень плотная и двуокись углерода имеет огромное количество очень сильных полос поглощения в инфракрасной области, которые препятствуют охлаждению планеты через излучение инфракрасного диапазона спектра. Именно поэтому поверхность планеты разогревается практически до «красного каления».
На Земле парниковый эффект тоже работает. Он составляет всего около 30–40 градусов. Сейчас мы очень заботимся о том, чтобы не увеличивать количество газов в нашей атмосфере из-за боязни глобального потепления, но в то же время надо понимать, что именно эти 30–40 градусов создают нам комфортные условия для жизни. Если бы мы убрали парниковый эффект, то всюду, включая, например, Африку, был бы арктический климат, все бы замерзло.
5. Перспективы исследования атмосферы Венеры
Несмотря на то, что мы имеем огромное количество информации о Венере, которая была получена усилиями всего мирового сообщества, многих экспедиций космических аппаратов (больше 25), мы все же не можем сказать, что до конца понимаем нашу соседку. Очень многие процессы как в динамике атмосферы, так в химии и геологии планеты по-прежнему остаются для нас загадкой. Думая о будущем, мы готовим новые проекты, новые идеи о том, какими могут быть космические аппараты, посланные к этой планете, включая посадочные зонды и баллоны. Они могли бы дать исключительно интересные и полезные данные о глубинных слоях, то, чего не может дать большинство спутников, так как они летают на орбите, и им сложно заглянуть во все уголки подоблачной атмосферы. И поэтому, несмотря на огромное количество данных, мы все-таки ожидаем новых миссий, новых проектов и новых полетов к этой планете.
