http://history.nasa.gov/SP-423/sp423.htm
Глава VВЕНЕРА
Венера, которая в раннюю эпоху была почти двойником Земли, в своей дальнейшей эволюции пошла иным путем. Поэтому Венера, как никакая другая планета, позволяет увидеть, какой могла (или может) оказаться эволюция нашей планеты под влиянием еще не до конца понятых внешних или внутренних причин.
Венера — вторая от Солнца планета. Она занимает особое положение среди других планет земной группы. Еще недавно ее называли двойником Земли. Сходство между Венерой и Землей в размере и массе (а значит и в средней плотности и силе тяжести) позволяет предположить, что и внутреннее строение двух планет схоже. Однако чем дальше продвигалось изучение Венеры, тем меньше оставалось у нее черт «двойника» Земли.
Венера — ближайшая к Земле планета, в максимальном сближении ее отделяет от Земли только 40 млн. км. Свет проходит это расстояние за 2 мин. 12 с. Но в этот период мы видим только ночную сторону планеты. Полностью ее дневную сторону мы видим при наибольшем удалении Венеры от Земли (260 млн. км).
Рис. Прохождение Венеры по диску Солнца.
В своем орбитальном движении она иногда оказывается на линии Солнце-Земля, и тогда ее можно видеть как маленькую черную точку, пересекающую солнечный диск. М.В. Ломоносов, наблюдая в 1761 г. такое «прохождение Венеры по Солнцу», обнаружил, что в момент видимого контакта с диском Солнца одного края планеты вокруг противоположного появился яркий ободок. «Сие ничто иное показывает как преломление лучей солнечных в Венериной атмосфере», — писал Ломоносов; он назвал эту атмосферу «знатной», но в действительности она оказалась значительно плотнее, чем тогда можно было предположить.
В телескоп Венера выглядит очень ярким неполным диском, который меняет фазы, подобно Луне. Изучая Венеру, астрономы постепенно поняли, что видят сплошной облачный покров планеты. В 1927 г. на ультрафиолетовых фотографиях облачного слоя планеты удалось различить характерное сочетание полос и пятен, которое, как выяснилось в дальнейшем, повторяется каждые 4 дня, смещаясь в сторону, противоположную направлению вращения Земли и других планет. В то же время, многие астрономы предполагали, что планета вращается синхронно, т.е. всегда обращена к Солнцу одной и той же стороной, а на другой стороне царит вечная ночь.
С 1961 г. в США и СССР были начаты радиолокационные исследования Венеры. Сначала слабый отраженный импульс позволял определять только расстояние до планеты. В 1970-х гг. по разностям сигналов, отраженных правой и левой сторонами диска был определен период вращения Венеры: 243,0185±0,0001сут. в направлении, не характерном для других планет — по ходу часовой стрелки, если смотреть с северного полюса эклиптики. Определить вращение помогли две яркие (в радиоотражении) области, которым временно присвоили названия «Альфа» и «Бета». Но, как это часто бывает, временные названия закрепились. Позже выяснилось, что Альфа и Бета — это гигантские геологические образования, по-видимому, вулканического происхождения. Из-за медленного вращения рассвет и закат на Венере длятся несколько земных суток. Смена времен года там отсутствует, поскольку наклон полярной оси не превышает 3°.
Сложение двух вращений — вокруг оси и вокруг Солнца, — происходящих в разных направлениях, приводит к тому, что солнечные сутки на Венере длятся 116,8 земных суток. Период повторения нижних соединений Венеры (ее максимальных сближений с Землей) составляет 584 земных суток; легко видеть, что за это время на планете проходит точно 5 солнечных суток. Поэтому в каждом нижнем соединении Венера обращена к Земле одной и той же стороной. Причина такой синхронизации не ясна, так как приливное взаимодействие между планетами очень слабое.
Медленное вращение Венеры и его резонанс с движением относительно Земли — нерешенные загадки. Вполне вероятно, что когда-то Венера вращалась столь же быстро, как и другие планеты. Если исходить из принципа изохронизма, утверждающего, что начальные периоды вращения всех планет были близки между собою и составляли 5—8 ч, то для затормаживания Венеры нужны были очень сильные воздействия. При этом должна была выделиться гигантская энергия, около 1030Дж. Не ясно, что стало причиной потери вращательного момента планеты: катастрофическое событие в ее прошлом или длительное воздействие слабых возмущений.
Как уже говорилось в разделе о Меркурии, существует гипотеза, что Венеру затормозил некогда существовавший у нее массивный естественный спутник, которым и был Меркурий. Рассмотрим эту гипотезу подробнее. У нашей Земли очень большая Луна. Часто даже говорят, что Земля и Луна — двойная планета. Еще одна двойная планета, Плутон-Харон, в 20 раз более тесная, чем Земля-Луна, находится на окраине Солнечной системы. Согласно гипотезе, двойной планетой была и Венера, у которой диаметр спутника составлял лишь немного меньше ее радиуса, а масса — до 7% массы планеты. Согласно предположению, под действием приливных сил Меркурий удалялся от Венеры (как Луна удаляется сейчас от Земли) и в конце концов потерял с ней связь. В результате Меркурий сохранил очень вытянутую орбиту. Собственно, предположения о роли спутника в торможении Венеры появились уже после определения ее периода вращения. Поначалу эта гипотеза служила для объяснения особенностей орбиты Меркурия.
В 1976 г. был поставлен математический эксперимент, в котором вычислялась эволюция орбиты Меркурия, помещенного вначале на орбиту спутника Венеры. Эксперимент не только не опроверг предположения о возможном убегании Меркурия, но показал, что оно неизбежно должно было произойти за очень короткое в космогонических масштабах время — менее 500 млн. лет. Благодаря приливному взаимодействию обеих планет одна часть энергии их вращения расходовалась на разогрев недр, другая — на увеличение орбиты спутника. Когда расстояние между ними достигло примерно 460 тыс. км., создались условия для убегания Меркурия через одну из лагранжевых точек системы Венера-Солнце, причем возможны были вторичные неустойчивые его захваты при последующих сближениях планет. Перед убеганием период орбиты Меркурия должен был составлять около 40 сут. Все это довольно близко к периоду обращения нашей Луны (27 сут.) и расстоянию до нее (385 тыс. км.).
В течение предшествовавших 500 млн. лет (или менее) приливы в теле Венеры из-за воздействия в 4,5 раза более массивного, чем наша Луна, спутника выделяли очень много тепловой энергии в коре и недрах Венеры. Должны были происходить сдвиги коры и быстрая дегазация недр Венеры, в результате чего должна была возникнуть горячая планета с плотной, горячей атмосферой, огромными горами и очень медленным вращением, что и наблюдается ныне.
Эта интересная гипотеза, но ее нельзя считать доказанной. Тем не менее, такая трактовка ранней истории Венеры и Меркурия объясняет целый ряд фактов, в частности резонансный, но не синхронный период обращения Меркурия вокруг Солнца (3/2 периода вращения), потерю момента вращения Венеры и Меркурия, отсутствие спутников у этих планет.
Как ни странно, старые наземные наблюдения пятен на Венере, из которых был выведен 4-суточный период вращения, оказались правильными: к такому выводу привели космические наблюдения. Только период этот относится к облачному слою, а не к твердой поверхности планеты.
Увидеть Венеру вблизи и заглянуть под ее облачный покров стало возможным с началом полетов к ней автоматических космических аппаратов. 18 октября 1967 г. зонд «Венера-4» при парашютном спуске в атмосфере впервые измерил ее параметры и состав. На высоте 23 км., когда давление достигло 18 атм., аппарат разрушился. Но сопоставление полученных «Венерой-4» данных о высоте и давлении с радиозатменными сведениями зонда «Маринер-5», который прошел вблизи Венеры через 1 сут., позволило рассчитать давление у поверхности планеты — около 100 бар. Последующие зонды были более прочными: например, корпус «Венеры-7» выдерживал 180 бар. Именно этот зонд впервые сел на поверхность и передал, что давление атмосферы там 93 атм., а ее температура 750 К (477°С). Несмотря на специальное жаропрочное покрытие, через 23 мин. работы на поверхности приборы вышли из строя. Зонд «Венера-8» имел такую же конструкцию, но проработал на поверхности вдвое дольше. Более поздние зонды «Венера» кроме спускаемого аппарата имели орбитальный отсек с научными приборами для долговременных исследований.