Венера имеет почти земные массу, размер и плотность. Как ближайшая к нам планета, она столетиями считалась сестрой Земли. Какова же в действительности планета-сестра? Может ли на ней царить благодатное вечное лето, чуть более теплое, чем на Земле, ведь она немного ближе к Солнцу? Есть ли там ударные кратеры, или все они уничтожены эрозией? Существуют ли вулканы? Горы? Океаны? Жизнь?
Первым, кто взглянул на Венеру в телескоп, стал Галилей в 1609 году. Он увидел диск, на котором не было абсолютно никаких деталей. Галилей обнаружил, что Венера меняет фазы подобно Луне – от тонкого серпа до полного диска, – и причина этих изменений та же: иногда мы видим в основном ночную сторону Венеры, а иногда большей частью дневную. Это открытие, между прочим, подкрепляло теорию о том, что Земля движется вокруг Солнца, а не наоборот.
Размеры телескопов росли, разрешение (способность различать тонкие детали) увеличивалось, их систематически направляли на Венеру. Однако они показывали не больше, чем смог увидеть Галилей. Венера была окутана толстым слоем непрозрачных облаков. Когда мы смотрим на планету, сияющую в утреннем или вечернем небе, мы видим солнечный свет, отраженный облаками Венеры. Но в течение столетий после их открытия химический состав облаков оставался совершенно неизвестным.
Невозможность что-либо разглядеть на Венере привела некоторых ученых к странному выводу, что ее поверхность представляет собой болото, какое было на Земле в каменноугольный период. Аргументация – если это можно так назвать – была примерно такова:
– Я ничего не могу увидеть на Венере.
– Почему?
– Потому что она полностью скрыта облаками.
– Из чего состоят эти облака?
– Из воды, конечно.
– А почему облака на Венере толще, чем на Земле?
– Потому что там больше воды.
– Но если больше воды в облаках, то и на поверхности ее должно быть больше. Что может представлять собой такая влажная поверхность?
– Болото.
А раз есть болота, то почему на Венере не быть цикадам, стрекозам и, возможно, даже динозаврам? Наблюдения: на Венере абсолютно ничего не видно. Вывод: на ней должна быть развитая жизнь. Безликие облака Венеры отражали лишь наши надежды и ожидания. Мы живые, и мы заключаем, что жизнь должна быть повсеместно. Но только тщательный сбор и анализ доказательств ответит на вопрос, обитаем ли данный мир. Венера решила не делать уступок нашим предубеждениям.
Первый реальный ключ к разгадке венерианской природы дали эксперименты со стеклянной призмой и дифракционной решеткой – плоской поверхностью, на которую через равные интервалы нанесены тонкие параллельные линии. Когда интенсивный поток обычного белого света проходит сквозь узкую щель и затем через призму или решетку, он разделяется по цветам радуги, образуя спектр. Спектр охватывает цвета – фиолетовый, синий, зеленый, желтый, оранжевый, красный – в направлении от высокой частоты к низкой. Он называется спектром видимого света, поскольку все эти цвета доступны нашему зрению.
дисперсия
дифракционная решетка
Но свет – это нечто большее, нежели тот маленький участок спектра, который мы воспринимаем.
В высоких частотах, за пределами фиолетового цвета, лежит область ультрафиолетового излучения. Это совершенно реальный свет, несущий смерть микробам. Он невидим для нас, но его легко улавливают шмели и фотоэлементы. За ультрафиолетом находится рентгеновская область спектра, а еще дальше – гамма-излучение. В области низких частот, за красным цветом, располагается инфракрасный участок спектра. Он был впервые обнаружен, когда в темную для нашего глаза область спектра за красным краем поместили чувствительный тепловой датчик. Температура возросла. Значит, свет все-таки попал на термометр, хотя и был невидим для наших глаз. Гремучие змеи и полупроводники со специальными примесями прекрасно чувствуют инфракрасное излучение. За инфракрасным светом идет огромный спектральный диапазон радиоволн.
Все это – от гамма-излучения до радиоволн – разные, но одинаково важные виды света. Все они используются в астрономии. Но из-за ограниченных способностей нашего зрения мы отдаем предпочтение крошечному радужному диапазону, который зовем спектром видимого света.
Спектр электромагнитного излучения от самых коротких (гаммаизлучение) до самых длинных волн (радиодиапазон). Длину волны измеряют в нанометрах (нм), микрометрах (микронах, мкм), сантиметрах (см) и метрах (м).
В 1844 году философ Огюст Конт подыскивал пример такого знания, которое навсегда останется скрытым от нас. Он остановился на химическом составе далеких звезд и планет. Нам никогда не посетить их, полагал он, и, не имея на руках образцов вещества, мы будем навсегда лишены возможности узнать его состав. Но всего через три года после смерти Конта выяснилось, что спектр можно использовать для определения химического состава удаленных объектов. Молекулы и химические элементы поглощают свет различных частот (или цветов) – иногда в видимой части спектра, иногда в других его областях. В спектре планетной атмосферы одиночная темная линия соответствует узкому промежутку, в котором свет отсутствует из-за того, что солнечное излучение, проходя сквозь воздух другого мира, избирательно поглощается им. Каждая такая линия порождается определенным видом молекул или атомов. Каждое вещество оставляет свой характерный спектральный «автограф».
Линейчатый (атомный) спектр
Состав газовой оболочки Венеры можно определить с Земли, с расстояния 60 миллионов километров. Мы можем узнать химический состав Солнца (где впервые был обнаружен гелий, названный по имени греческого бога солнца Гелиоса), богатых европием магнитных звезд типа A, далеких галактик, исследуемых по совокупному свету миллиардов звезд. Астрономическая спектроскопия – это почти магическая техника. Она продолжает удивлять меня. Огюст Конт выбрал на редкость неудачный пример.
Если бы Венера и впрямь сочилась влагой, в ее спектре должны были бы без труда обнаружиться линии водяного пара. Однако спектроскопические исследования, предпринятые около 1920 года в обсерватории Маунт-Вилсон, не выявили ни следа, ни даже намека на присутствие водяного пара над облаками Венеры, что заставляет предположить существование иссушенной пустынной тверди, укутанной облаками тончайшей силикатной пыли. Дальнейшие изыскания обнаружили в атмосфере огромное количество углекислоты, наведя некоторых ученых на мысль, что вся вода на планете связана углеводородами, отчего и образовалась углекислота, а значит, поверхность Венеры представляет собой огромное нефтяное поле, море нефти, покрывающее всю планету.
Другие заключили, что водяного пара над облаками нет потому, что облака эти очень холодные и вся вода конденсируется в мельчайшие капли, которым свойствен иной набор спектральных линий, чем водяному пару. Они высказали предположение, что планета полностью залита водой – за исключением, возможно, случайных островов, покрытых слоем известняка, подобно скалам Дувра. Но из-за огромного количества углекислоты в атмосфере море не может состоять из обычной воды; законы физической химии говорят, что она должна быть газированной. И получалось, что Венера – огромный океан сельтерской воды.
Первый намек на истинное положение дел удалось получить, не анализируя спектры в видимой и ближней инфракрасной области, а благодаря исследованиям в радиодиапазоне. Радиотелескоп работает скорее как экспонометр, а не как фотоаппарат. Вы направляете его на довольно обширный участок неба, и он регистрирует, сколько энергии приходит оттуда на Землю на определенной радиочастоте. Мы уже привыкли к радиосигналам, передаваемым некоторыми разновидностями разумной жизни, а именно теми, что строят теле– и радиостанции. Однако существует множество других причин, по которым естественные объекты могут испускать радиоволны. Одна из них – нагрев. И когда в 1956 году один из первых радиотелескопов был направлен в сторону Венеры, обнаружилось, что она испускает радиоволны, как будто нагрета до чрезвычайно высокой температуры.
Но окончательное подтверждение того, что поверхность Венеры невероятно горяча, пришло от советских космических аппаратов серии «Венера», которые впервые проникли сквозь облачный покров и опустились на загадочную и недоступную поверхность ближайшей планеты.
Космическая станция «Венера-3»
Художественное представление миссии "Венера-3"
Оказалось, что Венера страшно раскалена. Никаких болот, никаких нефтяных полей, никаких океанов газировки. При нехватке данных так легко допустить ошибку…
Когда я здороваюсь с приятельницей, я вижу ее благодаря отраженному свету Солнца или, например, лампы накаливания. Лучи света рассеиваются на ней и попадают в мой глаз. Однако древние, даже такие великие мыслители, как Евклид, считали, что мы видим посредством особых, испускаемых глазами лучей, которые как бы ощупывают наблюдаемые объекты, активно взаимодействуют с ними. Это естественное представление, и оно продолжает бытовать, хотя и не согласуется с невидимостью объектов в темной комнате. Сегодня мы соединяем лазер с фотоэлементом или радиопередатчик с радиотелескопом и таким образом можем при помощи света активно взаимодействовать с удаленными объектами. В радарной астрономии радиоволны испускаются находящимся на Земле радиотелескопом и отражаются обратно.
На многих длинах волн облака и атмосфера Венеры совершенно прозрачны для радиоизлучения. В тех местах, где поверхность изобилует неровностями, излучение поглощается или рассеивается в разные стороны. Такие участки выглядят для радиоволн темными. Слежение за перемещением деталей поверхности в ходе вращения Венеры позволило впервые надежно определить продолжительность суток на планете – время, в течение которого Венера совершает один оборот вокруг своей оси. Выяснилось, что на один оборот относительно звезд Венера затрачивает 243 земных дня, причем вращается она в направлении, обратном тому, в котором вращаются все планеты внутренней части Солнечной системы. В результате Солнце здесь встает на западе и садится на востоке, а между двумя восходами минует 118 земных суток. А еще в моменты максимального сближения с Землей Венера всегда поворачивается к нам почти в точности одной и той же стороной своей поверхности. Хотя к такому, синхронизированному с Землей режиму вращения Венеру привело тяготение нашей планеты, это произошло не вдруг. Да и не может возраст Венеры насчитывать каких-то несколько тысяч лет, он должен быть таким же, как и у всех остальных объектов во внутренней части Солнечной системы.
Гигантский советский радиотелескоп
Центр дальней космической связи АН СССР.
Радиотелескоп АДУ-1000
Радарные изображения Венеры были получены как наземными радиотелескопами, так и с космического аппарата «Пионер-Венера», находившегося на орбите вокруг планеты. На них отчетливо видны признаки ударных кратеров. Кратеров – не слишком больших и не слишком мелких – на Венере как раз столько, сколько насчитывается на лунных возвышенностях, – еще одно подтверждение того, что планета очень стара. Но венерианские кратеры совсем неглубокие, как будто под влиянием высокой температуры скалы на протяжении длительных периодов времени растекаются, подобно маслу или пластилину, постепенно сглаживая рельеф. Здесь есть огромные плоскогорья, вдвое выше Тибетского плато, громадные рифтовые долины, возможно, гигантские вулканы и горы, сравнимые по высоте с Эверестом. Теперь мы можем видеть этот мир, прежде полностью скрытый от нас облаками, – его детали сначала исследованы радаром, а затем космическими аппаратами.
Температура на поверхности Венеры, согласно радиоастрономическим наблюдениям, подтвержденным прямыми измерениями с космических аппаратов, составляет около 480 °C – больше, чем в самой горячей кухонной печи. Атмосферное давление на поверхности достигает 90 атмосфер, то есть в 90 раз превосходит земное и соответствует давлению воды на глубине 1 километр. Чтобы достаточно долго продержаться на Венере, космический аппарат должен быть устроен по образцу глубоководного батискафа и при этом еще хорошо охлаждаться.
Более десятка космических аппаратов Советского Союза и Соединенных Штатов вошли в плотную атмосферу Венеры и проникли сквозь облака; некоторые из них смогли просуществовать на поверхности около часа. Два советских аппарата «Венера» передали оттуда изображения.
Первые советские фотографии с поверхности другой планеты
Давайте пройдем по следам пионерских миссий и посетим иной мир.
В обычном видимом свете можно наблюдать бледно-желтые облака Венеры, но, как впервые отметил Галилей, в них практически не на чем задержаться взгляду. Однако камера, работающая в ультрафиолетовом диапазоне, позволяет рассмотреть в верхних слоях атмосферы изящную, сложную систему вихревых ветров, дующих со скоростью около 100 метров в секунду. На 96 процентов атмосфера Венеры состоит из углекислоты. Имеются незначительные следы азота, водяного пара, аргона, угарного и других газов, но содержание углеводородов и углеводов не превышает 0,1 части на миллион. Облака Венеры, как выяснилось, представляют собой в основном концентрированный раствор серной кислоты. Присутствуют также небольшие количества соляной и плавиковой кислот. Даже верхние, холодные облака Венеры оказались совершенно отвратительным местом.
Над видимым облачным слоем, на высоте около 70 километров от поверхности, всегда висит дымка из мельчайших частиц. На уровне 60 километров мы ныряем в облака, чтобы очутиться в окружении капелек концентрированной серной кислоты. По мере погружения они становятся крупнее. В нижних слоях атмосферы имеются следы едкого газа – диоксида серы (SO2 ). Поднимаясь выше облаков, он испытывает на себе разлагающее действие ультрафиолетового излучения Солнца и вступает в реакцию с водой, образуя серную кислоту, которая конденсируется в мельчайшие капли, оседает и на небольших высотах благодаря нагреванию вновь распадается на SO2 и воду, завершая круговорот. По всей Венере постоянно идут сернокислые дожди, но ни одна капля никогда не достигает поверхности планеты.
Желтый серный туман продолжается до высоты 45 километров над поверхностью, достигнув которой, мы оказываемся в плотной, но кристально прозрачной среде. Однако атмосферное давление настолько велико, что разглядеть поверхность невозможно. Солнечный свет, рассеиваемый молекулами атмосферы, полностью скрывает ее из виду. Здесь нет пыли, нет облаков, просто газовая оболочка планеты становится осязаемо плотной. Сквозь лежащие выше облака проникает довольно много солнечного света, не меньше, чем на Земле в пасмурный день.
Обжигающая жара, разрушительное давление, ядовитые газы и жуткий красноватый свет делают Венеру больше похожей не на богиню любви, а на воплощение преисподней. Насколько мы можем судить, в некоторых местах поверхность покрыта беспорядочно разбросанными, немного размягченными каменными обломками – враждебный, пустынный ландшафт, который изредка разнообразят разъеденные останки брошенных космических кораблей с далекой планеты, совершенно неразличимые сквозь толстую, облачную, ядовитую атмосферу.
Венера дает нам пример всепланетной катастрофы. Теперь уже понятно, что высокая температура поверхности является следствием мощного парникового эффекта. Солнечный свет проходит сквозь атмосферу и облака Венеры, которые полупрозрачны для видимого света, и достигает поверхности. Нагретая поверхность пытается посредством излучения отдать теплоту космосу. Поскольку Венера намного холоднее Солнца, она испускает излучение преимущественно в инфракрасном, а не в видимом диапазоне спектра. Однако углекислый газ и водяной пар в атмосфере Венеры почти идеально поглощают инфракрасное излучение, солнечное тепло оказывается в ловушке, и температура поверхности растет – пока та небольшая доля теплового излучения, которой удается просочиться сквозь мощную атмосферу, не уравновесит солнечный свет, поглощаемый нижними слоями атмосферы и поверхностью.
Соседний мир явился нам угнетающе неприглядным. Но мы вновь вернемся на Венеру. Она все же по-своему притягательна. В конце концов, герои греческих и скандинавских мифов не чурались визитов в преисподнюю. Нам многое предстоит узнать о нашей планете, которая по сравнению с этой геенной огненной может считаться раем.
Египетский сфинкс, получеловек-полулев, был сооружен более 5500 лет назад. Его лик когда-то был четким, теперь же черты сглажены ветром, который тысячелетиями несет песок из пустыни, и редкими дождями.
В Нью-Йорке есть привезенный из Египта обелиск под названием «игла Клеопатры». Всего за сто лет пребывания в Центральном парке надписи на нем почти исчезли из-за смога и промышленных выбросов – из-за химической эрозии, подобной той, что действует в атмосфере Венеры.
На Земле эрозия мало-помалу стирает информацию, но поскольку она действует постепенно – капля за каплей, песчинка за песчинкой, – этот процесс трудно заметить. Крупные образования, такие как горные массивы, сохраняются десятки миллионов лет; меньшие по размерам ударные кратеры – сотни тысяч, а крупные искусственные сооружения – только несколько тысяч. Вдобавок к медленной и равномерной эрозии разрушению способствуют катастрофы большего или меньшего масштаба. У сфинкса нет носа. Какие-то вандалы отбили его снарядом (одни говорят, это были турки-мамелюки, другие – наполеоновские солдаты).
На Венере, на Земле и везде в Солнечной системе есть следы катастрофических разрушений, полустертые или скрытые медленными, более равномерными процессами: на Земле, например, атмосферные осадки, собираясь в ручьи и реки, создают громадные аллювиальные бассейны; на Марсе есть русла древних рек, возможно, выходящих из-под поверхности; на Ио, спутнике Юпитера, существует что-то вроде широких каналов, проложенных потоками жидкой серы.
На Земле, в верхних слоях венерианской атмосферы, на Юпитере развиваются мощные атмосферные процессы. Песчаные бури бушуют и на Земле, и на Марсе; молнии бывают на Юпитере, на Венере и на нашей планете. Вулканы выбрасывают вещество в атмосферу на Земле и на Ио. Внутренние геологические процессы медленно деформируют поверхности Венеры, Марса, Ганимеда, Европы (последние два – спутники Юпитера. – Ред.) и, конечно, Земли. Ледники, известные своей неспешностью, производят масштабные преобразования ландшафтов на Земле и, возможно, на Марсе. Эти процессы не обязательно протекают равномерно во времени. Когда-то большая часть европейского континента скрывалась подо льдом. Несколько миллионов лет назад то место, где сейчас находится город Чикаго, было погребено под трехкилометровой толщей льда. На Марсе и повсюду в Солнечной системе мы находим образования, которые не могут возникнуть в наши дни, элементы рельефа, сформировавшиеся сотни миллионов, миллиарды лет назад, когда климат на планетах, вероятно, был совершенно иным.
Существует еще один фактор, способный менять ландшафты и климат Земли, – это разумная жизнь, которой под силу существенно преображать окружающую среду. Как и на Венере, на нашей планете работает парниковый эффект, создаваемый углекислым газом и водяным паром. Если бы не он, глобальная температура опустилась бы ниже точки замерзания воды. Благодаря ему океаны остаются жидкими и на Земле возможна жизнь. Небольшой парниковый эффект – хорошая штука.
Углекислоты на Земле практически столько же, сколько на Венере, – ее хватило бы для создания давления 90 атмосфер; но эта углекислота связана в земной коре в форме известняка и других карбонатов, а не находится в атмосфере. Если Земля переместится немного ближе к Солнцу, температура слегка вырастет. Это вызовет выделение части CO2 из близких к поверхности пород и усилит парниковый эффект, обусловив дальнейший нагрев поверхности. Карбонаты на горячей поверхности будут выделять все больше CO2, и не исключено, что парниковый эффект пойдет вразнос. Именно это, по-видимому, и произошло в ранний период истории Венеры из-за ее близости к Солнцу. Венера являет собой предупреждение о катастрофе, которая может случиться с планетой, довольно похожей на нашу.
Основными источниками энергии для современной индустриальной цивилизации служат так называемые ископаемые топлива. Мы сжигаем дерево и нефть, уголь и природный газ и при этом выбрасываем в воздух продукты сгорания, преимущественно CO2. В результате содержание углекислоты в земной атмосфере значительно увеличивается. Нам следует быть осторожными, чтобы не допустить неуправляемого парникового эффекта. Глобальный подъем температуры всего на один-два градуса может иметь катастрофические последствия. Сжигая уголь, нефть, бензин, мы также выбрасываем в атмосферу серную кислоту. И у нас уже сейчас, как и на Венере, в стратосферных слоях витает легкая дымка из капелек серной кислоты. Крупнейшие наши города загрязнены ядовитыми молекулами. Мы не понимаем, к каким долгосрочным последствиям приведет нынешний образ действий.
Между тем нам уже доводилось изменять климат в противоположном направлении. Тысячи лет подряд люди выжигали и вырубали леса, а выпас домашних животных разрушал луга. Подсечно-огневое земледелие, промышленное уничтожение тропических лесов, вытаптывание пастбищ и сегодня идут полным ходом. Но леса темнее лугов, а луга темнее пустынь. Как следствие, количество солнечного света, поглощаемого поверхностью, уменьшается, так что, изменяя характер землепользования, мы меняем поверхностную температуру нашей планеты. Может ли это похолодание увеличить размер ледяной полярной шапки, которая, будучи очень светлой, станет отражать еще больше солнечного излучения и тем самым вызовет дальнейшее охлаждение Земли, пустив вразнос эффект альбедо?
Замечательная планета Земля – это единственный наш дом. Венера слишком горячая. Марс слишком холодный. А Земля в буквальном смысле рай для людей. В конце концов, именно здесь нас породила эволюция. Но благоприятный нам климат может оказаться неустойчивым. Мы ввергаем нашу бедную планету в серьезные испытания. Существует ли опасность превратить земную окружающую среду в венерианское пекло или ледяной ад Марса? Ответ простой: никто этого не знает. Мы только только приступили к глобальным климатическим исследованиям и сравнению Земли с другими мирами. Изыскания эти финансируются скудно и с неохотой. В своем неведении мы продолжаем изменять и загрязнять атмосферу, делать поверхность Земли более светлой, забывая о том, что долгосрочные последствия по большому счету неизвестны.
Несколько миллионов лет назад, когда появились первые человеческие существа, Земля уже была зрелым миром, прожившим 4,6 миллиарда лет со времени своей богатой катастрофами юности. Но именно мы, люди, стали теперь новым и, возможно, решающим фактором. Наша цивилизация и наша технология дали нам силу для воздействия на климат. Как мы воспользуемся этой силой? Станем ли мы мириться с невежеством и самодовольством в делах, от которых зависит все человечество? Предпочтем ли мы сиюминутные выгоды благополучию Земли? Или мы научимся мыслить в бо́льших масштабах времени и ради наших детей и внуков поймем и защитим сложную систему жизнеобеспечения нашей планеты? Земля – это крошечный и хрупкий мир. Он нуждается в заботе.
Читать полностью
Карл Саган Космос
|
