Добро
пожаловать на наш сайт!
ПОЗНАНИЕ
ПРОДОЛЖАЕТСЯ...
15.04.2019 20:11 дата обновления страницы
Мир небесных тел. ЗЕМЛЯ
Дата создания сайта:
08/12/2012
Дата создания
сайта: 08/12/2012 Дата обновления главной страницы:
15.04.2019 20:11
icq:
613603564
Космические станции радиоволны - о наших небесных соседях
4 октября 1957 г. советские ученые запустили первый в мире искусственный
спутник Земли. За ним последовали второй, третий... Сейчас уже запущены
сотни.
Но запуск орбитальных спутников был только началом освоения космоса.
Через 15 месяцев после первого спутника, в январе 1959 г., СССР
осуществил успешный запуск ракеты к Луне, еще через два года - к Венере,
а в конце 1962 г. - к Марсу. Исследуют космос и американские ученые.
Теперь Луна, Венера, Марс находятся под непрерывным "обстрелом" ракет с
Земли. Больше всего достается Луне - она же самое близкое к нам небесное
тело (до Луны 384 400 км), полеты к ней возможны практически в любое
время и всего за несколько суток. Другое дело Венера и Марс. Ведь они
движутся вокруг Солнца по своим орбитам, независимо от Земли, расстояние
до них постоянно меняется. Запуская ракеты, ученые должны учитывать
притяжение Солнца, под действием которого ракета полетит не по прямой, а
по эллипсу, как планеты или кометы. Этот эллипс (или, вернее, дуга
эллипса) рассчитывается обычно так, чтобы он касался земной орбиты и
орбиты планеты назначения. Перелет до Венеры по эллиптической траектории
занимает около 3,5 месяца, до Марса - 7,5 месяца.
С 1965 г. развернулось наступление космических станций-автоматов на
Луну. Перелеты советских станций "Луна-2" и "Луна-3" в конце 1959 г.
были своеобразной разведкой, которая показала, что Луна достижима. Луну
можно облететь, передать с нее показания приборов, наконец, возможна
съемка и передача изображений Луны из космоса.
Человечество впервые увидело обратную сторону Луны. А ведь когда-то
казалось, что это невозможно, потому что Луна обращена к Земле всегда
одной стороной.
Траектории и продолжительность межпланетных перелетов. (Срок
перелета на Меркурий - предполагаемый.)
Чем же
отличается обратная сторона Луны от видимой? Прежде всего тем, что на
ней гораздо меньше темных пятен - лунных "морей". Сейчас можно считать
доказанным, что "моря" - темные равнины, покрытые застывшей лавой. Может
быть, когда-то это и были настоящие моря, но не водяные, а лавовые.
Что явилось причиной таких грандиозных излияний лавы из недр Луны на
поверхность - внутренние (вулканические) процессы или падения на Луну
гигантских метеоритов, пробивавших ее еще сравнительно тонкую кору,-
сказать пока трудно. Есть сторонники и той и другой точек зрения. А
может быть, метеориты "помогали" вулканическим извержениям? Так ли это,
покажут будущие исследования.
В июле 1965 г. советская космическая станция "Зонд-З" передала новые
снимки обратной стороны Луны, гораздо более высокого качества, чем
первые. В результате их изучения выявлено множество кольцевых гор -
знаменитых лунных кратеров, зачастую образующих цепочки, тянущиеся на
тысячи километров. Кроме двух "морей", открытых в 1959 г., Моря Москвы и
Моря
было открыто еще одно небольшое море. Общая площадь "морей" на обратной
стороне Луны гораздо меньше, чем на ее видимой стороне. Почему так,
объяснить еще нельзя.
Кроме "морей", на обратной стороне Луны были обнаружены большие округлые
впадины - талассоиды (от греческого "таласса" - море). Их диаметр
достигает 300 км. Особый интерес вызвала сравнительно гладкая впадина,
окруженная тремя концентрическими валами с диаметрами 430, 650 и 980 км.
Это так называемое Море Восточное, которое ряд ученых предлагают
переименовать в Море Кольцевое. Талассоиды есть и на видимой стороне
Луны, но раньше на них просто не обращали достаточного внимания.
Обратная сторона Луны. Снято советской станцией "Луна-3".
Советские ученые по праву первооткрывателей предложили присвоить 150
кратерам имена людей, известных своими трудами в области астрономии и
смежных с нею наук. Так на карте Луны появились имена Ломоносова,
Циолковского, Жолио-Кюри, Максвелла, Джордано Бруно, Менделеева, Герца,
Попова, Эдисона и др. Позднее к ним прибавились имена астрономов
Бредихина, Бело-польского, Тихова, Штернберга, Ловелла, физиков
Лебедева, Мандельштама, Папалек-си, Доплера, Физо, Майкельсона,
математика С. Ковалевской, оптика Максутова, фантаста Уэллса. Есть на
Луне и кратер Жюль Берн. Многие кратеры названы в честь основоположников
ракетоплавания - Цандера, Кибальчича, Кондратюка, Рынина, Королева.
Но как произошли лунные кратеры? Спор в науке по этому поводу начался
свыше100 лет назад и, по меткому выражению испанского астронома
Палюзи-Бореля, получил название "столетней войны". "Война" идет между
сторонниками вулканического происхождения лунных кратеров и учеными, '
отстаивающими метеоритную гипотезу их образования.
Часть обратной стороны Луны. Снято советской станцией "Зонд-З".
О чем же говорят снимки Луны, полученные с космических
станций?
В июле 1964 г. к Луне приближалась американская станция "Рейнджер-7".
Перед тем как упасть на Луну, она передала на Землю с разных расстояний
около 4300 фотографий лунной поверхности. Последний снимок с высоты 480
м станция передать до конца не успела - она разбилась о лунную
поверхность. В феврале и марте 1965 г. "Рейнджер-8" и "Рейнджер-9"
передали еще! 13 300 снимков.
Все эти снимки позволили различить на лунной поверхности детали размером
в несколько дециметров. По мере приближения аппарата к Луне
обнаруживались все меньшие и меньшие кратеры. Оказалось, что кратеры на
Луне самых разных размеров: от огромных, диаметром более 300 км, до
самых маленьких, диаметром меньше метра. Несомненно, что мелкие кратеры
образованы при падении на Луну каких-то масс. Каких же? Метеоритов? Но
ведь на поверхность Луны падают и вулканические бомбы. Разумеется, какой
бы мощной ни была на Луне вулканическая деятельность, сейчас она
проявляет себя слабо. Две-три вспышки в кратерах Альфонс и Аристарх,
которые наблюдал профессор Н. А. Козырев,- вот, в сущности, и все ее
признаки. А метеориты бомбардируют Луну постоянно. Поэтому некоторый
перевес получила метеоритная гипотеза происхождения лунных кратеров.
3 февраля 1966 г. начат новый этап в исследовании Луны - на ее
поверхность впервые совершила мягкую посадку советская космическая
станция "Луна-9". На Землю были переданы кадры первой "настоящей" лунной
панорамы.
Снимок Луны с автоматической станции "Зонд-7" 11 августа 1969 г.
Расстояние до Луны 10 тыс. км. Цифрами обозначены цирки и кратеры: 1 -
Рассел, 2 - Струве, 3 - Эддингтон, 4 - Бриге, 5 - Кардан, 6 - Кавальери,
7 - Гевелий, 8 - Риччиоли, 9 - Шлютер, 10 - Харт-виг, 11 - Васко да
Гама, 12 - Эйнштейн, 13 - Мосли, 14 - Бальбоа.
Участок панорамы Луны, переданный советской станцией "Луна-9"
Художники-фантасты не раз пытались изобразить панораму Луны. На их
картинах были видны крутые горы, громоздящиеся скалы, высокие и крутые
валы кратеров. Но еще за 10-15 лет до посадки "Луны-9" астрономы начали
измерять лунный рельеф. По их данным, он был исключительно гладкий,
склоны гор и кратеров не так круты, как представляли себе художники,- их
наклоны к горизонту не превышали 12-14°.
Снимки, полученные "Луной-9", полностью подтвердили этот вывод
астрономов. На лунных панорамах мы видим весьма ровный горизонт, а
вблизи станции - даже детальную структуру лунной поверхности.
За 10 лет до посадки "Луны-9" английский астроном Т. Голд выдвинул
гипотезу, что поверхность Луны сплошь покрыта слоем тонкой пыли глубиной
в несколько сот метров. В этой пыли, по его мнению, могли утонуть
космические корабли, не говоря уже о космонавтах. Судя по радиоизлучению
Луны, теплопроводность ее "почвы" низкая. На этом и основывался Голд.
Как же с Земли определяют теплопроводность Луны? Оказывается, сейчас это
не так уж сложно.
Температура наружного слоя Луны подвержена большим изменениям: во время
лунного дня она составляет плюс 130°, лунной ночью опускается до минус
150°. Во время лунного затмения поверхность Луны лишается солнечного
тепла и за один час остывает на 180°, а по окончании затмения так же
быстро разогревается. Температуру Луны измеряют с помощью
термоэлементов, помещенных в фокусе больших телескопов. Но есть и другой
путь: прием излучаемых Луной радиоволн на специальные антенны -
радиотелескопы. Чем больше длина радиоволны, тем толще слой лунного
покрова она может пронизать, тем с большей глубины она приходит. Если
волны миллиметрового диапазона рассказывают нам о температуре самой
поверхности Луны, то дециметровые волны приходят уже с глубины в
несколько метров.
Часть лунной панорамы. В небе видна Земля. Снято американской
станцией "Лунар Орбитер" (стр. 40-41).
И вот
измерения на дециметровых волнах показали, что температура там остается
постоянной и в течение лунных суток, и во время лунных затмений. Лунное
вещество хуже проводит тепло, чем дерево, стекло, эбонит. Что же может
обладать такой низкой теплопроводностью? Ну конечно же тонкая пыль. Так
и решил Т. Голд.
Однако ленинградские ученые Н. Н. Сытинская и В. В. Шаронов убедительно
показали, что поверхность Луны должна состоять вовсе не из пыли, а из
шлакоподобного вещества - пористого, ноздреватого, напоминающего губку
или пемзу. Это вещество образуется при ударах о поверхность Луны
множества мельчайших метеорных тел, падающих на нее с космической
скоростью (в нашей атмосфере они тормозятся и полностью испаряются).
От удара происходит миниатюрный взрыв, и масса метеорного тела и
окружающего лунного вещества спекается. Эта "метеорно-шлаковая" гипотеза
советских ученых подтверждена снимками "Луны-9".
Никакого толстого слоя пыли на Луне нет. Станция "Луна-9" села на
твердый грунт. Спустя 4 месяца на Луну сел американский космический
аппарат "Сервейер-1", который сфотографировал свою собственную
лапу-опору, чтобы выяснить твердость лунного грунта. И что же - аппарат,
весящий на Земле 280 кг, а на Луне 46 кг, вдавился в грунт лишь на 2,5
см, и то только потому, что лапа сползла в сторону.
24 декабря 1966 г. на Луну опустилась новая советская станция -
"Луна-13". Она выбросила две длинные лапы-стрелы с грунтомером и
гамма-счетчиком и начала измерения. По физическим свойствам лунный
грунт, как показали эти устройства, близок к земным грунтам средней
прочности, Это подтвердил в апреле 1967 г. и "Сервейер-3". На снимках
"Луны-13" уже видны детали лунного рельефа размером до миллиметра.
Изучение снимков "Луны-9", "Луны-13" и "Сервейеров" открыло много
интересного. Лунная поверхность имеет явные следы эрозии - выветривания
вещества: обнажились какие-то твердые жилки, напоминающие куриные лапки,
а камни стоят как бы на постаментах. Но ведь на Луне нет ни воды, ни
ветра - главных причин эрозии на Земле. Что же вызывает эрозию здесь?
Оказывается, на Луне все-таки есть ветер - но не атмосферный, а
солнечный, бывает и дождь - но не водяной, а метеоритный. Иначе говоря,
эрозия на Луне происходит от ударов заряженных частиц, несущихся от
Солнца. Это и есть солнечный ветер. Ему помогают микрометеориты и
космические лучи - очень быстрые частицы (обычно ядра атомов водорода и
гелия), несущие большую энергию, которую они получили при грандиозных
космических взрывах.
Изучение Луны шло и по другому направлению: 3 апреля, 28 августа и 25
октября 1966 г. на окололунные орбиты были выведены первые искусственные
спутники Луны- советские станции "Луна-10", "Луна-11", "Луна-12". Все
они измеряли магнитное поле Луны, изучали окололунное пространство,
измеряли гамма-излучение лунной поверхности. Выяснилось, что магнитное
поле Луны в 2 - 3 тыс. раз слабее магнитного поля Земли. Этого и
следовало ожидать - ведь магнитное поле Земли создается, как полагают
ученые, электрическими токами, возникающими при вращении в ее ядре. А у
Луны нет ядра, и вращается она очень медленно.
Еще более интересный результат дал гамма-счетчик. Гамма-лучи отличаются
очень малой длиной волны - меньше 1 А (10~8 см). Примерно 10% лунного
гамма-излучения исходит от радиоактивных изотопов урана, тория и калия,
содержащихся в лунных породах, остальные 90% образуются при
бомбардировке лунной поверхности космическими лучами. Лунные породы по
содержанию радиоактивных элементов похожи на земные основные породы
(типа базальтов) и ультраосновные (типа дунитов), но сильно отличаются
от кислых пород (гранитов) и руд металлов. Таким образом, советские
спутники Луны позволили установить примерный состав лунных пород.
"Луна-12", кроме того, фотографировала Луну с высоты от 100 до 1740 км.
Специальная телевизионная система раскладывала каждый снимок на 1100
строк (вместо 625 строк в обычном телевидении), что позволило передать
много четких фотографий лунной поверхности.
Спустя четыре с половиной месяца после "Луны-10", 14 августа 1966 г., на
окололунную орбиту вышел американский спутник Луны "Лунар Орбитер-1"; 10
ноября к нему присоединился "Лунар Орбитер-2". Эта станция передала
снимки лунного ландшафта с сияющей в небе Землей. Они производят
необычайно сильное впечатление: Земля освещена Солнцем сверху и имеет
вид широкого серпа "рожками" вниз.
На лунной поверхности отчетливо видна структура мелких кратеров, все они
покрыты застывшими струями какого-то вещества, напоминающими потоки
лавы. Может быть, все-таки природа этих кратеров вулканическая?
А тем временем к Луне несутся новые и новые станции. В 1967 г. были
запущены еще три станции типа "Лунар Орбитер", с тем чтобы "разведать"
наиболее удобные участки для высадки астронавтов. 20 апреля на Луну села
станция "Сервейер-3" недалеко от места е Океане Бурь, где за четыре
месяца до этого опустилась "Луна-13". "Сервейер-3" был снабжен
миниатюрным экскаватором - не больше граненого стакана. По команде с
Земли микроэкскаватор начал первые "раскопки" на Луне. Эти исследования
подтвердили, что плотность и твердость лунного грунта растут с глубиной.
Такие же результаты дали три следующих "Сервейера".
В апреле 1968 г. в СССР был запущен новый искусственный спутник Луны -
станция "Луна-14". А в сентябре и ноябре того же года станции "Зонд-5" и
"Зонд-6" впервые в мире облетели Луну и благополучно возвратились на
Землю. 21 - 29 декабря 1968 г. был успешно осуществлен облет Луны
управляемым космическим кораблем "Аполлон-8", на котором находились
американские космонавты Ф. Борман, Дж. Ловелл и У. Андерс. А 18-26 мая
1969 г. корабль "Аполлон-10" с космонавтами Т. Стаффордом, Ю. Сернаном и
Дж. Янгом совершил новый облет Луны по усложненной программе. Лунные
космические станции "приблизили" к нам поверхность нашего спутника в
миллион раз: мы видим Луну вблизи, мы ощущаем ее излучения, мы трогаем
Луну. Все это делают "умные" приборы.
Но вот настал день, когда на Луне высадились люди: 21 июля 1969 г. на
лунную поверхность впервые вышли американские космонавты Н. Армстронг и
Э. Олдрин (см. вклейку стр. 48-49).
Произошло событие, которое в истории освоения космического пространства
будет увековечено наряду с запуском первого искусственного спутника
Земли, первым полетом Юрия Гагарина, первым выходом Алексея Леонова в
открытый космос, первыми полетами автоматических станций к Луне, Венере,
Марсу. 21 июля 1969 г. в 5 часов 56 минут по московскому времени
командир американского космического корабля "Аполлон-11 Ней л Армстронг
впервые ступил на поверхность Луны. Через 19 минут к нему присоединился
Эдвин Олдрин. На окололунной орбите в командном отсеке корабля находился
третий член экипажа "Аполлона-11 Майкл Коллинз.
"Аполлон-11" отрывается от стартовой площадки.
Американские космонавты Эдвин Олдрин, Майкл Коллинз и Нейл
Армстронг (слева направо).
Американские космонавты делают первые шаги по Луне. (Снимок с
экрана телевизора.)
Армстронг и Олдрин
довольно быстро освоились с особенностями передвижения на Луне, собрали
образцы пород лунного грунта, установили научные приборы (лазерный
радарный рефлектор, который позволит измерить с точностью до 15 см
расстояние между земными пунктами и поверхностью Луны; сейсмограф для
регистрации колебаний коры Луны); провели телевизионные передачи,
позволившие жителям разных континентов нашей планеты наблюдать за
работой космонавтов на Луне. Вне кабины лунного отсека "Аполлона-11"
Армстронг и Олдрин находились более двух часов.
24 июля 1969 г. в 19 часов 50 минут "Аполлон-11" точно по расписанию
прибыл на Землю.
Председатель Президиума Верховного Совета СССР Н. В. Подгорный поздравил
президента США Ричарда Никсона с успешным завершением выдающегося полета
космического корабля "Аполлон-11", высадкой на Луне и благополучным
возвращением на Землю американских космонавтов. Товарищ Н. В. Подгорный
передал наши поздравления и наилучшие пожелания мужественным космическим
пилотам Нейлу Армстронгу, Эдвину Олдрину и Майклу Коллинзу.
Еще совсем недавно о природе Венеры ученые почти ничего не знали.
Плотная атмосфера и толстый слой облаков вокруг планеты верно хранили ее
тайны.
Наступление на Венеру началось сразу по нескольким направлениям. Запуски
к ней космических станций - только одно из них.
Парниковый эффект з атмосфере Венеры. Солнечные лучи (6), частично
отраженные (7) облаками (2) и рассеянные атмосферой, нагревают
поверхность планеты (1). Ее собственное тепловое излучение на
инфракрасных волнах (3) поглощается водяным паром (Н20) и углекислым
газом (СОз). Водяной пар частично поглощает и миллиметровые радиоволны
(4). Сантиметровые радиоволны (5) проходят атмосферу беспрепятственно.
Еще в 1956 г. было установлено, что Венера испускает
сантиметровые радиоволны. Их интенсивность говорила о высокой
температуре поверхности - около плюс 300°. А термоэлементы показывали,
что температура на уровне облаков - на высоте нескольких десятков
километров над поверхностью - минус 40°. Почему же происходит такой
перепад температур?
Были выдвинуты три предположения:
1. Атмосфера Венеры подобна гигантскому парнику: солнечное тепло
поглощается, а собственное излучение планеты наружу не выходит. Его
что-то задерживает. Этим "чем-то" могут быть углекислый газ и водяной
пар.
2. В атмосфере Венеры дуют сильные ветры, они поднимают тучи пыли;
трение этой пыли о почву и нагревает ее до столь высоких температур.
3. Атмосфера Венеры сама горячая: атомы ее, поглощая ультрафиолетовые
лучи Солнца, теряют свои внешние электроны - ионизируются; образуется
мощная ионосфера. Она-то и есть источник радиоволн сантиметрового
диапазона.
Эти гипотезы соответственно получили названия парниковой, эолосферной
(Эол - бог ветра у древних греков) и ионосферной.
Первой была отвергнута эолосферная гипотеза. Большинство астрономов
признали ее несостоятельность.
Оставалось решить, обладает ли атмосфера Венеры свойствами гигантского
парника или планета имеет мощную ионосферу. В этом большая роль
принадлежит исследованиям планеты методами радиоастрономии и
радиолокации, а также полетам космических станций.
Большие успехи в изучении Венеры принесла радиолокация. Советские, а
также английские и американские ученые в апреле 1961 г. впервые успешно
использовали этот метод для уточнения масштабов Солнечной системы.
Вскоре с помощью радиолокации стали определять скорость вращения
планеты. Как подсчитал английский астроном Патрик Мур, за 300 лет
исследований Венеры астрономы произвели 85 попыток определить период ее
вращения оптическими методами: визуальным, фотографическим,
спектральным. И все 85 попыток окончились неудачей. "Визуальный
наблюдатель проиграл сражение",- сказал Патрик Мур.
Наблюдатель-радиофизик сражение с Венерой выиграл,- можем сказать теперь
мы. Группа советских ученых во главе с академиком В. А. Котель-никовым и
американские ученые пришли к единому выводу: вращение Венеры обратное -
с востока на запад - и период его равен 243 земным суткам. Установлено,
что ось Венеры почти перпендикулярна плоскости ее орбиты (наклон 84°
против 66,5° у оси Земли).
Такое вращение приводит к весьма своеобразному чередованию дня и ночи на
Венере. Ведь планета совершает полный оборот вокруг Солнца за 225 суток,
а вращается в обратную сторону в течение 243 суток. Сочетание обоих
движений приводит к тому, что "солнечные сутки" на Венере длятся 117
земных суток, а день и ночь - по 58,5 суток. Солнце там восходит на
западе и заходит на востоке, звезды тоже. Ни Солнца, ни звезд с
поверхности Венеры, конечно, не видно из-за ее густого, без просветов,
облачного слоя, но будущие космонавты смогут следить за Солнцем и
некоторыми светилами - источниками радиоволн с помощью радиотелескопов.
Радиотелескопы уже рассказали нам многое о природе Венеры. Большое
значение имела совместная работа ученых А. Д. Кузьмина (СССР) и Б.
Кларка (США), проведенная в 1964 г. на американской радиоастрономической
обсерватории Оуэне Вэллей. Уникальный прибор - радиоинтерферометр,
которым располагает эта обсерватория, состоит из двух гигантских
радиотелескопов-параболоидов, каждый диаметром 27 м и весом 500 т. Эти
две громады могут ездить по рельсам, чтобы изменять расстояние между
ними и ориентировку прибора.
Обе гигантские параболические антенны наводятся одновременно на Венеру и
работают как один радиотелескоп. Чем больше расстояние между антеннами,
тем легче определить диаметр планеты, распределение температуры по
поверхности и др.
Кузьмин и Кларк определили истинный диаметр Венеры - 12 114 км. До этого
был известен лишь диаметр ее облачного слоя - около 12 200 км. Зная
диаметр планеты и ее массу (уточненную измерениями "Марине-ра-2"), мы
можем легко подсчитать, что: ускорение силы тяжести на Венере 887
см/сек2 (0,9 земного);
средняя плотность планеты 5,23 г/см3 (0,95 земной);
скорость отрыва от планеты 10,36 км/сек (вторая космическая скорость)
(на Земле11,18 км/сек).
Вымпел, доставленный на поверхность Венеры советской станцией
"Венера-3".
Спускаемый аппарат - научная лаборатория "Венеры-4". С верхней
части снята теплоизоляция.
Автоматическая межпланетная станция "Венера-4" готова к полету.
Работа Кузьмина и Кларка позволила еще до полета "Венеры-4" сделать
вывод, что источник высокотемпературного радиоизлучения Венеры - ее
поверхность, а не ионосфера. И все же окончательного решения ученые
ждали от космических станций.
Первую трассу Земля - Венера проложила советская автоматическая
межпланетная станция "Венера-1", запущенная 12 февраля 1961 г. После 97
суток полета станция прошла в 100 тыс. км от Венеры, но радиосвязь с ней
к тому времени была потеряна.
До следующего запуска нужно было ждать около 584 суток (так называемый
синодический период планеты), чтобы Земля и Венера вновь заняли на своих
орбитах положение, благоприятное для запуска станций.
27 августа 1962 г. к Венере была запущена американская автоматическая
станция "Маринер-2". После 109 суток полета станция прошла в 35 тыс. км
от Венеры.
"Маринер-2" передал на Землю результаты измерений, показавших, что у
Венеры почти совсем нет магнитного поля, а значит, нет и поясов
радиации. Ведь радиационные пояса нашей планеты образуются за счет
захвата земным магнитным полем заряженных частиц "солнечного ветра".
Венера не имеет заметного магнитного поля, по-видимому, потому, что она
очень медленно вращается вокруг оси (из-за этого не могут возникнуть
электрические токи в ее ядре, которые, как полагают ученые, и создают
магнитное поле).
Приборы "Маринера-2" в нескольких точках методом радиопросвечивания
измерили температуру. Она оказалась весьма высокой (плюс 200-300°), а ее
изменение от центра к краю диска подтверждало скорее парниковую, чем
ионосферную, гипотезу.
"Маринер-2" позволил точно определить массу Венеры. Ведь обычно массы
планет определяют по скорости движения их спутников, а у Венеры
спутников нет. Поэтому массу ее мы знали неточно. Отклонение движения
станции в поле тяготения планеты позволило установить, что масса Венеры
составляет 0,81485 массы Земли.
Следующий период, благоприятный для запуска к Венере,- апрель 1964 г. -
использован не был, но в ноябре 1965 г. к Венере стартовали сразу две
советские космические станции-"Венера-2" и "Венера-3". После 107 и 105
суток полета первая из них прошла в 24 тыс. км от поверхности Венеры, а
вторая 1 марта 1966 г. совершила жесткую посадку на поверхность планеты,
доставив туда советский вымпел.
И вот, наконец, 12 июня 1967 г. к загадочной планете устремилась
советская межпланетная станция "Венера-4". Вдогонку полетела
американская станция "Маринер-5".
18 октября, после 128 суток полета, "Венера-4" приблизилась к планете
назначения. Для научных исследований был предназначен специальный
спускаемый аппарат диаметром 1 ж и весом 383 кг, покрытый особым
термоизоляционным слоем.
Когда аппарат находился на расстоянии около 45 тыс. км от поверхности
Венеры, начался припланетный сеанс связи со станцией. После ориентации
станции спускаемый аппарат был отделен, вошел в атмосферу Венеры и начал
тормозиться за счет ее аэродинамического сопротивления. Когда скорость
полета уменьшилась приблизительно с 11000 до 300 м/сек, был выпущен
тормозной, а затем и основной парашют. Полет перешел в плавный спуск.
Началась передача данных об атмосфере планеты, продолжавшаяся 94 минуты.
Спуск происходил на ночной стороне планеты. Прием радиосигналов
"Венеры-4" производился специальными центрами дальней космической связи.
Полученная информация оказалась необыкновенно ценной. Прежде всего
удалось
Схема полета в атмосфере и посадки спускаемого аппарата: начало
припланетного сеанса (1); отделение
спускаемого аппарата (2); его торможение в атмосфере (3); раскрытие
тормозного парашюта (4); раскрытие основного парашюта, начало передачи
радиоинформации с борта спускаемого аппарата (5); начало работы
радиовысотомера (6); посадка (7).
окончательно установить, что на поверхности Венеры
высокая температура. По измерениям станции она превышает плюс 270°, что
близко к результатам радиоастрономических измерений. Впервые было
определено атмосферное давление, изучено изменение температуры и
давления с изменением высоты.
Центр дальней космической связи. Большая антенна, принимавшая
радиосигналы с "Венеры-4", "Вене-ры-5" и "Венеры-6".
5 и 10 января 1969 г. в СССР были запущены к Венере две новые станции:
"Венера-5" и "Венера-6". К планете они подлетели 16 и 17 мая. Их полет
позволил уточнить результаты "Венеры-4".
Станции "Венера-5" и "Венера-6" произвели измерения на участках
атмосферы, где температура изменялась приблизительно от 25 до 320° С,
давление от 0,5 атм до 27 атм. Последнее значение давления, по данным
"Венеры-5", соответствовало высоте 24-26 км, а по данным "Венеры-6",-
высоте 10-12 км (такая разница может быть
объяснена значительными неровностями рельефа Венеры). На поверхности
планеты температура должна быть еще выше, а давление больше. Приборы
"Венеры-5" и "Венеры-6" показали, что в атмосфере Венеры концентрация
углекислого газа достигает 93-97%, кислорода - не более 0,4%, азота
вместе с инертными газами - 2-5%, водяного пара (на уровне,
соответствующем давлению 0,6 атм) - 4-11 мг в литре.
Советские ученые во главе с академиком А. П. Виноградовым уже ищут ответ
на вопрос, почему атмосфера Венеры так сильно отличается от земной.
Теперь ясно, что на поверхности Венеры не может быть жидкой воды, а
следовательно, не может быть и жизни. Но в атмосфере планеты вода есть -
в виде водяного пара и облаков.
По данным наблюдений со стратостата, инфракрасное излучение облаков
Венеры
сходно с излучением кристалликов льда. Если иметь в виду, что
температура на уровне облаков - от минус 40° до минус 70°, возможно, что
по крайней мере верхняя часть облаков состоит из ледяных кристалликов
(как наши перистые облака). Ниже, где температура значительно
повышается, могут быть уже не льдинки, а капельки воды, как и в наших
земных облаках.
Советский радиоастроном Г. М. Стрелков сумел доказать, что водяной пар в
сочетании с углекислым газом создает наблюдаемый парниковый эффект в
атмосфере Венеры. Оба эти газа поглощают инфракрасные лучи - тепловое
излучение планеты и не дают ему уходить в мировое пространство.
Исследования Кузьмина и Кларка, а также радиолокационные наблюдения
позволили узнать кое-что даже о свойствах поверхности Венеры. По
коэффициенту отражения радиоволн, посланных локатором, и по некоторым
характеристикам собственного радиоизлучения Венеры удалось определить
электропроводящие свойства вещества ее поверхности. Они близки к
свойствам плотного песка и горных пород типа гранита. Но самый наружный
слой почвы имеет куда более низкую проводимость, присущую разрыхленным
пескам и тонкой пыли. Давление у поверхности Венеры составляет многие
десятки атмосфер, кроме того, в различных точках планеты обнаружена
большая разность температур - все это должно вызывать мощные ветры.
Они-то и разрыхляют наружный слой поверхности.
Вот как много удалось узнать о природе Венеры за последнее десятилетие.
Нет сомнений, что следующие 10 лет принесут нам еще больше вестей, и
чадра с Венеры будет сорвана.
Вот уже 90 лет как астрономы пытаются разгадать загадку сезонных
изменений интенсивности и цвета "морей" Марса (так условно называют
большие темные области на его поверхности) и загадку марсианских
"каналов". Большинство астрономов связывали сезонные изменения на Марсе
с развитием в "морях" растительности в период весеннего таяния полярных
шапок. Много труда в обоснование
Советская межпланетная автоматическая станция "Марс-1".
этой гипотезы вложил советский астроном Г. А. Тихов.
Природа "каналов" до сих пор не получила окончательного объяснения.
Американский ученый П. Ловелл в начале нашего века считал их даже
искусственными сооружениями разумных существ - марсиан. Другие ученые
считали "каналы" руслами рек, долинами, трещинами в коре Марса.
Некоторые полагали, что "каналы" - просто оптическая иллюзия.
1 ноября 1962 г. начался первый полет к Марсу - к красной планете была
запущена советская автоматическая межпланетная станция "Марс-1". Семь с
половиной месяцев продолжался полет по дуге эллипса, почти касательного
к орбитам Земли и Марса. Станция "Марс-1" выполнила много важных научных
исследований, установила новый рекорд дальности межпланетной связи, но
ко времени сближения с Марсом (19 июня 1963 г.) связь с ней была
потеряна.
Следующее благоприятное для запуска время наступило лишь через 780 суток
(синодический период Марса). 27 ноября 1964 г. в США была запущена
космическая станция "Маринер-4". Но еще до этого (1963 -1964) две группы
американских ученых и советский астроном В. И. Мороз, независимо друг от
друга изучая спектры Марса, пришли к неожиданному результату: давление
атмосферы у поверхности Марса не 85 мб, как считалось до тех пор, а
самое большее - 20- 25 мб. Иными словами, марсианская атмосфера не в 12,
а в 40-50 раз разреженнее земной.
К тому времени в атмосферах Марса и Венеры было надежно установлено
наличие только углекислого газа. Спектральный анализ позволял определить
количество углекислого газа и его общее давление. Так и поступили В. И.
Мороз и американские астрономы. Прежние оценки давления были основаны
главным образом на изучении рассеяния солнечных лучей в атмосфере Марса.
Но рассеяние ведь могут создавать не только молекулы газа, а и пылинки,
кристаллики льда и другие твердые частицы, взвешенные в атмосфере
планеты. Поэтому прежние, менее точные методы давали завышенные оценки
давления и плотности атмосферы Марса, - было трудно отделить свет,
рассеянный газом и пылинками, один от другого. Спектральный же метод
свободен от этого недостатка. Именно этим методом установлена крайняя
разреженность марсианской атмосферы.
В 1963 г. спектральный анализ принес еще два интересных открытия.
Американские астрономы Спинрад, Мюнх и Каплан, изучая ближний
инфракрасный участок спектра Марса в момент, когда планета удалялась от
Земли со скоростью 15 км/сек, обнаружили 11 слабых линий водяного пара,
которые были сдвинуты в сторону больших длин волн относительно таких же
линий земного происхождения. Этот сдвиг линий, связанный с удалением или
приближением источника света (эффект Доплера), уже не раз помогал
астрономам выявлять газы в атмосферах планет по линиям в их спектрах.
Оказалось, что в атмосфере Марса очень мало воды: если бы весь водяной
пар превратить в жидкую воду, она бы покрыла Марс слоем в 5-10 мк. Если
же сконденсировать водяной пар атмосферы Земли, вода покрыла бы земную
поверхность слоем в 3 см.
Атмосфера Марса крайне суха. Даже в наиболее сухом районе на Земле -
около Верхоянска - зимой в 4-8 раз больше влаги, чем в атмосфере Марса.
Второе открытие тоже касается проблемы воды на Марсе. Исследуя далекий
инфракрасный спектр полярных шапок, В. И. Мороз обнаружил в нем полосы
поглощения льда, что позволило установить их природу. Белые полярные
шапки Марса очень тонкие - не толще нескольких миллиметров; и это скорее
иней, чем сплошной лед.
Таковы были наши знания о природе Марса к июлю 1965 г., когда
американская космическая станция "Маринер-4" подлетела к загадочной
планете. 15 июля она пролетела в 10 тыс. км от поверхности Марса и
передала на Землю 22 ее снимка. "Маринер-4" провел и ряд других ценных
исследований. Когда станция заходила за диск Марса, а затем выходила
из-за него, ее радиоволны проходили сквозь атмосферу планеты. Удалось
определить, что давление у поверхности Марса всего 7-10 мб, иначе
говоря, еще меньше, чем показывали спектральные наблюдения, и в 100-200
раз меньше, чем на уровне моря у нас. В земной атмосфере такое давление
имеется на высоте 30-33 км.
Новые данные о плотности марсианской атмосферы (она пропорциональна
давлению), конечно, несколько ослабили позицию ученых, допускающих, что
на планете есть растительность, хотя эксперименты, проведенные в СССР
еще в 50-х годах, показали, что семена и споры многих растений
прорастают и дают всходы даже и при таких низких давлениях.
С тем большим интересом ждали ученые фотографий поверхности Марса с
близкого расстояния.
Скажем сразу - снимки "Маринера-4" не разрешили ни одной из двух главных
загадок Марса и даже еще более запутали вопрос о каналах. Конечно, никто
и не ждал, что на фотографиях, сделанных с 12- 17 тыс. км, можно будет
увидеть растения, даже если бы они находились в зоне видимости станции.
По общему мнению, "Маринер-4" не подтвердил, но и не опроверг гипотезы о
существовании растительности на Марсе.
Но каналы должны были выйти на снимках! И не только потому, что их
ширина - десятки километров - занимала заметную долю кадра, но и потому,
что многие участки, заснятые на этих кадрах, как показывают карты Марса,
пересекаются каналами. Однако самый тщательный просмотр 15 лучших
снимков "Маринера-4" не обнаруживал даже признаков каналов. Лишь на
одном из снимков в месте, где должен проходить канал, видна небольшая
горная гряда.
Значит ли это, что каналы Марса просто оптическая иллюзия? Пожалуй, так
утверждать еще рано. Ведь каналы явственно видны на фотографиях, снятых
с Земли. Видимо, по мере приближения наблюдателя к Марсу они принимают
какой-то иной вид, например распадаются на цепочки отдельных пятен.
Чтобы разрешить загадку марсианских каналов, нужно фотографировать
планету не только вблизи, но и с далеких и средних расстояний. Ведь
именно таким путем была разгадана тайна светлых лучей, расходящихся от
некоторых лунных кратеров (это цепочки небольших кратеров, заполненных
светлым веществом).
На снимках поверхности Марса, полученных "Маринером-4", явственно видны
самые настоящие кратеры, похожие на лунные. На четырнадцати снимках
удалось обнаружить 600 кратеров диаметрами от 3 до 180 км, у некоторых
из них имелись центральные горки.
Марсианские кратеры отличает от лунных ясно заметное действие эрозии. Но
если на Луне, лишенной атмосферы, эрозия связана с ударами
микрометеоритов и с солнечным ветром, то на Марсе первые в этом деле не
играют никакой роли, так как атмосфера Марса надежно защищает от них
поверхность планеты. Что же касается солнечного ветра, то здесь он
слабее, чем на Луне, из-за большей удаленности Марса от Солнца и
опять-таки потому, что у Марса есть атмосфера. Но именно атмосфера и
создает эрозию. Ветры на Марсе, как показывают наблюдения за
перемещением облаков, имеют те же скорости, что и на Земле. Не раз на
Марсе отмечались мощные пылевые бури. А это значит, что ветер там может
переносить мельчайшие пылинки. Именно поэтому кратеры Марса более
пологи, чем лунные, их контуры
Поверхность Марса. Снято американской станцией "Маринер-4" с
расстояния 12 тыс. км. Наибольший кратер имеет диаметр 110 км, остальные
от 5 до 40 км.
сглажены. Отдельные
кратеры носят явные следы разрушений, которые связаны, по-види-мому, с
движениями в коре планеты либо с мощными землетрясениями. Наибольшая
высота горы на Марсе (по снимкам "Маринера-4") 4 км.
Пять самых крупных марсианских кратеров получили названия: Маринер,
Колумб, Магеллан, Нансен, Эриксон.
На снимках, сделанных в вечерние часы марсианских суток (когда Солнце
стояло уже невысоко и лучи падали полого), на валах кратеров заметны
светлые кольца - скорее всего, это иней. Кроме кратеров, на Марсе
обнаружены и другие виды рельефа - небольшие горные гряды, отдельные
возвышенности, борозды. Но большая часть поверхности планеты ровная. Все
это удалось узнать по снимкам "Маринера-4".
Что можно сказать о природе марсианских кратеров? Очевидно, они того же
происхождения, что и лунные. Но какие силы породили их: внутренние
(вулканизм) или внешние (падение метеоритов)? Интересно, что число
кратеров на единицу поверхности на Марсе и Луне почти одинаково (не
следует, правда, забывать, что "Маринер" заснял только около 1%
поверхности Марса). Марс, как и Луна, должен был подвергаться
бомбардировке метеоритами и небольшими астероидами, тем более что он
ближе к поясу астероидов, чем Луна и Земля. К тому же орбита Марса
довольно вытянута, следовательно, он мог "вычерпывать" метеориты и
астероиды, движущиеся на разных расстояниях от Солнца.
Но нельзя отрицать и роли вулканических сил, которые на Марсе - более
крупном небесном теле, чем Луна, должны были проявлять себя в больших
масштабах. Теперь при решении вопроса о происхождении лунных кратеров
нужно учитывать, что кратеры есть и на Марсе.
В феврале - марте 1969 г. американские ученые запустили к Марсу две
новые станции: "Маринер-6" и "Маринер-7". 31 июля и 5 августа они
достигли района планеты и передали несколько десятков снимков ее
поверхности, полученных с различных расстояний (от 470 ООО до 3200 км).
На них видно много кратеров, горные гряды, полярная шапка. Изучение этих
снимков продолжается.
После Луны, Венеры и Марса следующей космической мишенью станет,
очевидно, Меркурий - самая близкая к Солнцу и самая маленькая из больших
планет. Он может иногда подходить к Земле на 82 млн. км - это в полтора
раза больше кратчайшего расстояния до Марса и в два раза больше, чем до
Венеры. Чтобы достичь Меркурия, ракета должна развить скорость при
старте с Земли 13,5 км/сек (вместо 11,5-11,7 км/сек при полетах к Венере
и Марсу). Дело в том, что при переходе с орбиты одной планеты на другую
очень важна разность расстояний обеих планет от Солнца. Именно она
определяет необходимую скорость. А при полете с меньшей скоростью орбита
перелета не получится.
Скорость 13,5 км/сек пока еще не достигнута нашими ракетами, но это
время недалеко. Перелет к Меркурию займет даже меньше времени, чем
перелет к Венере, - короче трасса. К Меркурию можно будет летать в 5 раз
чаще: через каждые четыре месяца. Ведь синодический период этой планеты
всего 116 суток.
А пока... радиолокация Меркурия преподнесла астрономам новый сюрприз.
Еще со времен Скиапарелли (80-е годы XIX в.) считалось, что Меркурий
обращен к Солнцу одной стороной (как Луна к Земле). Иначе говоря, период
его вращения вокруг оси принимался равным периоду обращения вокруг
Солнца: 88 суток. Этот период был определен по наблюдениям деталей
поверхности планеты.
После того как радиолокация принесла успех в определении периода
вращения Венеры, астрономы применили этот метод к Меркурию. Результат
получился совершенно неожиданный: Меркурий вращается не за 88, а за 58,6
суток. Другими словами, он не обращен к Солнцу одной стороной.
Что же, наблюдения деталей поверхности, по которым определялся прежний
период, были ошибочны? Вовсе нет. Все дело в том, что наблюдать Меркурий
мы можем не в любое время, а лишь в периоды его наибольших элонгаций
(видимых удалений) от Солнца, которые повторяются через 116 суток. Но
ведь это ровно два периода вращения Меркурия. Кроме того, как легко
убедиться, три периода его вращения равны двум периодам обращения вокруг
Солнца (3X58,6 = 2X88 = = 176). Вот почему в свое время период вращения
был определен в 88 суток. Но он оказался неверным.
Как же происходит смена дня и ночи на Меркурии? Солнце там восходит
очень медленно, день и ночь длятся по 88 наших суток. Таким образом,
солнечные сутки на Меркурии ровно вдвое длиннее звездных (на Земле
разница между ними составляет всего 4 минуты) и продолжаются 176 суток -
почти полгода.
Спектральные наблюдения В. И. Мороза показывают, что атмосфера у
Меркурия по крайней мере в 300 раз разреженнее земной. По плотности
такая атмосфера соответствует земной на высоте 40 км над уровнем моря,
но и она может переносить тепло. Поэтому ночное полушарие Меркурия не
столь холодное. Температура там около 70° ниже нуля, а не минус
200-250°, как считали раньше. Зато на дневном полушарии она достигает
плюс 345° (в подсолнечной точке, на среднем расстоянии Меркурия от
Солнца). Когда же Меркурий оказывается в перигелии (ближайшей к Солнцу
точке своей орбиты), дневная температура может быть еще градусов на 70
выше.
Поверхность Меркурия, как показывает радиолокация, по своим свойствам
напоминает лунную. О рельефе планеты мы пока еще ничего не знаем.
Интересно, есть ли на Меркурии кратеры, как на Луне и Марсе? Скорее
всего, да. Но сколько их? Ведь Меркурий гораздо дальше от пояса
астероидов, чем Марс и Луна. Поэтому, если кратеры метеоритного
происхождения, их на Меркурии должно быть гораздо меньше, чем на Марсе и
Луне, если же они происходят от вулканической деятельности, то примерно
столько же, сколько на Марсе и Луне. Будущие полеты космических станций
к Меркурию, несомненно, ответят и на эти вопросы.
Долог путь до Юпитера - крупнейшей планеты Солнечной системы.
Современные космические ракеты долетели бы до него за 2,7 года, но для
этого им нужна начальная скорость 14,2 км1сек. Радиоволны с Земли
Юпитер и его крупные спутники.
уже
достигают Юпитера, им достаточно для этого 35 минут. Обратно приходят
отраженные сигналы и собственное радиоизлучение планеты. (Впервые
радиолокация Юпитера осуществлена в СССР в 1963 г.)
Это излучение, как показали исследования, состоит из трех видов
совершенно различной природы. Юпитер, как и всякое тело, испускает
тепловое излучение (в том числе и в радиодиапазоне). По его величине на
сантиметровых волнах можно определить радиотемпературу Юпитера. Она
оказалась минус 130° (почти столько же показывают другие методы
измерения).
На дециметровых волнах тепловое радиоизлучение быстро слабеет - при
переходе от волны 1 см к волне 10 см почти в 100 раз. Но его место
занимает какое-то новое радиоизлучение, почти не ослабевающее с
изменением длины волны. Если по нему вычислить температуру, то
получается странная картина: с изменением длины волны температура быстро
возрастает, достигая на волне 10 см + 400°, а на волне 70 см - 50 000е!
Такое излучение имеет явно нетепловую природу, а выводимые по нему
температуры весьма условны (их называют яркостными температурами).
Так что же это за излучение? Американские ученые установили, что Юпитер
обладает мощным магнитным полем и поясами радиации, похожими на те, что
окружают нашу Землю. Их протяженность в 4-5 раз больше диаметра планеты
(он равен 141700 км), а напряженность магнитного поля Юпитера в 10-100
раз больше, чем у Земли. Быстрые электроны радиационных поясов,
тормозясь в магнитном поле, испускают радиоволны дециметрового
диапазона, которые мы и наблюдаем.
Наконец, третий вид радиоизлучения Юпитера - отдельные отрывистые
сигналы-всплески, наблюдаемые в декаметровом диапазоне (на волнах 12-20
ж). Любопытно, что источники этих сигналов связаны лишь с определенными
областями планеты. По ним установлен даже период вращения источников
сигналов: 9 часов 55 минут 30 секунд, что близко к периоду вращения в
средних широтах Юпитера (Юпитер, как и Сатурн и Солнце, вращается вокруг
оси не как твердое тело - на экваторе вращение происходит быстрее, чем в
высоких широтах).
В чем же причина этих загадочных всплесков радиоволн? Сначала думали,
что это мощные грозовые разряды в атмосфере планеты. Но теперь
общепринято объяснение советского астронома В. В. Железнякова:
по-видимому, на поверхности Юпитера могут происходить какие-то мощные
процессы взрывного характера. Возможно, что это вулканические
извержения. Они порождают взрывные волны, которые проходят сквозь
атмосферу планеты и возбуждают в ее верхних слоях резкие колебания
плазмы (элек-тронно-ионного газа). Эти-то плазменные колебания -
источник декаметровых радиоволн. Взрыв - явление кратковременное.
Поэтому связанные с ним всплески радиоизлучения так непродолжительны.
Следующая за
Юпитером планета - Сатурн имеет с ним много общего. Сатурн тоже
испускает радиоволны как теплового, так и нетеплового происхождения.
Однако нетепловое радиоизлучение у Сатурна гораздо слабее, чем у
Юпитера, а всплески на декаметровых волнах пока не наблюдались. Значит,
пояса радиации и магнитное поле у Сатурна слабее, чем у Юпитера, а его
вулканы, если они существуют, пока молчат.
Исследование природы этих двух крупнейших планет Солнечной системы в
дальнейшем можно будет проводить с космических станций, установленных на
их ближайших спутниках: на спутнике Юпитера Амальтее (в 181 тыс. км от
поверхности планеты) и на открытом 15 декабря 1966 г. французским
астрономом О. Дольфюсом новом, десятом спутнике Сатурна - Янусе (в 98
тыс. км от поверхности Сатурна).
Но это дело далекого будущего. А пока космические станции ведут
наступление на Луну, Венеру, Марс. О природе более далеких планет нам
рассказывают радиоволны и старый друг астрономов - луч света.
В.А. Бронштэн
Размещение фотографий и
цитирование статей с нашего сайта на других ресурсах разрешается при
условии указания ссылки на первоисточник и фотографии.
