Первые люди на Луне и луноходы

 

(Условия пребывания человека на Луне рассмотрены более подробно в брошюре Г. П. Вдовыкина «Экзобиология Луны», «Наука», 1975)

Кто из нас не увлекался фантастическим романом Герберта Уэллса «Первые люди на Луне», а также другими художественными произведениями о полетах на Луну. Но вот наконец эта фантазия стала былью, притом в фантастически короткий срок после того, как впервые советский искусственный спутник Земли преодолел земное тяготение. В июле 1969 г. двое американских космонавтов в космическом корабле «Аполлон‑11» опустились на Луну. Впервые нога человека ступила на другое небесное тело. Это событие было принципиально важно в двух отношениях. Во‑первых, человек буквально оказался «на небе», если вспомнить представления наших предков (а эти представления перешли и в нашу современную речь). Во‑вторых, эта высадка космонавтов дала возможность устанавливать на Луне различные приборы, в частности сейсмографы, и производить на ней всякие эксперименты непосредственно. С тех пор произошло еще пять посадок на Луну, выходов космонавтов на ее поверхность, их передвижений, наблюдений на нашем спутнике и благополучных возвращений на Землю.

 

Рис. 41. Космонавт на Луне

В общей сложности космонавты пробыли на Луне около 300 часов, из которых 80 часов они находились вне кабины в безвоздушном пространстве. Космонавты в это время ходили по Луне, фотографировали, снимали кинофильмы, собирали лунные породы.

Они передавали на Землю картины лунных ландшафтов и свою деятельность по телевидению. Для защиты от безвоздушной среды и от вредного воздействия коротковолнового и корпускулярного излучения Солнца и других небесных объектов космонавтов одевают в специальные скафандры. Космонавты нашли на Луне один из автоматических аппаратов, совершивших посадку ранее, а его части и многочисленные пробы лунного грунта привезли с собой на Землю для их всестороннего анализа. При последних высадках на Луну космонавты применяли для езды по ней электромобиль. На Луну спускался лунный отсек с двумя космонавтами, а третий космонавт оставался в основном блоке, двигавшемся по орбите искусственного спутника Луны. Затем два космонавта стартовали с Луны во взлетной ступени (части лунного отсека), взлетная ступень переходила на орбиту искусственного спутника Луны, стыковалась с основным блоком и космонавты переходили в основной блок. После этого взлетная ступень сбрасывалась на Луну, а космонавты в основном блоке возвращались на Землю. Полеты на Луну космонавтов и автоматических станций, а также получаемые ими новые результаты накапливаются так быстро, что всякая книга отстает от них. Поэтому мы вынуждены просить наших читателей за более подробной и точной информацией обращаться к периодике. Здесь же мы вынуждены ограничиться лишь общей краткой характеристикой завоевания Космоса.

 

Рис. 42. Космонавт с луноэлектромобилем на Луне

В частности, необходимо подчеркнуть замечательные успехи советской автоматики. Советская автоматическая станция «Луна‑16» опустилась на Луну в Море Изобилия, по команде взяла пробу лунного грунта и вернулась на Землю. Позднее подобная станция «Луна‑20» доставила на Землю пробу из типичного материкового (горного) района Луны, куда космонавты попасть не смогли. С 17 ноября 1970 г. в течение 10 1/2 месяцев на Луне в Море Дождей работала советская автоматическая станция «Луно‑ход‑1». На своих оригинальных колесах она обследовала 80000 м2 лунной поверхности, в сотнях точек изучила физикомеханические свойства грунта, а в 25 точках произвела химический анализ его состава. Телевизионные установки «Лунохода» (движением которого управляли с Земли) передали на Землю свыше 200 панорам и 20 000 фотографий поверхности нашего спутника. Лазерный отражатель, установленный на верхней части «Лунохода‑1», позволял точно определять расстояние до него путем измерения времени распространения света лазера.

 

Рис. 43. 'Луноход‑1'

В 1973 г. в море Ясности, на дне кратера Лемонье диаметром 55 км был высажен «Луноход‑2». Он прошел за 5 лунных суток (4 1/2 месяца) 37 км, почти вчетверо больше, чем «Луноход‑1», изучая рельеф и свойства грунта.

Научные материалы, добытые всеми этими средствами, громадны и не все еще достаточно обработаны, сравнены, обсуждены и поняты.

Пробы грунтов позволили изучить химический, минералогический и петрографический состав разных мест Луны. С одной стороны, мы убедились непосредственно, что между Землей и Луной нет принципиального различия. И здесь и там содержатся одни и те же химические элементы и минералы, в сходных пропорциях, но есть на Луне и отличия от того, что известно на Земле, и есть различия состава лунного грунта от места к месту. Возраст лунных образцов составляет от 3,1 до 4,2 млрд. лет, а, в общем, возрасты Луны и Земли почти равны (не менее 4,6 млрд. лет).

 

Рис. 44. Схема движения 'Лунохода‑2'

Судя по доставленным на Землю образцам, лунный реголит представляет собой рыхлое вещество с плотностью около 1 г/см3, состоящее из обломков кристаллических пород и шариков природного стекла с примесью тонкозернистого цементирующего вещества и с застывшими микроскопическими газовыми пузырьками. Это ‑ продукт переработки открытой поверхности коренных пород в условиях вакуума под действием внешних условий: метеоритной бомбардировки, облучения и резкой смены температуры в течение невообразимо длительных сроков. Толщина реголита в различных участках посадки на Луну космических аппаратов ‑ от нескольких метров до нескольких десятков метров. Реголит не имеет резкой нижней границы, а постепенно переходит в подстилающие коренные породы. В наружных слоях реголита сосредоточено наиболее сильно переработанное вещество, в средних слоях встречаются многочисленные мелкие обломки, а в нижних включены крупные глыбы коренных пород, на которых и лежит слой реголита. Коренные породы, как выяснилось в результате исследования доставленных образцов, представляют собой два типа продуктов вулканических извержений: на равнинах Луны это так называемый базальт, с плотностью 3,2 г/см3, а на «материковых» участках ‑ анортозиты.

На поверхности реголита разница между дневной и ночной температурой составляет почти 300°, но на небольшой глубине под поверхностью ее суточные колебания не так велики. На глубине нескольких метров температура практически постоянна и равна средней суточной. В более глубоких слоях температура более высока за счет выхода из недр потока тепла, обусловленного распадом радиоактивных элементов, которые содержатся в лунной коре. Толщина коры составляет несколько десятков километров. Глубже находится твердое вещество другой природы, а в центре Луны имеется небольшое вязкое (расплавленное) ядро.

Непосредственные дойные о радиоактивных элементах на Луне принесли измерения ее гамма‑излучения, сделанные впервые приборами автоматической станции «Луна‑10». Оно оказалось почти вдвое сильнее, чем излучение гранитов ‑ земных пород с наибольшим содержанием радиоактивных элементов, Но 90% излучения Луны создается ядерными реакциями, происходящими под действием облучения космическими лучами. Состав горных областей на Луне, по‑видимому, ближе к первоначальному составу ее коры и к составу метеоритов, более бедных радиоактивными элементами. Позднее местами первичная кора опускалась, расплавлялась и заливалась базальтовыми породами.

Упомянем, что измерения силы тяжести над разными участками Луны обнаружили ее увеличение над большими круглыми лунными морями. Такие аномалии силы тяжести должны быть обусловлены наличием избыточных масс под этими поверхностями. Эти массы назвали масконами (сокращение слов «mass concentration» ‑ «концентрация массы»). Происхождение их обсуждается. Пыль, накапливающаяся при ее выпадении из космоса и дроблении лунных пород, местами мало заметна, местами образует толстый слой и, оседая на космонавтов и на их приборы, очень мешала их работе. Космонавтами были установлены в пяти местах на Луне сейсмографы, регистрировавшие непрерывно мелкие лунотрясения от падения на Луну частей космических кораблей, а также от искусственно произведенных взрывов. Таким способом изучаются скорость и пути распространения сейсмических волн, что дает представление о свойствах лунных недр. Однажды было зарегистрировано падение крупного метеорита.

Неожиданным оказалось то, что скальные породы Луны имеют слоистое строение с толщиной слоев в десятки метров. Это говорит о сложности процессов, длительное время формировавших лунные горные породы. Ударно‑взрывное происхождение по крайней мере части этих образований несомненно. Это метеориты разрушали при своем падении лунный грунт, обломки которого разбрасывались, а затем спрессовывались.

Теперь мы расскажем немного о том, что смогут наблюдать космонавты на Луне в будущем, если бы они могли оставаться на ней подольше.

В скафандрах, которые отапливаются от аккумуляторов и снабжаются кислородом, космонавты выходят из корабля через шлюз на лунную почву в безвоздушное пространство. Луна вчетверо меньше Земли по диаметру, и потому ее поверхность более искривлена ‑ горизонт ближе к наблюдателю, ему видно не так далеко, как на Земле. Даже если космонавты окажутся в центре большого кратера, они увидят из‑за горизонта лишь верхушки окружающего его высокого горного вала.

Космонавты могут разговаривать на Луне только при помощи переносных радиопередатчиков. Ведь звук в безвоздушном пространстве не передается, даже взрыв при падении метеорита, образующего новый кратер.

Есть предложения базу первой лунной экспедиции сделать вроде землянки, обложив ее тепловой и антирадиационной изоляцией. Надо устроить и крышу ‑ не от дождя, нет... Его ведь там не бывает, ‑ а для защиты от микрометеоритов. И они иногда могут создать каменный дождь...

В «землянке» температура (без подогрева) будет меняться значительно меньше, оставаясь близкой к 0°С. Отапливать землянку, вероятно, можно будет атомным реактором. Если ее герметизировать, то в ней можно иметь и воздух. Воздух в необходимом количестве надо привезти с Земли или же его удастся добыть химическим путем из лунных пород. Из них же, может быть, удастся добыть и воду, хотя мне это представляется едва ли осуществимым при первых полетах.

Если космонавты будут наблюдать восход Солнца, то перед этим они не увидят ни сумерек, ни утренней зари, а на темном небе первыми покажутся жемчужные лучи солнечной короны ‑ сияния, окружающего Солнце. На Земле она видна глазом только во время полных затмений Солнца, когда небо темнеет. Тени предметов на Луне черны и резки.

Переход с освещенного Солнцем места в тень влечет резкое изменение температуры. На Земле мы чувствуем в тени тепло нагретого воздуха, хотя и на Земле в солнечных лучах добавляется прямое нагревание.

Солнце медленно ползет над горизонтом, и только через 7 1/4 земных суток после его восхода наступает полдень. На небе мы увидим и нашу далекую Землю. Она будет в фазе, противоположной фазе Луны в это время.

Когда с Земли вся Луна темная и не видна вблизи Солнца, то с Луны космонавт увидит Землю как голубоватый круглый диск, больше чем наполовину скрытый белыми пятнами облаков, так что узнать на кем материки будет нелегко. И уже, конечно, не будет ничего похожего на «физическую» карту земного полушария. Видны темные океаны и светлые материки, ‑ детали на них не имеют цветовых контрастов, которые съедаются дымкой земной атмосферы. А на краях Земли из‑за атмосферы и вовсе ничего не будет видно. Подробнее о том, что видно на Земле издали, рассказано далее в очерке «Путешествия на Гермес и на Гермесе». О том, как видна с Луны деятельность человечества на Земле, я расскажу в этой книге в очерке «Есть ли жизнь на Земле?».

Площадь земного шара в 14 раз больше площади Луны, и так как Земля со своими облаками лучше, чем Луна, отражает свет, то в итоге полная Земля освещает ночи своего спутника в 40 раз ярче, чем полная Луна освещает нас. Поэтому вблизи новолуния, когда Луна выглядит как узкий серп, остальная ее (ночная) часть, освещенная светом Земли, тоже хорошо заметна. Это свечение Луны называют пепельным светом. На фоне пепельного света хорошо видны очертания лунных морей.

Особенно интересны условия видимости Земли с лунных полюсов и других мест, которые с Земли видны вдоль края лунного диска. Там Земля совершает сложные, хотя и небольшие движения у самого горизонта. Они вызваны неравномерностью движения Луны.

Когда для космонавтов на Луне наступает новоземелие, то Земля остается видимой выше или ниже Солнца как светлое кольцо. Это кольцо образуется атмосферой, освещенной Солнцем сзади. Ну, а если Земля окажется прямо перед Солнцем, у космонавтов наступит полное солнечное затмение, продолжительность полной фазы которого достигает 1 1/2, часов. На Земле же в это время видно затмение Луны. Когда на Земле происходит солнечное затмение, то с Луны оно выглядит совсем не эффектно ‑ по Земле бежит маленькое темное пятно с полутенью вокруг, и это все.

Солнце для космонавта на Луне за месяц делает полный круг по звездному небу и относительно горизонта. Земля же почти неподвижно висит в том или другом месте неба относительно горизонта, в зависимости от положения космонавта на Луне.

Некоторые авторы полагают, что для обследования Луны космонавты должны двигаться вслед за терминатором (границей дня и ночи). Здесь температура может быть более благоприятной. На экваторе для этого пришлось бы передвигаться со скоростью 15,4 км/час, а у полюсов можно в тех же условиях оставаться и долгое время. Здесь лучи Солнца всегда скользят вдоль горизонта.

Советские автоматические станции установили отсутствие у Луны магнитного поля, подобного тому, какое существует у Земли. Земное магнитное поле обусловливает, как мы рассказывали, существование вокруг Земли пояса частиц высоких энергий. У Луны такого пояса нет.

Магнитные поля в 1000 раз слабее земных, наблюдаются лишь в некоторых местах Луны. Они местного происхождения.

Предполагают, что магнитное поле Земли обусловлено электрическими токами, циркулирующими в ее жидком ядре. Если это верно, то отсутствие магнитного поля у Луны говорит о том, что строение ее недр существенно отличается от земных.

Из‑за отсутствия у Луны магнитного поля компас на ней для космонавтов будет бесполезен и определять направление можно будет только по положению на небе Земли и звезд. Для того чтобы космонавты могли определять время и координаты своего местонахождения на Луне, они должны изучить специальные способы: «земные» непригодны, так как Луна имеет другое положение оси своего вращения, другой период его и иначе, чем Земля, перемещается вокруг Солнца. Эти способы частично уже разработаны и разрабатываются дальше.

 

Еще две земные Луны, но они... из пыли

 

Предположения о существовании на Луне повсеместного толстого пылевого слоя не оправдались, но, как бы в компенсацию, польский астроном Кордылевский открыл, что у Земли есть еще два спутника, еще две луны и эти луны состоят из пыли целиком!

Эти спутники Земли видны невооруженным глазом лишь с гор при исключительно благоприятных условиях прозрачности воздуха, положения их над горизонтом и при нахождении «настоящей» Луны под горизонтом.

Открытие было сделано Кордылевским еще в 1956 г., но за последующие 10 лет лишь немногим удалось видеть эти спутники Земли в виде размытых, крайне слабо светящихся пятен в несколько градусов диаметром. Они перемещаются среди звезд по тому же пути, что и Луна, и с такой же скоростью, но одно пятно идет всегда на 60° впереди Луны, а другое на 60 позади нее. Из этого ясно, что оба спутника находятся от Земли на том же расстоянии, что и Луна, и образуют с Луной и Землей равносторонние треугольники. Они находятся в так называемых либрационных точках, открытых Лагранжем в XVIII в. теоретически при изучении движения трех тел, из которых два имеют большие массы, а третье очень малую. Под действием больших масс третье тело при произвольных условиях будет быстро менять свою орбиту. Таким образом, его движение будет неустойчивым. Но если, как доказал Лагранж, три тела в начале движения будут находиться в вершинах равностороннего треугольника, их движение будет устойчивым и взаимное расположение будет сохраняться. Однако при наличии слабых возмущений, например, притяжения других, более далеких тел, тело малой массы будет несколько колебаться около вершины треугольника, будет происходить его либрация.

Вершины двух описанных равносторонних треугольников называются либрационными точками Лагранжа. В XX в. были открыты такие малые планеты ‑ астероиды, которые движутся вблизи либрационных точек в системе, образуемой ими с Юпитером и Солнцем.

Кордылевский открыл новые спутники Земли не случайно. Он искал вблизи либрационных точек крупные метеориты, которые могли туда попасть из окололунного пространства. Но вместо этого он открыл упомянутые облака, которые могут быть только облаками космической пыли. Они должны быть скоплениями пылинок, застрявшими вблизи либра‑ционных точек при своем беспорядочном движении в Солнечной системе. Облака эти, отражающие солнечный свет, должны быть очень разрежены. Их диаметр несколько больше диаметра Земли. Края их нерезки, масса неизвестна, но очень мала.

 

Раскаленный двойник Луны ‑ Меркурий

 

В отношении размеров, масс, близости к Солнцу, густоты атмосфер, а также средней плотности все планеты можно разделить на две группы: планеты типа Земли и планеты типа Юпитера. С ростом диаметра планет земного типа (а, по‑видимому, и их спутников) растет их средняя плотность: Луна 3,3; Меркурий, Марс, Венера ‑ около 4; Земля 5,5 г/см3. В этом направлении, вероятно, растет не только относительный, но и абсолютный диаметр их плотного ядра. Впрочем, у Луны, Меркурия и Марса тяжелого ядра может и совсем не быть.

Меркурий, ближайшую к Солнцу планету, трудно изучать потому, что она большей частью теряется в его лучах. Поэтому первоначальные представления о Меркурии были во многом ошибочными.

Свой оборот вокруг Солнца Меркурий завершает за 88 земных суток, то есть носится вокруг Солнца «как угорелый», с «точки зрения» медленно шествующих вокруг Солнца далеких от него планет.

Когда Меркурий виден на небе подальше от дневного светила, то в телескоп, он представляется, как Луна в первой или в последней четверти, т. е. как полукруг.

Из наблюдения смутных пятен, видимых на нем, астрономы предварительно заключили, что Меркурий, как кролик, зачарованный змеиным взглядом, не может повернуться относительно Солнца и обращен к нему одной и той же стороной. Так, считалось, что Меркурий (в прошлом ‑ символ греческого бога торговли и путешествий) обращается вокруг Солнца, как бы не смея отвести от него своего «лица». Были даже составлены карты освещенного полушария Меркурия, не пользовавшиеся, впрочем, большим доверием.

 

Рис. 45. Структура больших кратеров Меркурия

Радиолокационные наблюдения 1964 г. в США неожиданно показали, что период обращения Меркурия вокруг оси по отношению к звездам составляет около 59 суток! Значит, по отношению к Солнцу Меркурий, хотя и медленно, но поворачивается в прямом направлении. Каждое его полушарие по временам освещается Солнцем. На нем нет полушария вечного дня и полушария вечной ночи, а солнечные сутки на нем длятся вдвое дольше, чем его год!

Как же это согласовать с периодом, выведенным из прежних зарисовок пятен на Меркурии? Противоречие? Оказалось, что противоречия нет. Промежутки между временем зарисовки одних и тех же пятен Меркурия в одинаковом положении на его диске при одинаковых фазах удовлетворяются не только периодом в 88 суток, но и другими, в том числе периодом в 58,4 суток. Этот период согласуется с периодом, полученным из радионаблюдений.

Солнце вызывает на планете приливной горб, всегда оттягиваемый к нему. Если планета вращается быстро, то это явление создает то, что называется приливным трением. Оно тормозит вращение планеты. Если орбита планеты точно круговая, то за века ее вращение относительно Солнца может совсем прекратиться. С Меркурием этого не случилось, так как его орбита имеет большой эксцентриситет. Эти расчеты, основанные на теории тяготения, точнее, на теории приливов, объяснили даже количественно новый период вращения Меркурия, найденный из радионаблюдений.

 

Рис. 46. 'Ровные площади на Меркурии'. Стороны этого прямоугольника составляют всего около 40 км'

В свете того открытия, что на Марсе, как и на Луне, множество кольцевых гор ‑ кратеров, ожидали, что их много и на Меркурии. Ведь по размеру он промежуточен между Луной и Марсом. Это показали фотографии, сделанные в 1974 г. с близкого расстояния межпланетной станцией США «Маринер‑10», пролетавшей мимо Меркурия дважды. Было передано несколько тысяч фотографий разного масштаба, позволяющих построить глобус Меркурия и карты его поверхности столь же подробные, как карты Луны! (И более точные, чем карты некоторых участков на Земле.) В самом деле, разрешение фотографий достигало 100 м! (100 м ‑ это длина больших домов на Земле.) Весь Меркурий изрыт такими же кратерами, как Луна, и столь же густо. Даже специалист не отличит небольшие участки Луны и Меркурия друг от друга. Нет различия в размерах кратеров, в обрывистости их валов, наружных и внутренних, в наличии менее изрытых и темноватых днищ «морей» и долин. Такую поверхность создали на Меркурии те же причины, что и на Луне ‑ мощный вулканизм и бесчисленные падения крупных и мелких метеоритов в далеком прошлом.

 

Рис. 47. Фотографии Луны (слева) и Меркурия (справа) в одинаковых фазах для сравнения

Кольцевые горы и ямки от ударов при падении метеоритов образуются при отсутствии достаточно плотной атмосферы, способной смягчить эти удары. Сила тяжести на этой планете недостаточна для удержания вокруг нее атмосферы, сравнимой с земной по своей плотности. Предполагали, что если у Меркурия атмосфера есть, то крайне разреженная. Ни прямые наблюдения, ни изучение спектра планеты с наземных астрономических обсерваторий не дают бесспорных признаков этой атмосферы. Обнаружить ее удалось только с космического корабля, который с близкого расстояния наблюдал спектры слабого свечения газов возле поверхности Меркурия в ультрафиолетовых лучах, для которых земная атмосфера непрозрачна. Приборы космического корабля «Маринер‑10» (США) показали, что концентрация газов у поверхности Меркурия во много раз больше, чем в межпланетном пространстве. Получены оценки количества атомов кислорода и водорода, а также инертных газов: аргона, неона, ксенона и даже гелия. Но полное давление этих газов всех вместе у поверхности Меркурия ничтожно жало: оно не превышает одной пятисотмиллиардной доли от давления у поверхности Земли.

 

Рис. 47. Фотографии Луны (слева) и Меркурия (справа) в одинаковых фазах для сравнения

Меркурий в 2 1/2 раза ближе к Солнцу, чем Земля, и получает от него тепла в шесть раз больше. При отсутствии достаточной атмосферы и медленном вращении он должен днем сильно накаляться, а на ночной стороне быстро и надолго остывать. Когда Солнце стоит в зените, поверхность Меркурия нагревается до температуры 290°‑420°С, в зависимости от периодически изменяющегося расстояния до Солнца (вследствие большого эксцентриситета орбиты Меркурия), а на среднем расстоянии от Солнца температура на Меркурии бывает 345°С. Жарко! Даже на сковородке, когда что‑нибудь жарят, такая температура не достигается ‑ все подгорит! А в сезон приближения к Солнцу на экваторе Меркурия в полуденных участках могли бы появляться озера из расплавленного свинца! О существовании не только льда и снега, но даже жидкой воды, воображаемый обитатель Меркурия не мог бы даже и догадаться.

 

Рис. 48. Кратеры Меркурия вблизи лимба

Однако ночью там страшный холод: в некоторых участках ночной стороны планеты, по измерениям с «Маринера‑10», поверхность остывает до ‑173°С.

 

Загадки красавицы Венеры

 

Наша соседка Венера, лишь немногим уступающая Земле по размеру и массе, видна для невооруженного глаза как звезда‑красавица. То утром, то вечером она купается в лучах зари и в древности принималась за два разные светила, носившие названия Веспер и Люцифер. Как и Меркурий, она меняет свои фазы, но удаляется от Солнца дальше и потому удобнее для наблюдений. Когда она видна как широкий серп, то достигает наибольшей яркости при наблюдении с Земли. В эту пору, как светлая точка, она может быть видна на фоне голубого неба даже днем. Известно, что фазы Венеры открыл еще Галилей в 1610 г. Он не был сначала уверен в правильности своего наблюдения и не решался сообщить о нем открыто, но не хотел и упустить первенства. Поэтому он сообщил лишь латинскую фразу, которая в переводе означала: «Эти незрелые вещи разбираются уже мною, но тщетно» и к ней добавил две буквы, которые не смог использовать для написания в таком зашифрованном виде своего открытия. 5 ноября Галилея спросили, не имеют ли фаз Меркурий и Венера. Этого можно было ожидать, поверив Копернику, что орбиты этих планет лежат внутри орбиты Земли. Галилей осторожно ответил, что он еще не изучил всего, касающегося неба, и что будучи нездоров, он не наблюдает, а лежит чаще в постели. Лишь окончательно убедившись в верности своего открытия, Галилей расшифровал свою анаграмму. Переставив ее буквы в другом порядке, можно было получить фразу (без лишних букв!): «Мать любви подражает видам Цинтии». Мать любви ‑ богиня Венера, а Цинтия‑ одно из древних названий Луны.

Венера ревниво хранит свои тайны. Когда она близка к нам так, что ее узкий серп можно различить даже в сильный бинокль, большая часть ее полушария, обращенного к нам, не освещена. А когда она освещена почти вся, то находится раз в шесть дальше, да еще теряется в солнечных лучах. Атмосфера ее ‑ первое, что на ней обнаружили, ‑ содержит слой плотных облаков и, как чадра восточной красавицы прошлых времен, скрывает от нас ее поверхность.

 

Рис. 49. Фотографии Венеры в ультрафиолетовых лучах: слева ‑ наземная, с низким разрешением, справа ‑ с близкого расстояния со станции 'Маринер‑10' с высоким разрешением

Белые облака Венеры хорошо отражают солнечный свет и делают ее самым ярким светилом неба (кроме Солнца и Луны). Никаких постоянных пятен на Венере не видно, поэтому из визуальных или фотографических наблюдений период ее вращения с уверенностью определить не могли. Спектральный анализ тоже не показывал заметного вращения.и в конце концов многие решили, что она как и Меркурий, всегда обращена к Солнцу одной стороной. Как Меркурий..., но ведь радиолокационные наблюдения обнаружили, что Меркурий относительно Солнца все же поворачивается! Да, радиолокационные наблюдения Венеры тоже принесли неожиданное открытие. И в СССР и в США радиоастрономы убедились в том, что период вращения Венеры относительно звезд составляет 243 земных суток, что почти равно периоду ее обращения (225 суток). Но Венера вращается в обратном направлении, как ни одна другая планета от Меркурия до Сатурна. Поэтому солнечные сутки на ней длятся 117 земных суток. Наклон оси вращения Венеры очень мал, так что на ней нет смены времен года.

Но вернемся к атмосфере, в которой плавает облачная завеса. Уже довольно давно в атмосфере Венеры по спектру было обнаружено значительное количество углекислого газа. После этого накопление сведений застопорилось надолго. Только в 60‑е годы совершенствование астрономических приборов и методики спектроскопии позволило при помощи наземных телескопических наблюдений зарегистрировать присутствие в атмосфере Венеры небольшой примеси других газов: очень малого количества водяного пара и ядовитого угарного газа, а также хлористого и фтористого водорода, ‑ последние два у нас на Земле встречаются только в кратерах вулканов и на химических заводах, где они используются для приготовления сильных кислот. К сожалению, при помощи наземных измерений нельзя с уверенностью обнаружить на Венере некоторые другие газы, даже если бы они были основными составляющими частями атмосферы. Предполагали, что там много азота, по аналогии с воздухом. Но для проверки этого предположения требовалось использовать межпланетные ракеты.

 

Рис. 50. Фотографии Венеры с семичасовыми промежутками

Кроме химического состава атмосферы важно знать также температуру и давление на поверхности планеты.

Измерения с Земли теплового излучения Венеры в инфракрасном диапазоне спектра показывали температуру около ‑35°С как для ночной, так и для дневной стороны планеты. На первый взгляд этот результат кажется удивительным: почему днем такой холод? Известно, что Венера ближе к Солнцу, чем Земля, в 1 1/2 раза! Дело в том, что инфракрасное излучение приходит от наружной поверхности облаков Венеры‑именно их температуру показывает радиометр. Поэтому не следует удивляться: ведь и в земной стратосфере, на большой высоте, температура низка и мало меняется как ото дня к ночи, так и от полюса к экватору. Эти результаты для Венеры были подтверждены полетом американской станции «Маринер‑2» в 1962 г., которая пролетела мимо планеты на расстоянии 40 тыс. км и передала некоторые интересные сведения, хотя и не так много, как ожидали.

Около центра диска планеты была зарегистрирована температура над облаками ‑34°С, а на краях планеты она доходила до ‑51° и ‑57°, что говорит о более высокой температуре в глубинах атмосферы, куда легче заглянуть именно в центре диска планеты по отвесной линии, а не по наклонной, как на краю. Впрочем, вывод о более высокой температуре в нижних слоях плотной атмосферы получен независимо другим способом ‑ из всей совокупности наших знаний о физике газов и о планетных атмосферах. Но какова толщина венерианской атмосферы и каковы условия в ее нижних слоях? Большая, чем на Земле, плотность атмосферы Венеры была очевидна уже из очень давних прямых наблюдений этой планеты, когда она видна как узкий серп. В таких случаях длина серпа бывает не 180° по лимбу, как у Луны, а гораздо больше. В определенных условиях освещения (когда Векера перед наземным наблюдателем расположена почти на фоне Солнца) кончики светлого серпа удлиняются настолько, что замыкаются, образуя тонкое светящееся кольцо. Такое явление ‑ следствие рефракции (преломления света в атмосфере Венеры) и большой высоты слоя облаков, рассеивающих солнечный свет. Приводя различные доводы и обоснования, ученые пытались вычислить высоту, до которой простираются облака в атмосфере Венеры. По одним оценкам получали 30 км, а по другим ‑ до 100 км. Но все‑таки 30 или 100? Эти два значения приводят к сильно различающимся теоретическим оценкам атмосферного давления, так же как наличие или отсутствие азота.

Сплошная облачность Венеры, близкой к Солнцу, наводила на мысль, что условия на поверхности Венеры сходны с теми, какие были на Земле в каменноугольный период ее геологической истории. Тогда под облаками во влажной, богатой углекислым газом атмосфере, установились климатические условия, благоприятные для бурного развития мощной растительности. Жестокий удар по этим долго бытовавшим представлениям в последние годы нанесли радиоастрономические исследования Венеры. Многократно повторенные, они говорили о том, что физические условия на прекрасной планете для жизни совсем не прекрасны. Там непомерно жарко. Результаты измерений радиоизлучения Венеры, которое может проходить сквозь облака и идти к нам от самой поверхности планеты, показывают температуру до 380°С! На миллиметровых волнах температура пониже: +100°С, но это излучение приходит к нам из более холодных слоев атмосферы.

Очень высокая температура на Венере вызывается, как полагают многие ученые, парниковым эффектом: ее атмосфера, более прозрачная для видимых, чем для инфракрасных лучей, пропускает излучение Солнца, нагревающее поверхность и атмосферу, но сильно задерживает выход наружу теплового излучения поверхности.

Один из ученых заключил, что часть поверхности в наиболее горячих участках на Венере может быть покрыта расплавленными металлами такими как свинец (температура плавления 327°,3), и, вероятно, даже цинк (419°,5) и более редкое на Земле олово (231°,9), а также расплавленными химическими соединениями из числа легкоплавких карбонатов. Существуют ли подобные озера на Венере в действительности, мы не знаем, но оказалось, что более холодных областей нет на всей планете: температура дневных и ночных районов и даже полюса и экватора там практически одинакова: разница составляет всего несколько градусов.

При таких условиях высадка космонавтов на Венере едва ли возможна. Иное дело ‑ более «выносливые», чем человек, автоматические приборы, хотя и они для нормальной работы нуждаются в защите от чрезмерного перегрева.

В 1966 г. к Венере подлетели две советские космические станции. Одна из них доставила на Венеру вымпел с гербом СССР, а другая пролетела от нее на расстоянии 24 000 км.

Несравнимые ни с чем предыдущим данные принесли сообщения спускаемого аппарата советской автоматической межпланетной станции «Венера‑4», который плавно опустился в атмосферу 18 октября 1967 г. впервые в мире. (Через сутки после этого американская космическая станция «Маринер‑5» пролетела на расстоянии 4 тыс. км от поверхности Венеры и провела научные исследования). Приборы советской станции «Венера‑4» впервые произвели измерения непосредственно в атмосфере планеты. Полученные результаты уточнялись и дополнялись измерениями при помощи усовершенствованной аппаратуры в последующих экспериментах. В 1969 г. был осуществлен парашютный спуск в атмосфере Венеры советских автоматических межпланетных станций «Венера‑5» и «Венера‑6», которые, как и предыдущая, произвели посадку на точном полушарии планеты. Радиопередача информации на трассе спуска продолжалась до того момента, когда температура повысилась до 325°С, а давление ‑ до 27 атмосфер, после чего приборы перестали функционировать. Одним из важнейших результатов этих экспериментов было открытие, что углекислый газ в атмосфере Венеры является не примесью, а основной составляющей, и что объемное содержание азота не превышает 2% (если он там имеется), кислорода ‑ не более 0,1%, а содержание водяного пара вблизи облачного слоя не превышает нескольких десятых долей одного процента.

В 1970 г. на Венеру ‑ также в неосвещенном участке ‑ опустилась станция «Венера‑7», передававшая информацию не только во время спуска, но даже с самой поверхности планеты (очевидно, твердой!). В месте посадки были зарегистрированы температура 470°С и давление 90 атмосфер с возможной ошибкой ±15 атмосфер. Плотность атмосферы была в 60 раз выше, чем на Земле. В 1972 г. «Венера‑8», в отличие от предыдущих станций опустившаяся на дневной стороне планеты, показала температуру 470°±20°С при давлении 93±1,5 атмосферы. Прибор для измерения освещенности показал, что из‑за густой облачности на поверхности «утренней звезды» днем царят сумерки, но между облаками и поверхностью планеты имеется прозрачный слой атмосферы.

В октябре 1975 г. спускаемые аппараты советских автоматических станций «Венера‑9» и «Венера‑10» впервые передали на Землю телевизионные панорамы поверхности Венеры. Сами станции стали искусственными спутнршами планеты.