Расстояние между Землей и Венерой
Венера, названная в честь древнеримской богини красоты, плодородия и процветания, расположена по соседству с Землей и по ряду характеристик чрезвычайно на нее похожа. Размеры и вес их почти одинаковы, обе имеют плотную атмосферу и расположены в «поясе жизни». Однако для существования белковых форм самая горячая планета Солнечной системы мало приспособлена. И хотя расстояние до Венеры меньше, чем до Марса, освоение человеком последнего намного предпочтительней.
Как далеко от Солнца находится Венера
Уникальность Венеры проявляется не только в ужасающей температуре на поверхности, составляющей +460°C, что превышает показатели даже ближайшего к Солнцу Меркурия, но и в особенностях вращения планеты вокруг светила. Это единственное тело в нашей планетной системе, которое движется почти по круговой орбите (у всех остальных планет она эллиптическая) и имеет осевое вращение против хода движения. Причем оно настолько медленное, что венерианский день, равный 243 земным, по продолжительности превышает год на этой планете (224,7 земных суток).
Среднее расстояние от Солнца до Венеры определяется в 108,208 млн км, что составляет 0,72 астрономических единицы (1 АЕ равна 150 млн км).
Колебания от этой отметки в космических масштабах минимальны:
- в перигелии (самой близкой к звезде точке) дистанция составляет 107,477 млн км;
- в афелии (наиболее удаленной) — 108,977 млн.
Минимальное, среднее и максимальное расстояние между Землей и Венерой
Из-за движения планет по самостоятельным орбитам расстояние между ними всегда представляет собой вариативный параметр, изменяющийся в каждый момент времени. Однако тысячелетние наблюдения за третьим по яркости (после Солнца и Луны) небесным телом создали достаточную научную базу, чтобы определить закономерность: находящаяся ближе к звезде Венера каждые 584 дня обгоняет Землю в их вращении вокруг светила. А значит ту же периодичность имеют и моменты наибольших сближений и отдалений планет друг от друга.
Математическое моделирование и расчеты дали следующие результаты:
- в момент нижнего соединения, когда Венера располагается в ближайшей к Земле точке, расстояние между ними составляет 38 млн км;
- в верхнем соединении, когда находится максимально далеко — 261 млн км;
- среднее расстояние — около 150 млн км.
Ближайшее верхнее соединение датируется 11.08.2019 г., когда Венера отдалилась на 259 млн км, а нижнее произошло 27.10.2018 — приближение составило 40,8 млн км.
История измерения расстояний
Попытки определить расстояние до Венеры предпринимались человеком с тех пор, как он осознал существование Вселенной и наличие в ней небесных тел. Поиск методологии занял тысячелетия, если принять во внимание, что на клинописных табличках из древнего Вавилона зафиксирована одна из первых подобных попыток. Постоянные наблюдения за планетой позволили определить, что она находится ближе к Солнцу, ее размеры, наличие атмосферы и относительное расстояние объекта от остальных тел системы. Не хватало только масштаба, чтобы относительные величины могли превратиться в километраж.
Прорыв в сфере определения межпланетных расстояний был совершен в 1762 г., когда в результате одновременных наблюдений за Марсом из Парижа в Европе и Кайенны в Южной Америке французские астрономы Джан Доменико Кассини и Жан Рише смогли определить количество километров до Красной планеты. Полученный показатель был не совсем точным из-за технических погрешностей, но близким к реальности. Он позволил масштабировать Солнечную систему и определить размер астрономической единицы, оказавшейся в 22 тыс. раз больше экваториального радиуса Земли.
В основу измерения был положен принцип измерения параллакса — углового смещения наблюдаемого объекта на фоне далеких звезд. Английский ученый Эдмунд Галлей разработал метод определения расстояния до Солнца путем наблюдения за прохождением Венеры по солнечному диску. И хотя сам он не дожил до этого события, в 1761 г. во все концы света были отправлены астрономические экспедиции, снимавшие показания наблюдений. Но на точность измерений вновь повлияло несовершенство инструментария. Достоверные данные были получены только в ходе наблюдений за транзитом Венеры в 1874 и 1882 гг.
С 60-х гг. XX в. стал использоваться радиолокационный метод определения расстояний. Принцип его заключается в том, что к небесному телу посылается мощный кратковременный радиоимпульс и принимается отраженный от объекта сигнал.
Сколько лететь до Венеры
Самым первым летательным аппаратом, достигшим Венеры, стала американская исследовательская станция «Маринер-2», запущенная 27 августа 1962 г. Чтобы долететь до цели, ей потребовалось 110 суток. В 2005 г. был отправлен последний межпланетный корабль «Венера-Экспресс», который, несмотря на последние достижения космической отрасли, добирался до объекта исследований 153 дня.
Такая разница объясняется целым рядом параметров, среди которых важнейшими являются определение скорости запуска и расчет траектории полета. Минимум времени потребуется аппарату для достижения Венеры, если он будет выведен на смежную орбиту, догонит объект и после этого сможет осуществить посадку или стать его искусственным спутником. Однако для того, чтобы сделать полет дешевле, а проект экономически выгодным, необходимо сокращение количества топлива в разгонном блоке, что ведет к увеличению времени в пути.
Источник
Журнал «Все о Космосе»
Венера
Снимок Венеры с американской автоматической межпланетной станции Маринер-10
Общие сведения
Среднее расстояние Венеры от Солнца — 108 млн км (0,723 а. е.). Расстояние от Венеры до Земли меняется в пределах от 40 до 259 млн км. Её орбита очень близка к круговой — эксцентриситет составляет всего 0,0068. Период обращения вокруг Солнца равен 224,7 земных суток; средняя орбитальная скорость — 35 км/с. Наклон орбиты к плоскости эклиптики равен 3,4°.
Венера классифицируется как землеподобная планета, и иногда её называют «сестрой Земли», потому что обе планеты похожи размерами, силой тяжести и составом. Однако условия на двух планетах очень разнятся. Атмосфера Венеры, самая плотная среди землеподобных планет, состоит главным образом из углекислого газа. Поверхность планеты полностью скрывают чрезвычайно густые облака серной кислоты, непрозрачные в видимом свете. Споры о том, что находится под густой облачностью Венеры, продолжались до XX века. В то же время атмосфера Венеры прозрачна для радиоволн, с помощью которых впоследствии и был исследован рельеф планеты.
Сравнительные размеры (слева направо) Меркурия, Венеры, Земли и Марса
Атмосферное давление на поверхности Венеры в 92 раза больше, чем на Земле. Детальное картографирование поверхности Венеры проводилось в течение последних 22 лет, в частности проектом «Магеллан». Поверхность Венеры носит яркие признаки вулканической деятельности, а атмосфера содержит много серы. Некоторые эксперты полагают, что вулканическая деятельность на Венере продолжается и сейчас. Однако явных доказательств этому не было найдено, поскольку пока ни на одной из вулканических впадин (кальдер) не было замечено лавовых потоков. Удивительно низкое число ударных кратеров говорит в пользу того, что поверхность Венеры относительно молода: ей приблизительно 500 миллионов лет. Никаких свидетельств тектонического движения плит на Венере не обнаружено, возможно, потому что её литосфера из-за отсутствия воды слишком вязкая и, следовательно, недостаточно подвижна.
Астрономия
Астрономические характеристики
Венера — третий по яркости объект на небе Земли после Солнца и Луны и достигает видимой звёздной величины −4,6 m . Поскольку Венера ближе к Солнцу, чем Земля, она никогда не удаляется от Солнца более чем на 47,8° (для земного наблюдателя). Поэтому обычно Венера видна незадолго до восхода или через некоторое время после захода Солнца, что дало повод называть её также Вечерняя звезда или Утренняя звезда.
Венеру легко распознать, так как по блеску она намного превосходит самые яркие звёзды. Отличительным признаком планеты является её ровный белый цвет. Венера, так же как и Меркурий, не отходит на небе на большое расстояние от Солнца. В моменты элонгаций Венера может удалиться от нашей звезды максимум на 47,8°. Как и у Меркурия, у Венеры есть периоды утренней и вечерней видимости. В древности считали, что утренняя и вечерняя Венеры — разные звёзды. Венера — третий по яркости объект на нашем небе. В периоды видимости её блеск в максимуме около −4,4m.
Венера всегда ярче, чем самые яркие звёзды
Ось вращения Венеры
Венера вращается вокруг своей оси, отклонённой на 2° от перпендикуляра к плоскости орбиты, с востока на запад, то есть в направлении, противоположном направлению вращения большинства планет. Один оборот вокруг оси занимает 243,02 земных суток. Комбинация этих движений даёт величину солнечных суток на планете 116,8 земных суток. Интересно, что один оборот вокруг своей оси по отношению к Земле Венера совершает за 146 суток, а синодический период составляет 584 суток, то есть ровно вчетверо дольше. В результате, в каждом нижнем соединении Венера обращена к Земле одной и той же стороной. Пока неизвестно, является ли это совпадением, или же здесь действует гравитационное притяжение Земли и Венеры.
Так как Венера расположена ближе к Солнцу, чем Земля, с Земли можно наблюдать прохождение Венеры по диску Солнца. При этом планета предстаёт в виде маленького чёрного диска на фоне огромного светила. Однако это очень редкое явление. В течение примерно двух с половиной столетий случается четыре прохождения — два декабрьских и два июньских. Последнее произошло 6 июня 2012 года. Следующее прохождение будет только 11 декабря 2117 года.
Прохождение по диску Солнца
Впервые наблюдал прохождение Венеры по диску Солнца 4 декабря 1639 года английский астроном Иеремия Хоррокс (1619—1641). Он же это явление предвычислил.
Венера на диске Солнца. Видео
Анимация. Смоделирована поверхность Венеры. Затем — визуальное удаление от Венеры вплоть до Земли. Окончание — прохождение Венеры по диску Солнца
Особый интерес для науки представляли наблюдения «явления Венеры на Солнце», которые сделал М. В. Ломоносов 6 июня 1761 года. Это космическое явление было также заранее вычислено и с нетерпением ожидалось астрономами всего мира. Исследование его требовалось для определения параллакса, позволявшего уточнить расстояние от Земли до Солнца (по методу, разработанному английским астрономом Э. Галлеем), что требовало организации наблюдений из разных географических точек на поверхности земного шара — совместных усилий учёных многих стран.
Из рукописи М. В. Ломоносова «Явление Венеры на Солнце…». 1761 Аналогичные визуальные исследования производились в 40 пунктах при участии 112 человек. На территории России организатором их был М. В. Ломоносов, обратившийся 27 марта в Сенат с донесением, обосновывавшим необходимость снаряжения с этой целью астрономических экспедиций в Сибирь, ходатайствовал о выделении денежных средств на это дорогостоящее мероприятие, он составил руководства для наблюдателей и т. д. Результатом его усилий стало направление экспедиции Н. И. Попова в Иркутск и С. Я. Румовского — в Селенгинск. Немалых усилий также стоила ему организация наблюдений в Санкт-Петербурге, в Академической обсерватории, при участии А. Д. Красильникова и Н. Г. Курганова. В их задачу входило наблюдение контактов Венеры и Солнца — зрительного касания краёв их дисков. М. В. Ломоносов, более всего интересовавшийся физической стороной явления, ведя самостоятельные наблюдения в своей домашней обсерватории, обнаружил световой ободок вокруг Венеры.
Это прохождение наблюдалось во всём мире, но только М. В. Ломоносов обратил внимание на то, что при соприкосновении Венеры с диском Солнца вокруг планеты возникло «тонкое, как волос, сияние». Такой же светлый ореол наблюдался и при схождении Венеры с солнечного диска.
М. В. Ломоносов дал правильное научное объяснение этому явлению, считая его результатом рефракции солнечных лучей в атмосфере Венеры. «Планета Венера, — писал он, — окружена знатной воздушной атмосферой, таковой (лишь бы не большею), какова обливается около нашего шара земного». Так впервые в истории астрономии, ещё за сто лет до открытия спектрального анализа, было положено начало физическому изучению планет. В то время о планетах Солнечной системы почти ничего не было известно. Поэтому наличие атмосферы на Венере М. В. Ломоносов рассматривал как неоспоримое доказательство сходства планет и, в частности, сходства между Венерой и Землёй. Эффект увидели многие наблюдатели: Т. Бергман, П. Варгентин, Шапп д’Отерош, С. Я. Румовский, но только М. В. Ломоносов правильно его истолковал. В астрономии этот феномен рассеяния света, отражение световых лучей при скользящем падении (у М. В. Ломоносова — «пупырь»), получил его имя — «явление Ломоносова».
Интересен второй эффект, наблюдавшийся астрономами с приближением диска Венеры к внешнему краю диска Солнца или при удалении от него. Данное явление, открытое также М. В. Ломоносовым, не было удовлетворительно истолковано, и его, по всей видимости, следует расценивать как зеркальное отражение Солнца атмосферой планеты. Особенно велико оно при незначительных углах скольжения, при нахождении Венеры вблизи Солнца. Учёный описывает его следующим образом:
Ожидая вступления Венерина на Солнце около сорока минут после предписанного в эфемеридах времени увидел, наконец, что солнечный край чаемого вступления стал неявственен и несколько будто стушеван, а прежде был весьма чист и везде ровен. Полное выхождение, или последнее прикосновение Венеры заднего края к Солнцу при самом выходе, было также с некоторым отрывом и с неясностью солнечного края.
Спутники Венеры
Венера рядом с Солнцем, закрытым Луной. Кадр аппарата «Клементина»
В XIX веке существовала гипотеза, что в прошлом спутником Венеры являлся Меркурий, который впоследствии был ею «потерян». В 1976 году Том ван Фландерн и Р. С. Харрингтон при помощи численного моделирования показали, что эта гипотеза хорошо объясняет большие отклонения (эксцентриситет) орбиты Меркурия, его резонансный характер обращения вокруг Солнца и потерю вращательного момента как у Меркурия, так и у Венеры. Также объясняется приобретение Венерой вращения, обратного основному в Солнечной системе, разогрев поверхности планеты и возникновение плотной атмосферы.
В прошлом так же имели место многочисленные заявления о наблюдении спутников Венеры, но они всегда оказывались основанными на ошибке. Первые заявления о том, что обнаружен спутник Венеры, относятся к XVII веку. Всего за 120-летний период до 1770 года о наблюдении спутника сообщалось более 30 раз, как минимум 20 астрономами.
К 1770 году поиски спутников Венеры были практически прекращены, в основном из-за того, что не удавалось повторить результаты предыдущих наблюдений, а также в результате того, что никаких признаков наличия спутника не было обнаружено при наблюдении прохождения Венеры по диску Солнца в 1761 и 1769 году.
Квазиспутники
У Венеры (как и у Марса и Земли) существует квазиспутник, астероид 2002 VE68, обращающийся вокруг Солнца таким образом, что между ним и Венерой существует орбитальный резонанс, в результате которого на протяжении многих периодов обращения он остаётся вблизи планеты.
Планетология
Атмосфера
Атмосферу на Венере открыл М. В. Ломоносов во время прохождения Венеры по диску Солнца 6 июня 1761 года (по новому стилю).
Атмосфера Венеры состоит в основном из углекислого газа (96 %) и азота (почти 4 %). Водяной пар и кислород содержатся в ней в следовых количествах (0,02 % и 0,1 %). Венерианская атмосфера содержит в 105 раз больше газа, чем земная. Давление у поверхности достигает 93 атм, температура — 750 К (475 °C). Это превышает температуру поверхности Меркурия, находящегося вдвое ближе к Солнцу. Причиной столь высокой температуры на Венере является парниковый эффект, создаваемый плотной углекислотной атмосферой.
Плотность атмосферы Венеры у поверхности всего в 14 раз меньше плотности воды. Несмотря на медленное вращение планеты, перепада температур между дневной и ночной стороной планеты не наблюдается — настолько велика тепловая инерция атмосферы.
Атмосфера Венеры простирается до высоты 250 км.
Облачный покров расположен на высоте 30—60 км и состоит из нескольких слоёв. Химический состав облаков не установлен. Предполагается, что в них могут присутствовать капельки концентрированной серной кислоты, соединения серы и хлора. Измерения, проведённые с борта космических аппаратов, спускавшихся в атмосфере Венеры, показали, что облачный покров не очень плотный, и, скорее, напоминает лёгкую дымку.
Зависимость температуры атмосферы от высоты
В ультрафиолетовом свете облачный покров выглядит как мозаика светлых и тёмных полос, вытянутых под небольшим углом к экватору. Их наблюдения показывают, что облачный покров вращается с востока на запад с периодом 4 суток. Это означает, что на уровне облачного покрова дуют ветры со скоростью 100 м/с.
О нерешённых проблемах, связанных с атмосферой планеты, высказался сотрудник Института исследований Солнечной системы Общества Макса Планка (ФРГ) Дмитрий Титов:
Практически вся её атмосфера вовлечена в один гигантский ураган: она вращается вокруг планеты со скоростью, достигающей 120—140 метров в секунду у верхней границы облаков. Мы пока совершенно не понимаем, как это происходит, и что поддерживает это мощнейшее движение. Ещё один пример: известно, что основной серосодержащий газ на Венере — это двуокись серы. Но когда мы начинаем моделировать химию атмосферы на компьютере, то выясняется, что двуокись серы должна быть «съедена» поверхностью в течение геологически короткого времени. Этот газ должен исчезнуть, если нет какой-то постоянной подпитки. Её приписывают, как правило, вулканической активности. В венерианской атмосфере молнии бьют в два раза чаще, чем в земной. Это явление получило название «электрический дракон Венеры». Природа такой электрической активности пока неизвестна. Впервые этот феномен был зафиксирован аппаратом «Венера-2». Причём обнаружили его как помехи в радиопередаче.
По данным советского спускаемого аппарата «Венера-8», освещённость у поверхности планеты при высоте Солнца 5,5° над горизонтом составляет 350±150 люкс, то есть незначительная часть солнечного излучения достигает поверхности планеты. При нахождении Солнца в зените освещённость составляет уже 1000—3000 люкс. На Венере никогда не бывает ясных дней.
По данным аппарата «Венера-экспресс» в атмосфере Венеры был обнаружен озоновый слой. Он расположен намного выше земного, на высоте около 100 км, и содержит в сотни раз меньше озона. Предполагается, что озоновый слой на Венере образуется под действием солнечного излучения из углекислого газа. Учёные подчёркивают, что концентрация озона в атмосфере Венеры характерна для неорганического сценария образования.
Климат
Топографическая карта Венеры
Этот эффект в атмосфере планеты, приводящий к сильному разогреванию поверхности, создают углекислый газ и водяной пар, которые интенсивно поглощают инфракрасные (тепловые) лучи, испускаемые нагретой поверхностью Венеры. Температура и давление сначала, падают с увеличением высоты. Минимум температуры 150—170 К (−125… −105 °C) определён на высоте 60—80 км, а по мере дальнейшего подъёма температура растёт, достигая на высоте 90—120 км 310—345 К (35—70 °C).
Ветер, весьма слабый у поверхности планеты (не более 1 м/с), в районе экватора на высоте свыше 50 км усиливается до 150—300 м/с. Наблюдения с автоматических космических станций обнаружили в атмосфере грозы.
Поверхность и внутреннее строение
Внутреннее строение Венеры
В 2009 году была опубликована карта южного полушария Венеры, составленная с помощью аппарата «Венера-экспресс». На основе данных этой карты возникли гипотезы о наличии в прошлом на Венере океанов воды и сильной тектонической активности.
Предложено несколько моделей внутреннего строения Венеры. Согласно наиболее реалистичной из них, на Венере есть три оболочки. Первая — кора толщиной примерно 16 км. Далее — мантия, силикатная оболочка, простирающаяся на глубину порядка 3300 км до границы с железным ядром, масса которого составляет около четверти всей массы планеты. Поскольку собственное магнитное поле планеты отсутствует, то следует считать, что в железном ядре нет перемещения заряженных частиц — электрического тока, вызывающего магнитное поле, следовательно, движения вещества в ядре не происходит, то есть оно находится в твёрдом состоянии. Плотность в центре планеты достигает 14 г/см³.
Подавляющее большинство деталей рельефа Венеры носит женские имена, за исключением высочайшего горного хребта планеты, расположенного на Земле Иштар близ плато Лакшми и названного в честь Джеймса Максвелла.
Рельеф
Поверхность Венеры, сфотографированная аппаратами Венера-9 и Венера-10.
Изображение поверхности Венеры на основе радиолокационных данных
Особенности номенклатуры
Поскольку облака скрывают поверхность Венеры от визуальных наблюдений, её можно изучать только радиолокационными методами. Первые, грубые, карты Венеры были составлены в 1960-е гг. на основе радиолокации, проводимой с Земли. Светлые в радиодиапазоне детали величиной в сотни и тысячи километров получили условные обозначения, причём существовало несколько систем таких обозначений, которые не имели всеобщего хождения, а использовались локально группами учёных. Одни применяли буквы греческого алфавита, другие — латинские буквы и цифры, третьи — римские цифры, четвёртые — именования в честь знаменитых учёных, работавших в сфере электро- и радио- техники (Гаусс, Герц, Попов). Эти обозначения (за отдельными исключениями) ныне вышли из научного употребления, хотя ещё встречаются в современной литературе по астрономии. Исключением являются область Альфа, область Бета и горы Максвелла, которые были удачно сопоставлены и отождествлены с уточнёнными данными, полученными с помощью космической радиолокации.
Кратеры на поверхности Венеры
Правила именования деталей рельефа Венеры были утверждены на XIX Генеральной ассамблее Международного астрономического союза в 1985 году, после обобщения результатов радиолокационных исследований Венеры автоматическими межпланетными станциями. Было решено использовать в номенклатуре только женские имена (кроме трёх приведённых ранее исторических исключений):
Крупные кратеры Венеры получают название в честь фамилий знаменитых женщин, малые кратеры — женские имена. Примеры крупных: Ахматова, Барсова, Барто, Волкова, Голубкина, Данилова, Дашкова, Ермолова, Ефимова, Клёнова, Мухина, Обухова, Орлова, Осипенко, Потанина, Руднева, Русланова, Федорец, Яблочкина.
Примеры мелких: Аня, Катя, Оля, Света, Таня и т. д.
Некратерные формы рельефа Венеры получают имена в честь мифических, сказочных и легендарных женщин: возвышенностям даются имена богинь разных народов, понижениям рельефа — прочих персонажей из различных мифологий:
земли и плато получают название в честь богинь любви и красоты; тессеры — по имени богинь судьбы, счастья и удачи; горы, купола, области называются именами различных богинь, великанш, титанид; холмы — именами морских богинь; уступы — именами богинь домашнего очага, венцы — именами богинь плодородия и земледелия; гряды — именами богинь неба и женских персонажей, увязанных в мифах с небом и светом.
Борозды и линии получают названия воинственных женщин, а каньоны — имена мифологических персонажей, связанных с Луною, охотой и лесом.
Терраформирование Венеры
Однако для фотосинтеза необходима вода, которой, по последним данным, на Венере практически нет (даже в виде паров в атмосфере). Поэтому для реализации такого проекта необходимо в первую очередь доставить на Венеру воду, например, посредством бомбардировки её водно-аммиачными астероидами или иным путём.
Исследования планеты с помощью космических аппаратов
«Венера-3» — первый космический аппарат, достигший Венеры
Венера довольно интенсивно исследовалась с помощью космических аппаратов. Первым космическим аппаратом, предназначавшимся для изучения Венеры, был советский «Венера-1». После попытки достижения Венеры этим аппаратом, запущенным 12 февраля 1961 года, к планете направлялись советские аппараты серии «Венера», «Вега», американские «Маринер», «Пионер-Венера-1», «Пионер-Венера-2», «Магеллан», европейский «Венера-экспресс», японский «Акацуки». В 1975 году космические аппараты «Венера-9» и «Венера-10» передали на Землю первые фотографии поверхности Венеры; в 1982 году «Венера-13» и «Венера-14» передали с поверхности Венеры цветные изображения. Впрочем, условия на поверхности Венеры таковы, что ни один из космических аппаратов не проработал на планете более двух часов. Роскосмос планирует отправку станции «Венера-Д» со спутником планеты и более живучим зондом, который должен проработать на поверхности планеты не менее месяца, а также комплекса «Венера-Глоб» из орбитального спутника и нескольких спускаемых модулей.
Источник