3. Загадочные планеты

Венера

«Планета под вуалью», «облачный мир, скрывающий свое лицо». Так называют Венеру, планету-копилку загадок. Каждая книга о ней заполнена «не знаем» и «не известно», в то время как описание того, что нам известно, занимает лишь несколько скромных абзацев.

Венера — ярчайший объект на небе после Солнца и Луны и наша ближайшая соседка, если не считать Луны. Проходя между Землей и Солнцем раз в 19 месяцев, планета приближается к Земле на расстояние 40 млн. км — почти на 15 млн. км ближе, чем Марс во время великих противостояний.

Шестидюймовый телескоп показывает нам, что Венера закутана в кокон непроницаемых облаков, скрывающих от нас ее поверхность. В 200-дюймовый телескоп видно увеличенное изображение облачного слоя, но нельзя разглядеть каких-либо определенных деталей на поверхности. Даже успешный пролет зонда Маринер 2 недалеко от планеты в декабре 1962 г., ко всеобщему разочарованию, не привел к крупным открытиям, хотя и были сделаны ценные наблюдения.

Поэтому будущим межпланетным зондам еще предстоят поистине сенсационные открытия. Возможно, даже новых совершенных кораблей окажется недостаточно и только высадившиеся на планету космонавты распутают клубок загадок Венеры.

Сегодня даже самые элементарные сведения об этой планете либо неполны, либо совершенно отсутствуют…

Рис. 2. Полеты к другим планетам.

Загадки с 1-й по 6-ю. Какова скорость вращения Венеры и вращается ли она вообще? Каков наклон оси вращения к плоскости эклиптики? Каковы ее диаметр, плотность, сила тяжести на поверхности, скорость убегания?

Первые три вопроса вызывают разногласия среди астрономов главным образом потому, что визуальным наблюдениям поверхности Венеры препятствуют облака. Три другие характеристики определены лишь приближенно, так как у Венеры нет естественных спутников и, следовательно, расчеты, основанные на законах тяготения, невозможны.

Вращение. В очень редкие моменты, когда условия для наблюдений в телескоп идеальны, на диске планеты можно различить широкие темные и светлые полосы. Однако это, по-видимому, временные образования, и даже фотографии в инфракрасных и ультрафиолетовых лучах выявляют мало интересных деталей.

До начала космической эры ученые пользовались косвенными методами для определения продолжительности суток на планете, причем каждый получал свое собственное значение — от 22 часов до 225 суток. В последнем случае день на Венере был бы равен ее году, так как период обращения Венеры вокруг Солнца тоже составляет 225 суток. По данным, переданным с Маринера 2, период вращения получается равным 250 суткам (правда, это значение не вполне надежно) — больше, чем год на Венере. Это означало бы, что вращение Венеры обратное (то есть она вращается в направлении, противоположном направлению вращения всех других планет)^[8].

Наклон оси. Из-за невозможности прямых наблюдений наклон оси Венеры также определяется косвенными методами. Некоторые астрономы отдают предпочтение значению угла наклона 30° (у Земли этот угол равен 23°, 5′), что обеспечило бы смену времен года на Венере такую же, как на Земле. Но возможна любая другая величина — от 0 до 180°. Маринер 2 не справился с этой задачей, так как не смог определить положение полюсов.

Диаметр. Эта величина, несомненно, зависит от толщины атмосферы Венеры под облачным слоем. В прошлом различные косвенные методы вычисления диаметра Венеры из наблюдений ее прохождения по диску Солнца давали числа от 12 300 до 12 700 км. Поскольку эта величина приблизительно равна диаметру Земли — 12 756 км , Венера была названа нашей «космической сестрой». Но по всем другим параметрам, за исключением размеров, Венеру нельзя назвать даже и двоюродной сестрой Земли.

Плотность. Эта величина, зависящая от соотношения диаметра и массы, также неизвестна. Обычно указывают значение 4,77 (по отношению к плотности воды), а иногда — даже 5,7, что превосходит плотность Земли (5,5). Плотность Венеры помог бы определить обращающийся вокруг нее спутник, так как период обращения спутника согласно закону всемирного тяготения зависит от массы планеты. Чем больше масса планеты, тем больше сила притяжения и тем выше орбитальная скорость спутника на данном расстоянии от планеты. Поэтому масса «безлунной» Венеры была определена приближенно по слабым возмущениям, вызываемым Венерой в движении Земли или случайного астероида, проходящего недалеко от нее.

Маринер 2 прошел в поле тяготения Венеры на относительно небольшом расстоянии от нее (34 600 км ). «Поворот» Маринера на 25° позволил уточнить значение массы еще на один знак — с 0,8148 до 0,81485 (в единицах массы Земли).

Ускорение силы тяжести на поверхности и вторая космическая скорость. Поскольку эти величины зависят от массы (и радиуса. — Перев .), они известны лишь приближенно и составляют 0,85 g (g = 9,8 м/сек² — ускорение силы тяжести на Земле) и 10,3 км/сек соответственно. Космонавт, весящий на Земле 75 кг , на Венере будет на 11 кг легче. Чтобы покинуть планету, космический корабль должен развить скорость 36 600 км/час , то есть на 3550 км/час меньше, чем для Земли.

Даже атмосфера Венеры, доступная наблюдениям, таит не меньше загадок, чем то, что она скрывает.

Загадка 7. Подобны или совершенно различны атмосферы Земли и Венеры?

Пожалуй, астрономы больше спорят об атмосфере планеты, чем о ней самой.

Спектроскопическими наблюдениями установлено, что атмосфера Венеры содержит большое количество углекислого газа. Но наличие как водяного пара, так и кислорода не удавалось обнаружить, до тех пор пока в декабре 1959 г. воздушный шар поднял телескоп и двух ученых на высоту 25 000 м . На этой высоте газы, входящие в состав земной атмосферы, уже не искажали показаний приборов, направленных на вечернюю звезду. Полученные спектроскопические данные свидетельствовали о том, что в атмосфере Венеры присутствует водяной пар. Вопрос о существовании свободного кислорода не был решен до 1962 г., когда советский астроном В. Прокофьев (Крымская астрофизическая обсерватория) дал положительный ответ.

Но оставался открытым вопрос: какова толщина воздушного покрова Венеры? Маринер 2 дал ценные сведения, определив с крайне малым разбросом показаний датчика, что облачный слой имеет толщину 27 км , простираясь приблизительно с высоты 70 до 100 км ^[9]. Поскольку толщина подоблачного слоя в земной атмосфере не превышает 20–25 км , Венера, очевидно, обладает более плотной атмосферой. По данным Маринера 2, атмосферное давление на поверхности Венеры превосходит земное в 10–30 раз. Будущие космонавты покинут корабль не в космических скафандрах, рассчитанных на низкое давление, а в панцирях, способных выдерживать высокое давление. Костюм для исследований «дна» воздушного океана Венеры, вероятно, будет напоминать глубоководный скафандр водолаза.

Другую проблему для космонавтики представляет огромное газовое покрывало планеты. Ощутимая^[10] атмосфера на Земле, с которой связана опасность атмосферного торможения, простирается до 90 км . На Венере этот достаточно плотный слой, несомненно, имеет толщину по крайней мере 300, а то и 800 км . Если возвращение с орбиты на Землю — это опасное предприятие, настоящий ад, продолжающийся 15 минут, то первая посадка на Венеру будет стоить нескольких часов исключительного нервного напряжения^[11]. Тепловой защите космического корабля придется выдержать температуру в три раза более высокую, чем в земной атмосфере. Возможно, будут созданы специально для посадки на Венеру ракеты-планеры с крыльями.

Когда первые космонавты передадут по радио информацию о неизвестных до сих пор условиях на поверхности Венеры и об окружающей обстановке, длившаяся века научная дискуссия, наверное, прекратится.

Загадка 8. Является ли Венера пустыней, водным океаном, миром, подобным Земле, или нефтяной планетой?

Пустыня. До обнаружения водяного пара в атмосфере Венеры большинство специалистов склонялись к мнению, что ее поверхность высушена почти на 100 % — бескрайняя пустыня от полюса до полюса. Неистовые ветры, поднимающие на десятки километров тучи песчаной пыли, образуют наблюдаемую с Земли облачную вуаль. Сатана мог бы ссылать туда грешные души, заслуживающие худшего, чем «обычный» ад.

Океан. Еще до того, как на Венере был обнаружен водяной пар, Уиппл (Смитсонианская обсерватория) и Мензел (Гарвардская обсерватория) предложили совершенно противоположную гипотезу. Они нарисовали картину подводного мира, целиком погруженного в бескрайний океан. Как полагают, эта точка зрения объясняет высокое процентное содержание углекислого газа в атмосфере Венеры. Много веков назад, когда расплавленная Венера остывала, извергающиеся вулканы обогатили атмосферу углекислым газом, точно так же как это происходило на древней Земле. Но на Земле углекислый газ соединился с металлами, образовав в нашей каменистой почве устойчивые карбонаты. На Венере же кипящий океан покрывает всю поверхность планеты и препятствует соединению газов и металлов. Не особенно хорошо растворяясь в воде, углекислый газ остался в атмосфере. Как предполагают Уиппл и Мензел, испарение воды способствовало образованию облаков того же типа, что и на Земле.

Мир, подобный Земле. Пусть сторонники пустыни и океана не напрягают своего воображения. Почему бы не предпочесть самое простое объяснение — подобный Земле мир с сушей и морями? Настоящая «сестра» Земли!

Сторонники этой теории не особенно доверяют всем современным оценкам содержания различных газов в атмосфере Венеры. И они отчасти правы. Наблюдения через верхний слой облаков, которые приходится выполнять астрономам, можно сравнить с изучением внутренних органов человека посредством наблюдения его кожного покрова. Противники теории океана не могут ничего возразить, опираясь на существующие данные, и все теории Венеры при всех их различиях будут находиться в одинаковом положении, до тех пор пока не будут получены новые факты.

Нефтяная планета. Наиболее смелая идея была высказана известным астрономом Хойлом (Кембриджский университет, Англия). Не соглашаясь, что непрозрачные облака в атмосфере Венеры состоят из водяного пара, Хойл исходит из другого предположения. Мельчайшие капельки нефти, взвешенные в воздухе, могли бы образовать покрывающие всю планету облака. На этой основе он выдвигает гипотезу, что большая часть поверхности Венеры покрыта океанами нефти, которая благодаря высокой температуре планеты испаряется и закрывает небо жирными облаками.

Откуда появилась нефть? Хойл предполагает, что, когда расплавленная Венера остывала, определенные химические процессы привели к соединению свободного водорода с углеродом и образованию смеси углеводородов (нефти), прежде чем водород диссипировал в космическое пространство. Космонавты, очевидно, будут сторонниками теории Хойла, так как неисчерпаемые океаны нефти на Венере могли бы обеспечить топливом двигатели ракет. Маринер 2 в какой-то степени подтвердил водородно-углеродную теорию, поскольку наблюдаемые непрозрачность, альбедо и высокая температура облаков Венеры свидетельствуют скорее в пользу тяжелых нефтяных паров, чем водяного пара.

У Венеры есть и другие, хотя и менее удивительные особенности, которые не дают астрономам покоя, с тех пор как в 1610 г. Галилей впервые направил телескоп на небо.

Загадка 9. Чем вызван «пепельный свет Венеры»?

Многие замечали слабое свечение не освещенной Солнцем части растущей Луны. Это свет Земли, отраженный ночной стороной Луны.

Точно так же наблюдатель на Луне видел бы лунный свет, отраженный от ночной стороны Земли.

Но, поскольку Венера не имеет спутника, возникает вопрос: чем вызывается мягкое свечение ее темной стороны в период фазы «роста»? Существует несколько объяснений этого явления:

1. Если Венера вращается очень медленно, то одно полушарие остается темным в течение нескольких месяцев. Температура там падает, и в результате капли воды замерзают и превращаются в льдинки, которые отражают свет звезд, создавая иллюзию призрачного сияния^[12].

2. Некоторые астрономы — сторонники «океанской» теории — полагают, что матовое свечение ночной стороны создается фосфоресценцией мелких морских организмов.

3. Раньше астрономы считали, что Венера покрыта буйной растительностью и что пожары в джунглях рассеивают в ночном воздухе мерцающий свет.

4. Одно из предположений — что пепельный свет вызывают полярные сияния на каждом из полюсов, — по-видимому, полностью опровергается данными Маринера, не обнаружившего у Венеры магнитного поля^[13].

Все эти объяснения требуют дополнительных доказательств, которые пока еще не получены. Загадки пепельного света будут решены космическими кораблями — искусственными спутниками Венеры.

Следующий вопрос заинтересует смелых спортсменов.

Загадка 10. Бросят ли вызов альпинистам венерианские Джомолунгмы?

Астрономы прошлого века считали, что они иногда видели разрывы в облачном покрове Венеры, позволяющие солнечным лучам играть бликами на горных вершинах, поднимающихся на 15–20 км в высоту. В стратосферу Венеры якобы поднимается пик высотой 44 км ; даже покорители Джомолунгмы (Эвереста) могут спасовать перед таким гигантом.

Это представление о Венере как о гористой планете оспаривается в настоящее время противоположной теорией. Радиолокационные импульсы, прошедшие сквозь облака, говорят о том, что высота «холмов» не более 2 м . Однако радиолокационный «контакт» с Венерой еще недостаточно надежен. Слабые импульсы, преодолевшие расстояния в миллионы километров, легко могут быть искажены атмосферными неоднородностями (горячие и холодные слои), и тогда наземные станции сообщают о поистине фантастических явлениях. Столь гладкая Венера так же невероятна, как и покрытая гигантскими горами.

Облачный покров Венеры не только маскирует детали поверхности. Его сияние может скрывать и заоблачные тайны.

Загадка 11. Существует ли «призрачный» спутник Венеры?

Сообщение итальянского астронома Кассини об «открытии» спутника Венеры в 1686 г. ни у кого не вызвало сомнений. Ведь Кассини еще ранее завоевал известность открытием четырех спутников Сатурна, которые действительно существуют. Он указал, что размер нового спутника около четверти диаметра планеты, то есть почти такой же, как нашей Луны. Поскольку Венера всегда наблюдается в направлении Солнца, яркий свет мешал бы наблюдениям такого тела, за исключением коротких промежутков времени. В последующие столетия другие астрономы заявляли, что им попадался на глаза мимолетный блик Даламбера, как спутник был неофициально назван прусским королем Фридрихом II.

Но к 1760 г. большинство астрономов признали, что спутника Венеры не существует. Были предложены различные объяснения ошибки в наблюдениях: иллюзия, обусловленная случайной вспышкой рассеянного солнечного света в несовершенных линзах телескопа; звезда, которую Венера «задела» в своем движении по эклиптике. Изображения спутника Венеры нет и на фотопластинках, полученных превосходными телескопами XX века.

Однако возможно, что существует крохотный спутник, который нельзя увидеть ни в один телескоп на фоне ослепляющего блеска, окружающего материнскую планету. Маленький марсианский Деймос диаметром лишь 8 км едва доступен гигантским современным телескопам даже при наблюдениях Марса в самом удобном положении — противоположном Солнцу. Любой обращающийся вокруг Венеры объект размером с Деймос или меньше не был бы обнаружен с Земли. Поиски спутника Венеры будут продолжены посылаемыми с Земли космическими кораблями с автоматами или людьми на борту.

Остаются еще две важные загадки Венеры.

Загадка 12. Не слишком ли горяча Венера для существования жизни?

Недавно были предприняты различные попытки измерить температуру поверхности Венеры по ее радиоизлучению, которое свободно проникает через облачный покров. К этому прибавились результаты измерений во время облета Венеры Маринером 2 в 1962 г. Оборудование корабля включало приемники инфракрасного излучения и радиометры, которые могли измерять температуру на различных высотах от верхней границы облачного слоя до самой поверхности. Результаты как Маринера 2, так и недавних измерений с Земли оказались ошеломляющими.

По классическим оценкам, основанным на расстоянии Венеры от Солнца, ее поверхностная температура заключена в интервале от 50 до 90°C. Космонавты могут признать этот ультратропический климат если не комфортабельным, то, во всяком случае, терпимым, конечно если они облачатся в охлаждаемые скафандры.

Но когда в 1956 г. Мейер, Мак-Келлог и Слонекер (Морская исследовательская лаборатория) впервые измерили яркость радиоизлучения Венеры, они сообщили о поразительно высокой температуре — 300°C, — втрое превосходящей точку кипения воды. Последующие радиоастрономические исследования, проведенные другими астрофизиками, по-видимому, подтверждают этот результат и даже дают для средней температуры планеты более высокое значение, превосходящее 320°C. Впоследствии Маринер превзошел их всех и получил возможное максимальное значение 430°C.

Температура дневной стороны Меркурия также равна 430°C, а ведь Меркурий значительно ближе к Солнцу. Почему Венера такая горячая, если интенсивность падающих на нее солнечных лучей в три раза меньше? Ответ, впервые предложенный Саганом, состоит в следующем. Углекислый газ, имеющийся на Венере в избытке и известный способностью сохранять тепло, удерживает тепловое — инфракрасное — излучение поверхности планеты и превращает ее в гигантскую теплицу.

Если радиоастрономические измерения, выполненные с Земли и сМаринера 2 в непосредственной близости, были интерпретированы верно, то соседняя планета — влажная, сухая или нефтяная — подобна раскаленной печи. Тогда о существовании жизни на ней не может быть и речи.

Загадка 13. Скрывают ли облака необитаемую поверхность или цветущую жизнь?

Если последние данные о температуре поверхности Венеры правильны, то остается сделать единственно возможный вывод: жизнь на этой планете отсутствует. Никаких форм жизни, основанной на углероде, в таких условиях, насколько нам известно, существовать не может; большинство органических соединений мгновенно обуглилось бы. Космонавты-земляне без специальных охлаждаемых скафандров были бы заживо поджарены.

Рис. 3. Парниковый эффект, вызываемый облаками, или почему на Венере так жарко.

Однако не все астрономы считают данные Маринера 2 абсолютно точными. Некоторые ученые выдвинули серьезные возражения против теории сверхгорячей Венеры. Так, например, нет никакой гарантии, что радиоизлучение Венеры действительно получено с ее поверхности. Возможно, что измерена температура какой-либо другой области, например нижнего уровня атмосферы. Если бы на Венере были разумные существа, которые попытались бы исследовать земную ионосферу, то для некоторых высот они получили бы значения температуры около 530°C и, конечно, для них было бы полной неожиданностью, что в 800 км ниже холодная тропосфера поддерживает высокоразвитые формы жизни.

Классическая теория прошлого века, не пользующаяся широким признанием, но тем не менее упорно разделяемая некоторыми учеными, утверждает, что представление о пустыне с адски высокой температурой необоснованно. Сторонники этой теории рассуждают следующим образом: Венера, получающая на единицу площади вдвое больше лучистой энергии, чем Земля, должна быть лишь немного горячее. При всей упрощенности этого заключения оно все же может содержать долю истины. Хотя экваториальные зоны и были бы в этом случае необитаемыми в нашем понимании, в арктических районах температура могла бы днем не подниматься выше 65°C, а ночью — опускаться значительно ниже, чем в самые холодные тропические ночи на Земле.

Астрономы прошлых веков в своих романтических гипотезах насыщали атмосферу Венеры большим количеством углекислого газа. А это должно было способствовать созданию условий, сходных с господствовавшими на доисторической Земле. Поверхность планеты они заселяли «жаропрочными» животными земных и диковинных видов, ведущими борьбу за существование в зарослях гигантских папоротников. Некоторые специалисты и в настоящее время возвращаются к этой идее, а часть современных астробиологов питает надежду на то, что заядлые охотники, которым уже тесно на Земле, когда-нибудь смогут отправиться на Венеру в поисках новых приключений. Но массовое переселение на Венеру охотников на динозавров или ужасных чудовищ пока что является фантастической мечтой.

Однако реальность может превзойти фантазию. Хабер (Школа авиационных врачей ВВС США) рассмотрел поистине фантастическую модель Венеры, в плотном воздухе которой плавает «воздушный планктон», пожираемый гигантскими крылатыми хищниками. Внизу обитают огромные крабы и другие чудовища, которые питаются «манной небесной» — выпадающим во время дождей планктоном. Обитатели опустившегося на поверхность космического корабля, без сомнения, были бы для них желанным «деликатесом».

Облачный слой Венеры, вероятно, весьма эффективно задерживает видимый солнечный свет: на поверхности царит глубокий мрак, даже когда Солнце в зените. Поэтому, согласно законам эволюции, населяющие Венеру существа, по-видимому, имели бы чрезвычайно острое зрение. Разумные обитатели планеты никогда не видели бы звезд и даже не подозревали бы, что существует Вселенная вне их планеты. После запуска на орбиту первого искусственного спутника все обнаруженное за облаками — сияющее Солнце, ясное небо, мириады звезд, яркая планета Земля, кометы и метеориты — было бы для них потрясающим открытием.

Но природа могла наделить гипотетических обитателей Венеры органами зрения, позволяющими видеть в темноте, — чувствительными к инфракрасному или даже рентгеновскому излучению. Тогда облачная вуаль на небе для них не существовала бы и они так же отчетливо видели бы Вселенную, как и мы. Это предположение показывает, что весьма реальна опасность догматического, бездоказательного перенесения сугубо земных понятий в условия других планет.

Столь же опасно было бы безоговорочное отрицание возможности каких бы то ни было форм жизни на Венере. Каждая группа астрофизиков, горячо проповедующих свою излюбленную теорию — пустыни, сплошного океана, планеты, горячей как печь или не имеющей кислорода, — закрывает дверь перед любыми теориями жизни.

Теперь раздаются более трезвые голоса, уверяющие, что нельзя отбросить ни одной теории, в том числе даже романтической и наиболее фантастической из всех: Венера подобна Земле. Мы встретили бы там обычные облака из водяного пара, сносные температуры, дожди, зеленые растения, рыб, птиц, пресмыкающихся и даже человекоподобных разумных существ, близких к нам своим физическим обликом и складом ума. Это представление о Венере как о сестре Земли не встречает веских, обоснованных возражений, просто оно не подкреплено доводами; но никакая другая современная теория Венеры не может претендовать на большее. Ни одна из них не в состоянии предсказать, какие сюрпризы могут нас ожидать под облаками.