Полеты АМС «Венеры-9» и «Венеры-10» и новые данные

Межпланетные автоматические станции «Венеры-9» и «Венеры-10» передали новые изображения поверхности планеты Венера. На борту спутников, наряду с комплексом научной аппаратуры, имелся сканирующий ультрафиолетовый телефотометр, который передавал изображения облачного слоя в тех районах, где проводились измерения яркости, контрастов, спектров и других его параметров. На этих изображениях снова можно было видеть уже знакомые светлые спиральные полосы.

Природа этих полос, светлых только в ультрафиолетовых лучах, пока остается не вполне понятной. Фотометрические измерения, выполненные «Венерой-9 и -10», показали, что на основном слое облаков, который кончается где-то на высоте 70 км, днем лежит слой дымки толщиной 8—12 км. Эта дымка прозрачна (и не видна) для всех волн длиннее 3400—3700 А (ближний ультрафиолетовый диапазон). В ультрафиолетовых лучах она сильно рассеивает свет. Нижний слой, наоборот, сильно поглощает ультрафиолетовые лучи. Так было найдено простое объяснение деталям ультрафиолетового изображения: светлые — это полосы дымки, темные — разрывы в ней, сквозь которые виден темный нижний слой. Это создает контрасты до 16—18%. Остается только добавить, что до сих пор не ясно, что именно так избирательно поглощает ультрафиолетовые лучи в венерианских облаках.

Схема облачного слоя Венеры, построенная на основании измерений, выполненных аппаратами «Венера-9 и -10»

Под основным слоем облаков располагаются полосы светлой дымки, сквозь разрывы в которой виден более темный в ультрафиолетовых лучах слой облаков.

Подобную картину в летнее время можно иногда видеть, наблюдая с самолета земные облака. Над ослепительно белыми массивами кучевых облаков с башнями и провалами на высоте 6—8 км и более тянутся широкие полосы грязно-серой бесформенной пелены. (Как это ни странно, состав обоих типов облаков — вода.) Если теперь представить себе, что все наоборот — внизу темно-серые поглощающие тучи, вверху — серебристая тонкая пелена рассеивающих облаков,— то получится картина, близкая к той, как выглядят облака Венеры в ультрафиолетовых лучах.

Интересно отметить, что эффективная температура теплового излучения, которое определяет количество тепла, отдаваемого планетой в космос, у Венеры ниже, чем у Земли. (Это излучение измеряется со спутников Венеры. До 1975 г. астрономы измеряли его с Земли.) В чем же дело? Ведь поверхность Венеры очень горяча. Но противоречия нет. Тепловое излучение планеты создается верхней частью очень протяженного основного облачного слоя.

Еще по наземным измерениям инфракрасного теплового излучения Венеры было известно явление, которое носит название «потемнение к краю». Толстый (хотя и довольно разреженный) слой облаков планеты непрозрачен для теплового излучения. По законам физики тело, поглощающее излучение в каком-то спектральном интервале, само излучает в этих же длинах волн. Мощность, излучаемая единицей поверхности тела, определяется температурой (точнее, как мы уже говорили, ее четвертой степенью) и коэффициентом излучения, или обобщенной характеристикой — яркостной температурой тела. Измеряя инфракрасное тепловое излучение облаков Венеры, можно найти их яркостную температуру. Естественно, это излучение формируется в довольно толстом слое, где на пути луча набирается достаточно частиц, и они закрывают более глубокие слои. Про такой слой говорят, что его оптическая толща составляет единицу.

На уровне верхней границы основных облаков температура падает с высотой примерно на 35° на каждые 10 км. Поэтому высоко расположенный слой будет излучать с более низкой яркостной температурой, чем слой, расположенный ниже. Если два луча исходят из облачного слоя, один нормально к поверхности, а другой под малым к ней углом, яркостные температуры, найденные по излучению, будут различаться: луч, вышедший нормально к поверхности, пришел от более глубоких горячих слоев, наклонный же прошел путь, соответствующий единичной оптической толще в холодных высоких слоях. Поэтому интенсивность излучения (и яркостная температура) на краю планеты будет намного ниже, чем в центре, что и называется «потемнением к краю». (Такое же явление известно в физике Солнца.)

Уже первые инфракрасные измерения с «Венеры-9» и «Венеры-10» показали, что с «потемнением» на Венере что-то неблагополучно. Искусственные спутники Венеры начинали измерения в вечерней зоне и заканчивали их где-то после полудня. По мере движения аппарата из вечерней в дневную зону планеты радиометр отмечал странное понижение яркостной температуры. Со временем становилась доступной все большая часть ночной стороны планеты. Сомнений не оставалось: дневная сторона заметно холоднее ночной! Постепенно вырисовывалась общая картина тепловой асимметрии Венеры.

Исследования, выполненные аппаратами «Венера-9 и -10», установили удивительный факт: ночная сторона планеты теплее, чем дневная (температуры 244 К и 236 К соответственно)

Тепловое излучение на этом рисунке показано расстоянием между точкой на кривой и центром фигуры. Вид с северного полюса планеты. Излучение ночной стороны на 15—20% больше, чем дневной.

Ночная сторона излучает на 15—20% больше тепла, чем дневная. Поначалу это показалось парадоксальным. Вспомним, однако, что венерианские облака интенсивно поглощают ультрафиолетовое (и инфракрасное) излучение Солнца. Это приводит к их разогреву и выносу части излучающей среды в холодную надоблачную зону. Возможно, что действует другой механизм, фотохимический. Под влиянием ультрафиолетового излучения Солнца над верхним слоем облаков из газовой среды рождаются мельчайшие аэрозольные частицы, из которых и состоят облака. Повышение концентрации частиц ведет к тому, что единичная оптическая толща облаков располагается на большей высоте, чем ночью. Общий эффект — снижение дневной яркостной температуры до 232—234 К, на 10—12° ниже, чем ночью.

Л. В. Ксанфомалити