За облачным покровом Венеры скрывается множество загадок, и недавние исследования, выполненные учёными ИКИ РАН с использованием инфракрасного спектрометра SPICAV на борту миссии «Венера-Экспресс», помогли приоткрыть завесу над некоторыми из них. В результате систематического анализа данных определено содержание водяного пара в приземных слоях атмосферы Венеры на высотах до 15 километров. Оно оказалось на удивление постоянным — от 23.6 до 27.7 частей на миллион и практически не зависело от широты или времени суток.
Роль водяного пара в атмосфере Венеры
Несмотря на чрезвычайно низкое содержание водяного пара в атмосфере планеты, его значимость для химических процессов трудно переоценить. Прежде всего, он — необходимый компонент образования венерианских облаков серной кислоты, придающих планете её узнаваемый облик. Учёные считают, что источником этой воды может быть вулканическая активность: если в недрах Венеры сохраняются водяные запасы, они могут выбрасываться в атмосферу в результате извержений. Это открывает новые горизонты для понимания не только химии, но и глубоких процессов, происходящих внутри загадочной планеты.
Почему сложно изучать водяной пар на Венере?
Измерения содержания водяного пара под облаками непосредственно проводились только автоматическими межпланетными аппаратами — советскими спускаемыми зондами серии «Венера», а также американской станцией Pioneer Venus. Попытки удалённого изучения с орбиты или с Земли сталкиваются с существенными трудностями. Дневная сторона планеты окутана плотными облаками, которые почти полностью отражают солнечный свет и не позволяют уловить излучение, исходящее из недр атмосферы. Кроме того, собственный тепловой поток, генерируемый горячей поверхностью и низкими слоями атмосферы Венеры, изолирован массивной «шапкой» углекислого газа и облаков, что мешает его свободному выходу наружу.
Инфракрасные «окна» — ключ к изучению атмосферы Венеры
Тем не менее, в спектре ближнего инфракрасного диапазона существуют особые интервалы длин волн — «окна прозрачности» — через которые излучение может проникать сквозь облака. Особенно важны четыре полосы поглощения для молекул H2O: 1.1, 1.18, 1.74 и 2.3 мкм. На ночной стороне Венеры можно улавливать инфракрасное свечение, порождаемое её горячей поверхностью, минуя солнечное излучение, отражённое облаками. Однако с Земли такие наблюдения осложняются собственным водяным паром нашей атмосферы, что делает информацию, полученную с межпланетных миссий, особенно ценной.
От «Венера-Экспресс» до будущих миссий: роль ИКИ РАН и международных партнёров
Орбитальная станция «Венера-Экспресс», запущенная Европейским космическим агентством, действовала с 2006 по 2014 год. На её борту работал уникальный прибор SPICAV, разработанный специалистами Института космических исследований РАН. Инфракрасный канал этого прибора позволил сканировать атмосферу на высотах до 15 км с беспрецедентной точностью и создать полный массив спектральных данных о составе нижних слоёв атмосферы.
Коллектив российских и французских учёных реализовал детальный анализ этих данных и оценил концентрацию водяного пара на ночной стороне планеты в приземных слоях атмосферы. Полученные популярную ценность измерениям придаёт стабильность результатов: содержание H2O оказалось практически неизменным, что свидетельствует о наличии глобальных механизмов, поддерживающих постоянство химического состава этого ключевого компонента на всей планете.
Перспективы новых исследований: Венера-Д, Venus Orbital Mission, ISRO
Интерес к подробному изучению атмосферы Венеры неуклонно растёт. Российский научный фонд и ведущие научные коллективы планируют продолжать исследования в рамках новых космических проектов. Особые надежды связывают с миссией «Венера-Д», подготовкой которой занимается ИКИ РАН совместно с международными коллегами. В ближайшее десятилетие к Венере устремит свои аппараты Venus Orbital Mission, разрабатываемая Индийской организацией космических исследований (ISRO). Эти экспедиции оборудуют современными спектрометрами и инструментами, ориентированными на высокоточные мониторинговые наблюдения ключевых атмосферных параметров.
Если современные инструменты позволят выявить сложные механизмы возникновения водяного пара в атмосфере, оценить влияние вулканической активности и глубинных процессов, это откроет не только новые сведения о прошлом и будущем самой Венеры, но и подскажет аналогии для других планет земного типа, включая Марс и даже Землю.
Оптимизм будущего: вклад российских учёных в глобальную науку о планетах
Результаты, полученные ИКИ РАН и международными партнёрами благодаря данным «Венера-Экспресс» и прибора SPICAV, являются важнейшими ступенями на пути глубокого понимания структуры и эволюции Венеры. Будущие миссии, координируемые с участием Российского научного фонда, а также инициативы ESA, ISRO и других мировых игроков, дают повод для оптимизма. Прорывы последних лет подтверждают уникальность и востребованность отечественной школы планетных исследований.
Точная и комплексная информация по распределению водяного пара и сиротскому облачному слою Венеры будет иметь определяющее значение в формировании новых научных гипотез и стратегий по исследованию как самой Венеры, так и других тел Солнечной системы. С каждым шагом всё ближе приходит осознание важности российских научных достижений для глобального научного прогресса и сотрудничества в исследовании космоса.
В течение восьмилетних наблюдений удалось собрать уникальные данные почти со всей поверхности Венеры — от 85° северной до 84° южной широты. Это позволило провести свыше 2600 сеансов измерений и получить примерно 27 000 спектров, каждый из которых предоставил ценную информацию о составе атмосферы соседней планеты.
Погружение в атмосферу Венеры
Для анализа собранных спектров были применены три независимые теоретические модели, учитывающие особенности условий Венеры: экстремальные температуры, значительное давление, а также высокое содержание углекислого газа и водяного пара. При столь необычных параметрах микроскопические детали поглощения и рассеяние света в облаках отличаются от земных условий, что требует специальных расчетов для достоверной интерпретации измерений. Помимо состава атмосферы, все модели принимали во внимание отражательную способность поверхности планеты.
Устойчивая концентрация водяного пара
Проведенный анализ позволил оценить среднюю долю водяного пара в нижней части атмосферы Венеры — она варьируется от 23,6 до 27,7 частиц на миллион (ppmv), что говорит о довольно узком диапазоне концентраций. Причем, что необычайно важно, эти значения практически не зависят от географического положения точки наблюдения: от 60° южной до 70° северной широты атмосферные параметры остаются практически неизменными. В более крайних широтах, ближе к полюсам, была отмечена небольшая тенденция к уменьшению содержания водяного пара на 2 ppmv — возможно, это связано с увеличением погрешности из-за отдельных особенностей приборов либо отражает реальные физические процессы глобальной циркуляции планетарной атмосферы.
Примечательно, что по результатам исследования водяной пар равномерно распределён по всей тропосфере — его содержание не меняется ни при переходе от низин к возвышенностям, ни в зависимости от времени суток. К тому же, ни один из анализируемых параметров не показал заметных изменений на протяжении почти 13 венерианских лет, что пролетели за время работы исследовательских аппаратов.
Согласование с наземными наблюдениями
Полученные с помощью спектрометра SPICAV результаты полностью совпадают с измерениями, полученными наземными обсерваториями при наблюдении Венеры в так называемых «окнах прозрачности» атмосферы. Аналогичные параметры концентрации паров воды регистрируются и на высотах от 20 до 40 километров, где атмосфера анализируется по длинам волн 1,74 и 2,3 микрометра. Методы показывают стабильные значения — около 30 ppmv, без выраженных колебаний от года к году. Это служит дополнительным подтверждением устойчивости химического состава атмосферы планеты и достоверности собранных данных.
Подобная стабильность атмосферных характеристик под облачным покровом выглядит как научное достижение — молекулы воды, по-видимому, распределены равномерно и образуют единый фон вне зависимости от времени и географического положения.
Неожиданные изменения на высоте
Продолжая наблюдения за Венерой, астрономы получили интересные результаты: уже после окончания работы межпланетного зонда «Венера-Экспресс» с помощью наземных телескопов было зафиксировано неожиданное снижение содержания водяного пара на уровне 62 километров. Причины данного явления пока остаются неясными и требуют дальнейших исследований. Возможно, это связано с изменениями в динамике атмосферы или процессами, происходящими на этой высоте, однако без новых данных сделать точные выводы сложно.
Этот факт подчеркивает важность регулярного мониторинга нашей загадочной соседки, ведь атмосфера Венеры по-прежнему таит немало загадок, и каждое новое открытие помогает приблизиться к их разгадке.
Перспективы будущих исследований
На сегодняшний день вокруг Венеры нет активных космических аппаратов, но надежды на продолжение исследований связаны с масштабными проектами, которые готовятся к запуску. В скором времени внимание ученых будет приковано к миссии Venus Orbital Mission, которую организует Индийская организация космических исследований (ISRO) — её запуск ожидается не ранее 2028 года. В составе экспедиции предусмотрен уникальный спектрометр VIRAL, разработанный российскими специалистами. Российская экспертиза продолжит реализовываться в проекте «Венера-Д», где планируется использовать и орбитальный, и посадочный модули. Эта миссия запланирована к запуску на 2036 год и обещает принести новые сенсационные открытия.
Все этапы проведённых ранее исследований поддержаны Российским научным фондом в рамках специального проекта (№ 23-72-01064). Пресс-служба ИКИ РАН предоставила для публикации наиболее актуальную и важную информацию о ходе работы и будущем освоения Венеры.
Тайны облаков Венеры: взгляд сквозь завесу
Венера, соседка Земли по Солнечной системе, всегда манила учёных своими загадками и непроницаемыми облаками. Эта планета, окутанная плотным слоем облаков, долгое время оставалась недоступной для детального изучения. Однако современные технологии и космические миссии позволяют человечеству всё глубже проникать в тайны её атмосферы.
Под густым покровом облаков скрываются удивительные процессы. Атмосфера Венеры содержит огромное количество углекислого газа, а облака состоят преимущественно из серной кислоты. Тем не менее, эти экстремальные условия не останавливают исследователей. Напротив, они вдохновляют на поиск новых методов и инновационных решений для изучения планеты.
Благодаря современным спутникам и космическим аппаратам учёные получают всё больше ценной информации о венерианском климате. Анализируя данные, исследователи выяснили, что атмосферные потоки, молнии и химические реакции в облаках могут значительно отличаться от земных процессов. Это открывает новые горизонты для понимания не только Венеры, но и механизмов формирования атмосферы других планет.
Перспективы будущих исследований
Интерес к Венере не угасает и в наше время. Планируются новые миссии, способные раскрыть ещё больше тайн загадочной планеты. Благодаря им, мы сможем не только узнать больше о происхождении и развитии Венеры, но и получить ключи к пониманию условий, необходимых для существования жизни. Каждый собранный фрагмент информации способствует развитию наук о планетах и, возможно, однажды позволит человечеству обрести новое пристанище среди звёзд.
Источник: scientificrussia.ru
