Науково-популярні статті з різних галузей астрономії

Найближча до Землі планета — Венера

А. П. Відьмаченко

доктор фізико-математичних наук

Головна астрономічна обсерваторія НАН України

МІФОЛОГІЯ

Найяскравіше після Сонця й Місяця світило — планету Венера — стародавні греки називали або вечірньою, або ранковою зорею. Ледь зайде Сонце, як на рожевому тлі вечірньої заграви вже блищить як алмаз ця зоря. З’являється вона і перед сходом Сонця та, купаючись у його променях, ще довго залишається на небі, яке поступово яснішає. Бувало, що ранкову зорю спостерігали навіть на блакитному денному небі — настільки вона яскрава.

У давньоєгипетських текстах Венеру подавали у вигляді чаплі й називали її «зоря, що перетинає». Це, мабуть, було пов’язане з її видимим рухом, оскільки планета то переганяє Сонце, то відстає від нього. У пізніші часи Венеру зображували з двома соколиними головами. А назва «ранкова зоря» трапляється тільки в деяких вже новітніх єгипетських текстах.

Планета Венера асоціювалася з божествами кохання, краси та шлюбу в багатьох народів. Так, у Месопотамії ця планета була небесним втіленням богині Інанни («Світлої Цариці неба») у шумерів і богині Іштар в аккадців. У Стародавній Персії Венеру співвідносили з богинею Анахітою. У Стародавній Греції Венера вважалася зорею Афродіти, а в часи еллінізму її «божественне» ім’я було «Зоря Ісіди» («Фосфор»). В Індусів Венеру називали Шукра, в арабів — Зухра, а в давньоруських текстах — Афродикта. Китайці ж пов’язували планету Венера з міфічним правителем Заходу Бай-ді. А в північно-західній частині сучасної китайської провінції Сичуань у середні віки дух планети Венера змальовували у вигляді жінки з лютнею в руках і з зображенням курки (емблема Венери) в її зачісці. У народу ашанті (Західна Африка) Венера — символ богині родючості Асасе Афуа. А в бурятській міфології Венера разом із Сонцем і Місяцем уважається доброю силою, що охороняє людину.

Свою сучасну назву планета дістала від імені давньоримської богині Венери — захисниці садів і городів (її ім’я вживалося як синонім плодів). З поширенням переказів про Енея, родоначальника римлян, Венеру стали ототожнювати з його матір’ю — покровителькою римлян, богинею краси й кохання Афродітою. Особливої популярності Венера набула у І ст. до н.е., коли її заступництвом широко користалися Помпей і Юлій Цезар. У міфах і переказах Венеру супроводять численні епітети: щаслива, переможниця, милостива, та, що очищає, кінна і навіть лиса (останній надано на спомин про самовідданість римлянок, які під час війни з галлами пожертвували своє волосся на виготовлення канатів). За деякими припущеннями, Венера може бути своєрідною персоніфікацією абстрактного поняття vеnіа — «милість богів».

ЗАГАЛЬНІ ВІДОМОСТІ ПРО ПЛАНЕТУ

На початку XVII ст. Галілео Галілей довідався про винайдення зорової труби. Цей пристрій наближав віддалені предмети та збільшував їх. Учений відразу ж заходився конструювати такий прилад. Тобто Галілей не винайшов телескоп. Він просто першим спрямував його на небо. Спостереження принесли несподівані відкриття: Галілей побачив кратери на Місяці, плями на Сонці й виявив чотири супутники навколо Юпітера. Спостерігаючи 1610 р. Венеру через свою трубу, він побачив замість диска серп. Ці спостереження здалися вченому не дуже достовірними: його труба давала тоді вельми ненадійні зображення. Щоб закріпити за собою пріоритет і мати час для підтвердження свого відкриття, обережний Галілей опублікував, за тодішнім звичаєм, анаграму (зашифроване повідомлення): «Ці речі, незакінчені й приховувані поки що від інших, прочитано мною». Тільки виготовивши досконалішу трубу й переконавшись у правильності свого відкриття, він розшифрував анаграму так: «Фазам Цінтії наслідує мати кохання» (Цінтією тоді називали Місяць, а кохання ж асоціюється з Венерою).

Відкриття фаз Венери стало могутнім ударом по супротивниках геліоцентричної системи. Адже вони одним з головних заперечень Коперникові вважали саме відсутність фаз у Венери й Меркурія. Деякі люди з особливо гострим зором можуть спостерігати фази Венери навіть неозброєним оком.

Венера — друга від Сонця планета, тому вона одержує вдвічі більше сонячного світла й тепла, ніж Земля. За розміром Венера подібна до Землі, а маса її становить приблизно 80 % від земної. Орбіта Венери майже колова, проте видимі кутові розміри планети змінюються дуже сильно, бо відстань між Венерою та Землею варіюється від 40 до 260 млн км (залежно від їхнього взаємного положення на орбітах). Густі хмари не дають змоги безпосередньо бачити венеріанську поверхню. Знімки, зроблені за допомогою радара, демонструють дуже велику різноманітність кратерів, вулканів і гір. Температура поверхні досить висока — достатня для плавлення свинцю.

Венера обходить навколо Сонця протягом 225 земних діб. Оберт навколо осі вона робить за 243 земних дні: це найдовший період серед усіх планет Сонячної системи (!). Причому осьове обертання відбувається в напрямку, що є протилежний напрямкові руху по орбіті. Унаслідок такого повільного і до того ж зворотного обертання планети Сонце на Венері сходить і заходить усього двічі на рік (венеріанська доба дорівнює майже 117 земним).

СПОСТЕРЕЖЕННЯ ВЕНЕРИ

Знайти Венеру на небі простіше, ніж будь-яку іншу планету: вона дуже яскрава, бо її щільні хмари до бре відбивають сонячні промені. Земний спостерігач ніколи не бачить, щоб Венера набагато віддалялася від денного світила. Максимальна кутова віддаленість (на небі) становить 48°. Це відбувається під час найбільшої елонгації: східної (Венера ліворуч від Сонця) і західної (Венера праворуч від Сонця).

Кожні сім місяців протягом кількох тижнів Венера є найяскравішим об’єктом у західній частині неба ввечері. Тоді її називають «вечірня зоря». У ці періоди видимий блиск Венери в 20 разів перевершує блиск Сиріуса, найяскравішої зорі нашого неба. Через три з половиною місяці Венера сходитиме раніше від Сонця, стаючи «ранковою зорею». Найкраще спостерігати Венеру приблизно через годину після заходу Сонця (у східній елонгації ) чи за годину до сходу його (у західній елонгації).

Венера, подібно до Місяця й Меркурія, має фази. Наприклад, під час елонгацій планета має вигляд маленького Місяця у фазі напівдиска. У міру наближення Венери до Землі видимий розмір планети з кожним днем потроху збільшується, а вигляд поступово змінюється до вузького серпа.

АТМОСФЕРА

6 червня 1761 р. очікувалося рідкісне небесне явище: проходження Венери перед диском Сонця. Багато астрономів готувалися до цієї події і навіть виряджали експедиції в далекі краї для спостережень. У російських учених організатором був М. В. Ломоносов. Він направив дві експедиції у Сибір (до Іркутська під керівництвом М. І. Попова та до Селенгінська на чолі з С. Я. Румовським) і організував спостереження в Петербурзі, в університетській обсерваторії (А. Красільников і М. Курганів). Сам же спостерігав удома в невелику трубу. Коли чорний диск Венери вже сходив із сонячного диска, Ломоносов помітив, що тонка дуга скраю Сонця зігнулася й оповила весь лімб планети. Припустивши, що це явище викликане заломленням сонячних променів у венеріанській атмосфері, учений підсумував своє дослідження твердженням про наявність товстої повітряної оболонки. Характерно, що з багатьох спостерігачів у той день тільки Ломоносов зрозумів: Венеру оповито «атмосферою знатною», такою ж, як у Землі, «якби не більшою».

У 90-х роках XVIII ст. Вільям Гершель і німецький астроном Йоганн Шретер удруге «відкрили» атмосферу Венери. А 1938 р. американські астрономи В. Адаліс і Т. Денхем (обсерваторія Маунт-Вілсон) виявили в спектрі Венери три смуги, які належать вуглекислому газові (СО2). У 1923 р. Едісон Петтіт і Сет Ніколсон (обсерваторія Маунт-Вілсон) розпочали вимірювання температури хмар. Найупевненіші результати одержали 1955 р. Вільям Сінтон і Джон Стронг (США). За їхніми даними, температура хмарового шару Венери становила 233—240 К на екваторі планети, а біля полюсів вона знижувалася до 205—213 К.

У 1956 р. астрономи Морської дослідницької лабораторії США вперше зареєстрували теплове випромінювання Венери: воно відповідало температурі поверхні аж у 600 К (!). Тобто нижня атмосфера Венери виявилася дуже гарячою та сухою. Максимальна температура на поверхні становить приблизно +480 °С.

Венеріанська атмосфера містить у 105 разів більше різноманітних газів, ніж земна, тиск її біля поверхні планети майже в 92 рази вищий, ніж на Землі. Ще 1972 р. американські дослідники Луїза й Ендрю Янг, а також незалежно від них Годфрі Сіл дійшли висновку, що хмари Венери складаються з крапель концентрованої сірчаної кислоти (це припущення найкраще відповідає спостереженим даним). Такі краплі трапляються й у земній стратосфері, але в хмарах Венери вони відіграють основну роль.

У 1970 р. перший космічний корабель, що прибув на Венеру, зміг витримати високу температуру, величезний тиск і руйнівну дію сірчаної кислоти лише близько однієї години. Цього часу вистачило саме на те, щоб повідомити на Землю про умови на поверхні планети. Літальні апарати, які зробили посадку на Венеру 1982 р., послали на Землю перші кольорові фотографії із зображенням гострих скелястих уламків.

Висока температура на поверхні Венери спричинюється так званим парниковим ефектом. Адже атмосфера, що складається переважно з вуглекислого газу, являє собою своєрідну щільну ковдру, яка утримує сонячне тепло. У результаті накопичується величезна кількість теплової енергії. На Землі, де вуглекислого газу в атмосфері небагато, природний парниковий ефект може підвищити глобальну температуру всього на кілька десятків градусів. А на Венері парниковий ефект збільшує температуру майже на 400 градусів. Вивчаючи фізичні наслідки сильного парникового ефекту на Венері, ми можемо наочно уявити, до чого призведе нагромадження надлишків тепла на Землі, викликане все більшою концентрацією вуглекислого газу в атмосфері через спалювання вугілля й нафти.

На основі всіх даних, здобутих за допомогою космічних апаратів (КА) серій «Маринер» і «Венера», учені склали досить повну картину венеріанської атмосфери. Виявилося, що на верхній межі хмар (висота близько 65 км над поверхнею планети) температура низька, порядку -50 °С. Із наближенням до поверхні Венери температура швидко зростає, досягаючи на поверхні +475 °С. Нагадаємо для порівняння, що типова полуденна температура на Меркурії становить усього +430 °С. На відміну від позбавленого атмосфери Меркурія, який вночі остигає, нічна сторона Венери ніколи не вихолоджується. Охолодженню перешкоджає її густа атмосфера. Польоти КА показали також, що атмосфера Венери майже цілком складається з вуглекислого газу — близько 97 %, майже 2 % припадає на азот і приблизно 1 % — на всі інші гази (атмосфера Землі містить приблизно 80 % азоту, 20 % кисню і менш ніж 0,1 % вуглекислого газу). Найповніша інформація про Венеру була здобута в результаті польотів радянських і американських КА у середині 70-х років минулого століття. Так, наприклад, 5 лютого 1974 р. «Маринер -10» пролетів повз Венеру на шляху до Меркурія. На численних фотографіях, зроблених під час його зближення з Венерою, видно турбулентну атмосферу, яка дуже швидко обертається навколо планети. Зі спостережень за деякими деталями у хмарах встановлено, що атмосфера робить повний оберт навколо планети всього за чотири дні. Сама планета обертається навколо осі значно повільніше — за 243 дні. Це значить, що на Венері швидкість вітру повинна бути гігантською — понад 100 м/с. Причому атмосфера, як і сама планета, має зворотне обертання.

ВНУТРІШНЯ БУДОВА

Внутрішня будова Венери аналогічна внутрішній будові Землі. Але тектонічний стиль розвитку цих планет різний. Це позначається на товщині зовнішніх венеріанських шарів. На підставі здобутих даних учені розробили кілька моделей внутрішньої будови Венери. За найбільш реалістичною моделлю, планета має три оболонки. Перша з них — кора, завтовшки приблизно 16 км. Далі — мантія, силікатна оболонка, яка простягається на глибину приблизно 3300 км, до межі з ядром (залізним), маса якого становить приблизно чверть маси всієї планети.

Фігура планети близька до сферичної. Точніше її можна зобразити тривісним еліпсоїдом, у якого полярне стиснення на два порядки менше, ніж у Землі. В екваторіальній площині півосі еліпсоїда становлять 6052,02±0,14 км і 6050,99± 0,14 км; полярна піввісь — 6051,54±0,14 км. Центр мас планети зміщений відносно її геометричного центра на 430±120 м. Загальний об’єм твердої частини Венери становить 0,859 об’єму Землі. Прискорення вільного падіння на екваторі досягає 8,9 м/с2.

ПОВЕРХНЯ ВЕНЕРИ

Для дослідження поверхні Венери під товстим шаром хмар астрономи використовують як міжпланетні кораблі, так і радіохвилі. До Венери вже літало понад 20 американських і радянських космічних кораблів (КК). Це більше, ніж до будь-якої іншої планети. Найперший із радянських кораблів був роздавлений їїпотужною атмосферою. Однак наприкінці 70-х і на початку 80-х років минулого століття вдалося здобути перші фотографії, на яких добре видно утворення з твердих порід: гострі, похилі, що обсипалися, дрібний щебінь і пил. їхній хімічний склад був подібний до складу вулканічних порід на Землі.

Перша спроба зазирнути під товсту хмарову пелену Венери була здійснена на початку 1960-х рр. Учені США і Радянського Союзу використали для радіолокації Венери антени, призначені для спостереження за штучними супутниками Землі. Радіохвилі легко пройшли крізь хмари та відбилися від поверхні планети. Аналіз відбитих сигналів показав, що Венера дуже повільно обертається навколо своєї осі у зворотному напрямку, роблячи один оберт за 243 доби. Отже, кожні 243 дні венеріанський спостерігач повинен би бачити на небі одну й ту ж саму конфігурацію зір. Однак за цей час Венера пройде значну відстань по орбіті. Тому для спостерігача на поверхні Венери між двома послідовними моментами, коли Сонце перебуває в зеніті, промине «лише» 116.8 земної доби (це й є «венеріанський день»). У 1983 р. на орбіту навколо Венери вийшли КК «Венера-15» і «Венера-16». Використовуючи радіолокатор, вони картографували північну півкулю планети до паралелі 30°. Іще докладніші карти всієї поверхні з деталями розміром до 120 м здобуто 1990 р. під час польоту КК «Магеллан». За допомогою комп’ютерів радіолокаційну інформацію перетворили в зображення, схожі на фотографії, де добре видно вулкани, гори й інші деталі ландшафту. «Магеллан» передав на Землю чудові зображення величезних венеріанських кратерів. Частина з них виникла внаслідок ударів гігантських метеоритів, що прорвалися крізь атмосферу Венери до її поверхні. Такі зіткнення могли вивільняти рідку лаву з надр планети. А деякі метеорити вибухали в нижніх шарах атмосфери, викликаючи ударні хвилі й утворюючи темні круглі кратери. Метеорити, що проходять крізь атмосферу, летять зі швидкістю до 60000 км/год. Під час зіткнення їх з поверхнею планети тверда порода миттєво перетворюється в розпечену пару і в грунті виникає кратер.

Поверхня Венери вкрита сотнями тисяч кратерів ударного та вулканічного походження. Деякі з них дуже великі: заввишки до 3 км і завширшки до 500 км. Але переважна частина їх має висоту приблизно 100 м і діаметри лише 2—3 км. Венера занадто гаряча для того, щоб там були лід або дощі. Тому її поверхня не зазнає руйнівного атмосферного впливу. З цієї причини вулкани та кратери мало змінилися з моменту утворення (300—500 млн років тому). На фотографіях Венери, зроблених із «Магеллана», ми бачимо такий древній ландшафт, якого не побачиш на Землі. Та все ж він молодший, ніж на багатьох інших планетах і супутниках у Сонячній системі.

На Землі геологам непросто з’ясувати історію нашої планети, оскільки вітри та дощі постійно руйнували й руйнують її поверхню. Венера ж дуже цікавить учених з тієї причини, що її поверхня подібна до древніх викопних шарів, адже деталі її ландшафту, виявлені «Магелланом», мають вік у сотні мільйонів років. Вулкани й потоки лави довгі роки зберігаються в незмінному вигляді на цій сухій планеті.

Великомасштабний рельєф планети складається з великих рівнин, їх пересікають гірські ланцюги та височини типу плато. Гірські регіони схожі на земні материки. Два «континенти» Венери — Земля Іштар і Земля Афродіти — є сумірними за площею з континентальною частиною США. Земля Іштар вирізняється грандіозним погаслим вулканом Максвелл заввишки близько 12 км, що майже в півтора раза вище від Евереста. Діаметр підошви вулкана сягає 1000 км, а діаметр кратера на вершині близький до 100 км. По східному краю Землі Афродіти на 2200 км простягаються дві рифтові долини, які лежать нижче від середнього рівня венеріанської поверхні.

На південному заході Землі Іштар є дві високогірні зони Бета та Феба, одну від одної відділяє великий скелястий район, який простягнувся з півночі на південь. Скорпіоноподібні обриси можна розгледіти поблизу екватора між 70° і 210° довготи. Це і є Земля Афродіти, яка має на східній межі кілька вулканів, що вражають уяву: Маат, Оз і Шапаш.

Спостереження показують, що такі високогірні регіони, як гора Максвелл і Земля Афродіти, випромінюють менше тепла, ніж низини. На холодніших планетах (наприклад, на Землі та Марсі) це можна було би пояснити наявністю води чи льоду. Але на поверхні Венери температура підіймається до +470 °С, отже води там немає. Деякі теорії пояснюють це спостережуване явище наявністю в породах електричне активних мінералів (таких, наприклад, як сірчаний колчедан), котрі можуть давати додаткове випромінювання в тому разі, коли на них падатиме радіопромінь від радара. Але чітких доказів для підтвердження чи спростування цієї гіпотези поки що немає.

Гірська зона Бета являє собою два величезних вулкани щитоподібної форми на зразок ланцюжка вулканів Гаванських островів. Низини, схожі на океанські басейни Землі, займають тільки одну шосту поверхні планети, тоді як на Землі — понад дві третини. Основна ж частина поверхні Венери — це кам’яниста рівнина з кратероподібними структурами переважно вулканічного походження, але менших розмірів, ніж згадувана зона Бета.

Виверження вулканів породжують в атмосфері Венери могутні електричні розряди — справжні грози, що їх неодноразово реєстрували прилади станцій серії «Венера». Немає сумніву також, що на Венері частими є «венеротруси».

ПРОХОДЖЕННЯ ПЛАНЕТИ ПЕРЕД ДИСКОМ СОНЦЯ

Перше історично зареєстроване спостереження такого явища відбулося 24 листопада 1639 р. (за юліанським календарем) у невеликому англійському селищі Ланкашир. Саме там Єремія Горрокс (Jеrеmіаh Ноrrоcks) спостерігав таке рідкісне явище, як проходження Венери перед сонячним диском. Наступні проходження відбулися в 1761, 1769, 1874, 1882 рр. Венера, рухаючись по своїй орбіті, кожні 584 доби проходить між Землею та Сонцем. Такі проходження називаються нижніми сполученнями. Цікаво відмітити, що 584 доби точно дорівнюють 116,8 доби, узятих п’ять разів. Іншими словами, час між послідовними нижніми сполученнями точно дорівнює п’яти венеріанським добам. Оскільки між нижніми сполученнями проходить точно п’ять венеріанських діб, то в ці моменти земляни спостерігають завжди одну й ту ж нічну сторону Венери. Отже, зворотне обертання Венери дивним чином пов’язане з обертанням Землі навколо Сонця. І якби наш погляд зміг проникнути крізь хмари Венери, то ми бачили б один і той же нічний ландшафт щоразу, коли Венера проходила б між Землею і Сонцем. Це ще один дивний резонанс у Сонячній системі! Такий зв’язок між обертанням Венери навколо осі й обертанням Землі навколо Сонця виявив Річард М. Гольдстейн за допомогою радіолокаційного методу.

Явище проходження внутрішніх планет перед диском Сонця є доволі рідкісним. Венера, наприклад, дуже рідко проектується на сонячний диск, бо площина її орбіти трохи нахилена до площини орбіти Землі. Унаслідок цього можна спостерігати проходження Венери перед сонячним диском лише у червні та грудні, з повторенням через 8 років і 105,5 року, а потім знову через 8 років і 121,5 року.

Останнє проходження Венери відбулося 6 грудня 1882 р., а наступні мають бути 8 червня 2004 р. та 6 червня 2012 р. Отже, протягом усього XX ст. не було жодного проходження.

Розпочнеться це явище 8 червня 2004 р. о 8 год 4 хв за київським літнім часом. У цей момент видимий діаметр Сонця буде трохи більшим, ніж половина градуса. Видимий діаметр планети — майже 29″ (це приблизно 1/66 видимого діаметра Сонця). Максимум явища відбудеться об 11 год 17 хв, а закінчиться воно о 14 год 31 хв за київським літнім часом.

Обставини проходження Венери перед диском Сонця будуть дуже сприятливими для спостереження його на всій території України. Тому готуйтеся до спостережень! Для цього обов’язково (!) придбайте темне скло, бо дивитися на Сонце в телескоп або бінокль незахищеним оком ні в якому разі не можна! Для цього не підійдуть і темні окуляри, оскільки потрібні лише спеціальні сонячні фільтри або дуже сильно закопчене скло. Обов’язково враховуйте це при спостереженнях Сонця!

Додаток

Венера в цифрах

Джерело: Астрономічний календар 2004, С. 198—204