База знаний

Главные планеты солнечной системы делятся на две резко отличные группы. Меркурии, Венера, Земля и Марс, твердые и относительно небольшие по размерам, составляют группу внутренних планет, вне которой располагаются четыре гиганта — Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун. Плутон, открытый совсем недавно, в 1930 г., находится на гораздо большем среднем расстоянии от Солнца, чем Нептун; он движется но довольно необычной орбите, а по величине, по-видимому, меньше Земли. Сейчас ученые сомневаются, можно ли считать Плутон «нормальной» планетой; не исключено, что это бывший спутник Нептуна, ушедший на независимую орбиту.

Венера кажется нам особенно яркой не только из-за своих размеров, но также из-за близости и высокой отражательной способности. Действительно, она ближе к нам, чем любая другая планета, хотя эта честь обычно приписывается Марсу; при этом Венера отражает около 60% падающего на нее света, тогда как Луна, например, только 7%. (Мы привели наиболее современное значение отражательной способности, или альбедо, Венеры. Более ранние измерения Целльнера и Мюллера давали 77%, но это значение, по-видимому, является преувеличенным.) Таким образом, альбедо Венеры больше, чем у любой другой планеты солнечной системы.

В этой аномальной яркости нет ничего загадочного. Дело в «облаках». Венера окружена атмосферой, из-за чего мы не можем увидеть истинную поверхность планеты. Хотя облака Венеры, вероятно, сильно отличаются от земных, они отражают солнечный свет очень хорошо.

На вечернем или утреннем небе Венера представляет величественное зрелище: она сверкает в небесах, как маленькая лампа, и предметы в ее свете иногда даже отбрасывают тени. При благоприятных условиях ее можно увидеть даже днем — если, конечно, точно знать, куда смотреть. Это было замечено еще в древности: Варрон пишет, что «на пути из Трои в Италию Эней постоянно различал планету, хотя Солнце находилось над горизонтом». Много позднее один случай, когда Венера наблюдалась днем, вошел в историю. Араго сообщает об этом так:

«Бувар рассказывал мне, что генерал Бонапарт, направляясь в Люксембургский дворец, где Директория устраивала праздник в его честь, был удивлен, увидав, что толпа, собравшаяся на улице Турнон, уделяла больше внимания небу над дворцом, чем его персоне и окружавшей его блестящей свите. Он поинтересовался причиной и узнал, что эти любопытные с изумлением наблюдают видимую в полдень звезду, которую они считали звездой завоевателя Италии. Знаменитый полководец, по-видимому, не остался равнодушным к такому сообщению, когда собственными зоркими глазами заметил сияющее небесное тело. Эта звезда была, конечно, Венерой».

Если Наполеон счел это явление благим предзнаменованием, то бывали случаи, когда Венера служила причиной тревоги. Например, в ноябре 1887 г., когда планета была видна как сверкающая утренняя звезда, известному британскому астроному Норману Локьеру пришлось написать статью с объяснением причины необыкновенной яркости Венеры. В той же статье он высказал мнение о насущной необходимости более глубокого преподавания естественных наук в школах. В 1916 г. в Англии нашлись люди, которые приняли Венеру и Юпитер, видимые в то время рядом, за носовые и кормовые огни немецкого цеппелина. Недавно адмирал Мюррей упомянул еще об одном несколько курьезном происшествии. 15 ноября 1939 г., вскоре после начала войны, английский военный корабль «Корнуолл» получил извещение от сторожевого корабля, следовавшего с Цейлона в Аден, о звездоподобных вспышках орудийной стрельбы, видимых в азимуте 247°. Все переполошились, но ничего так и не произошло. На следующий день находившийся на «Корнуолле» адмирал Мюррей рассчитал пеленг Венеры при заходе 15 ноября; он оказался равным… 247°.

То, что иногда предметы, освещаемые Венерой, отбрасывают тени, также было замечено очень давно. Об этом упоминают Плиний и греческий астроном Симплиций. К более близкому прошлому относятся наблюдения Джона Гершеля и Антониади. Я сам наблюдал отчетливые тени предметов, освещавшихся Венерой, когда она приближалась к максимуму блеска.

В 1876 г. Пламмер наблюдал тени от Венеры на экране и сравнивал их с тенями от свечи, удаляемой на разные расстояния. Много позже, в 1956 г., ряд интересных исследований того же явления произвел Стивенсон. Он нашел, что тени от Венеры очень резки, так как она является практически точечным источником света, и полутени (вроде тех, что получаются в случае Солнца и Лупы) отсутствуют. Вот что он рассказывает:

«Несмотря на резкость теней, они очень слабы при наблюдении на открытом воздухе. Виновата общая освещенность от неба… она создает подсветку экрана и тем уменьшает контраст.

Такую подсветку можно в значительной степени исключить, если производить наблюдения в комнате, куда сквозь маленькое окно попадает только свет от Венеры и небольшого участка неба. При этих условиях тени от оконного переплета вполне отчетливо вырисовываются на противоположной окну стене, что часто и наблюдалось.

Иногда тени можно наблюдать в башне обсерватории… Вечером 28 апреля с. г., когда Венера была на высоте около 15° над горизонтом, я заметил, что белая поверхность (внутренняя стена башни) покрыта сеткой едва заметных темных линий. Взглянув на небо, я увидел, что Венера проходит за ветвями соседнего дерева, еще не успевшими покрыться листвой. Было ясно, что картина на стене образуется из теней отдельных веточек… можно было заметить, как они качаются. Неделю спустя на дереве появились листики, которые удавалось различать в отдельности в виде темных пятен среди веточек».

Другое иногда наблюдавшееся интересное явление — это так называемый «зеленый луч». Верхний край солнечного диска в момент своего исчезновения за горизонтом может на мгновение окраситься в зеленый цвет. То же замечалось и в случае Венеры. Зеленый луч («изумрудный», по его выражению) ясно видел адмирал Мюррей с борта «Корнуолла» недалеко от Коломбо, через полтора часа после захода Солнца 28 ноября 1939 г. Венера скрывалась за морским горизонтом. Мюррей наблюдал с биноклем, и сомнительно, увидел ли бы он вспышку, если бы не ожидал ее появления. Вряд ли нужно говорить, что это явление оптическое и что оно объясняется влиянием земной атмосферы.

Сначала считалось, что Венера несколько больше Земли, но это не так, ибо ее диаметр около 12 400 км, а земной 12 756 км. В 1900 г. Си по наблюдениям на 26-дюймовом рефракторе в Вашингтоне (США) получил значение 12 100 км, но это явно преуменьшенная величина. В 1953 г. Нефедьев сообщил о небольшом изменении диаметра планеты, найденном им из сравнения измерений, проделанных в период между 1940 и 1951 гг.; впрочем, подтверждений этого не последовало. Разумеется, нельзя предположить, что изменяется диаметр самого шара планеты. Мы должны помнить, что в действительности измеряем диаметр планеты вместе с ее атмосферой. Самое последнее значение диаметра планеты, данное Вокулером, равно 12 146 км.

Этот постоянный облачный покров затрудняет определение величины полярного сжатия Венеры. У Земли сжатие довольно заметно — полярный диаметр на 42 км меньше экваториального, но Венера кажется нам почти совершенно сферической. В прошлом веке Видаль и Теннант сообщили о том, что сжатие имеет измеримую величину, но нам кажется, что если Венера вообще имеет сжатие, то отступление от правильной сферической формы должно быть очень небольшим.

Средняя плотность Венеры несколько меньше, чем Земли — 4,9 г/см³ против 5,5 г/см³ для нашей планеты. Масса ее составляет 0,81 массы Земли, а объем — 0,92 земного. Вообще же эти различия достаточно малы. Если мы уменьшим Землю до размера биллиардного шара, то Венера представится другим шаром, столь похожим на первый, что для различения понадобится взвешивание. Венеру можно назвать близнецом Земли. Этот эпитет, вообще говоря, применяют и к Марсу, но без достаточного основания, так как «красная планета» по диаметру равна половине, а по массе — одной десятой массы Земли.

Сходство размеров и масс Венеры и Земли означает, что сила тяжести на поверхности обеих планет должна быть почти одинаковой. Земной житель, весящий 76 кг, весил бы на Венере 66,5 кг, на Марсе же — всего 27,3 кг и чувствовал бы себя необыкновенно легким и сильным. Разумеется, взвешивание нужно было бы производить на пружинных весах, а не на весах с гирями.

Вопрос о силе тяжести на поверхности планеты связан с вопросом о скорости ускользания. Если мы, находясь на Земле, бросим вверх шар, то он достигнет определенной высоты и затем упадет обратно; если мы придадим ему большую начальную скорость, то и высота подъема возрастет. Если пренебречь сопротивлением воздуха и предположить, что шару придана начальная скорость в 1,6 км/сек, то он взлетит на 130 км; если начальная скорость вдвое больше, то выше 500 км, и т.д. Брошенный с начальной скоростью 11,2 км/сек шар никогда не вернется обратно, так как сила земного притяжения не сможет удержать его. Эта критическая скорость является скоростью ускользания для Земли. Менее массивные тела, такие, как Меркурий и Луна, имеют меньшие скорости ускользания (4,2 и 2,4 км/сек соответственно), а для того, чтобы освободиться от притяжения гигантского Юпитера, нужно разогнаться до скорости 61 км/сек.

Величины скоростей ускользания оказывают заметное влияние на состав атмосфер планет. Атмосфера, являющаяся смесью многих газов, состоит из атомов и молекул, движущихся с большими скоростями. Если максимальная скорость частицы превышает скорость ускользания, такая частица может улететь в межпланетное пространство. Ввиду того что скорость ускользания для Земли сравнительно велика, наша газовая оболочка сохраняется. Но Луна, притягивающая много слабее, была не в состоянии удержать хоть какую-нибудь атмосферу, даже если она когда-то и имелась у нее, так что сейчас на Луне практически нет «воздуха». То же справедливо для Меркурия, но не для Марса: для последнего скорость ускользания 5,0 км/сек, и потому Марс окружен атмосферой, хотя и тонкой. В то же время атмосфера Юпитера состоит в основном из такого легкого газа, как водород, который и соединениях с некоторыми другими элементами дает различные, малоприятные для нас составляющие атмосферы, вроде метана и аммиака.

Считается, что во время оно в атмосфере Земли содержалось много свободного водорода, но что уже на ранних стадиях существования Земли как самостоятельной планеты этот водород улетучился; в таком случае наша современная атмосфера является «вторичной» и образовалась из газов, извергнутых вулканами. Несомненно, что скорость ускользания для Земли (11,2 км/сек) весьма благоприятствует образованию пригодного для нашего дыхания воздуха. Если бы эта скорость была больше, то преобладали бы водород и его соединения; если бы она была существенно меньше, атмосфера была бы весьма разреженной.

Скорость ускользания для Венеры 10,3 км/сек. Казалось бы, есть достаточно оснований ожидать, что атмосфера Венеры похожа на атмосферу Земли, т.е. бедна водородом, но богата свободным кислородом. Однако ничто не может быть дальше от истины, чем такое предположение. Венера, правда, имеет атмосферу, но основная ее составляющая, по-видимому, углекислый газ.

Это довольно любопытный факт. Венера очень похожа на Землю по размерам и массе и всего на 40 млн. км ближе к Солнцу. Почему же ее атмосфера так отличается от земной? В нашем воздухе сравнительно мало углекислого газа. Почему же его так много на Венере? Может быть, Венера и близнец Земли, но «не тождественный близнец», как очень удачно выразился Фирсов. Так как мы не можем непосредственно исследовать поверхность планеты, приходится довольствоваться той информацией, которую дают нам наблюдения верхних слоев ее атмосферы; не удивительно, что при этих обстоятельствах многое все еще остается неизвестным.