База знаний

Если бы можно было взглянуть на Землю из межпланетного пространства, то полярные области казались бы сверкающими белыми шапками из-за толстого слоя льда и снега, покрывающего полюса. Именно такую картину мы видим на Марсе. Его полярные шапки тоже белого цвета, что объясняется отложениями какой-то разновидности льда или снега, причем шапки подвержены общим сезонным изменениям, уменьшаясь с наступлением марсианской весны и становясь совсем маленькими к середине лета. Известно, что южная полярная шапка может даже совсем исчезнуть на некоторое время. Еще одна черта сходства между Марсом и Землей заключается в том, что полярные области на обеих планетах почти одинаково наклонены к плоскости орбиты, так как наклон оси вращения Марса отличается от земного всего лишь примерно на 2°.

Отложений льда можно ожидать на таких планетах, как Земля или Марс, обладающих твердой поверхностью и достаточно прозрачными атмосферами. Совершенно ясно, что их нельзя ожидать на Венере, поверхность которой постоянно закрыта облаками. И все же шапки на Венере существуют. Они были впервые открыты Грюйтхюйзеном в 1813 г., и с тех пор их часто видели многие опытные наблюдатели Венеры.

С этими шапками связано много проблем, но прежде чем заняться их разрешением, изучим вид и поведение самих образований.

Скажем для начала, что они никоим образом не сравнимы с земными или марсианскими полярными шапками. Они видны не всегда: шапка может исчезнуть в течение нескольких дней, а затем снова появиться через несколько месяцев. Любой опытный наблюдатель может привести примеры такого рода. В частности, в 1956 г. члены секции Меркурия и Венеры Британской астрономической ассоциации отмечали, что в июле и в начале августа южная шапка была заметна очень хорошо, в то время как северная отсутствовала или была не видна; затем постепенно размеры и яркость южной шапки уменьшались, и к началу октября она почти исчезла, в то время как северная шапка увеличилась.

По временам шапки могут становиться очень отчетливыми. Часто можно заметить темную кайму, которая отделяет шапки от остальной части диска. Такое же явление наблюдается и на Марсе, и было выдвинуто предположение, хотя и бездоказательное, что темная кайма вокруг марсианских шапок может объясняться увлажнением почвы планеты при таянии льда на границе полярной области, так как влажная почва выглядит темнее, чем сухая. Объяснение такого рода неприменимо к Венере, и это само по себе может служить достаточным свидетельством в пользу того, что природа венерианских шапок отлична от природы марсианских или земных. С 1934 г. по сей день я неоднократно наблюдал шапки и кайму, причем часто эти детали были хорошо заметны в телескоп диаметром не менее 6 дюймов.

Невольно напрашивается термин «полярные шапки», но он рискован. На самом деле эти детали могут находиться отнюдь не на полюсах, так как мы до сих пор не знаем положения оси вращения Венеры.

Земной экватор наклонен к плоскости орбиты под углом 23° 27'. Экваториальные плоскости большинства планет имеют примерно тот же наклон: у Марса этот угол составляет около 25°, у Сатурна 26°—27°, у Нептуна 29°, однако у Юпитера он гораздо меньше (3°), а для Меркурия и Плутона данные отсутствуют. В этом отношении совершенно исключительный случай представляет Уран. Угол наклона его экватора к плоскости орбиты равен 98°, и поэтому мы видим эту планету под несколько необычным углом зрения: например, в 1945 г. полюс находился в центре видимого диска; в 1966 г. через центр диска пройдет экватор, а полюс будет лежать на краю.

Если ось вращения Венеры наклонена подобным же образом, то ее полюса будут видны во всевозможных положениях, и иногда полюс будет находиться в центре диска. Наблюдения, сделанные Стивенсоном в 1924 г., привели его к заключению, что это именно так. Позже фотографические наблюдения Койпера указали на то, что экватор Венеры наклонен к плоскости орбиты примерно на 32°. Койпер считает, что максимальная ошибка этой величины всего 2°, но пока его результат остается неподтвержденным. Дольфюс считает, что «ось вращения планеты лишь немного наклонена к плоскости орбиты». Прежние работы по определению угла наклона основывались только на визуальных наблюдениях, и сейчас не представляют никакой практической ценности, но с исторической точки зрения интересны. Предлагались следующие величины угла наклона: 15° — Бианчини (1727 г.), 53° — Шрётер (1796 г.). Вот другие оценки: Пиккеринг получил величину 5° (1920 г.); Жарри-Делож получил 45°,5 (1922 г.); Антониади — от 60° до 80° (1934 г.), Хаас — больше 75° (1942 г.), Ширдеваан — 0° (1949 г.) и Кутшер — 38° (1954 г.). На основании своих фотографических наблюдений 1927 г. Росс предложил величину примерно 90°. Таким образом, значения угла наклона, предлагаемые различными наблюдателями, изменяются в пределах 90° — поистине большой выбор!

Если белые шапки действительно не являются «полярными», то остается предположить, что их существование обязано эффекту контраста. Эта идея довольно часто выдвигалась на протяжении последних 60 лет и получила сильного сторонника в лице Антониади, имевшего то преимущество, что для большинства своих наблюдений планет он мог использовать 33-дюймовый медонский рефрактор. Антониади утверждал, что шапки кажутся светлыми из-за «повышенной яркости лимба и благодаря тому, что они с двух сторон окружены темным фоном неба». Действительно, некоторые наблюдения вызывают такое подозрение; например, Грюйтхюйзен утверждал, что он лучше всего видел шапки в совсем маленький телескоп, меньше 2 дюймов диаметром.

Несомненно, контраст играет здесь некоторую роль, что видно из экспериментов Виллигера и других, описанных в предыдущих главах. Слабая кайма, обрамляющая шапки, может всецело вызываться этим явлением.

С другой стороны, существенно, что видимость шапок меняется. Как мне удалось показать на основании теории контраста, шапка, видимая при некоторой фазе, должна быть снова видна при той же фазе в следующую элонгацию (если только условия наблюдений не изменяются). Оказывается, что этого не наблюдается.

Можно привести один интересный пример. Я обратил внимание на условия видимости шапок и обнаружил, что в 1948 г. около дихотомии (восточная элонгация) северная шапка отсутствовала. Она также отсутствовала или была невидима во время той же самой фазы в 1949 г., изредка появлялась, но в общем была плохо заметна в 1951 г., опять была невидима в 1953 и 1956 гг., но в 1957 г. была видна хорошо. В то же время южная шапка отчетливо наблюдалась в 1949 г., но уже в следующую восточную элонгацию она была видна несравненно хуже и так продолжалось вплоть до 1957 г., когда она была явно непостоянна и довольно невелика по размерам. Такого же рода расхождения, соответствующие другим фазам, неоднократно подтверждались различными наблюдателями, намного более искусными, чем я.

Еще один интересный факт заключается в том, что иногда отчетливо наблюдаются движения шапок, которые могут быть или не быть связаны с вращением планеты. К примеру, в период между 6 апреля и 20 мая 1956 г. Грэнджер заметил, что южная шапка медленно, но непрерывно вращалась и временами находилась далеко от рога серпа, причем яркость самого рога была значительно меньше. Я получил только частичное подтверждение этого факта, хотя не смог фиксировать положения шапки настолько хорошо, чтобы результаты были надежными. Члены секции Меркурия и Венеры заметили, что во второй половине мая шапка постепенно сокращалась и становилась все более эллиптической, превратившись наконец в светлую область около лимба.

Свидетельства существования движений такого рода получил также Фирсов, наблюдавший через светофильтры,— перемещались не только шапки, но и другие детали на диске Венеры. Такие же исследования предпринимались Ленхэмом и Робинсоном; Дольфюс тоже наблюдал со светофильтрами, но надо еще много поработать, прежде чем данные можно будет считать надежными.

Результаты этих исследований, по-видимому, показывают, что явление шапок нельзя объяснить просто эффектом контраста, хотя в целом вопрос остается открытым. Предположим, что шапки действительно существуют, и направим наши усилия на выяснение их возможной природы.

Поскольку нет доказательств того, что наклонение оси вращения Венеры к плоскости орбиты сильно отличается от земного, то, вспоминая результаты Койпера, можно предположить, что шапки действительно отмечают положение полюсов Венеры, Этой точки зрения придерживается американский астроном Бартлетт, который добавляет, что «если это так, то нет никакой физической причины, почему бы эти полюса при наличии на Венере воды не могли быть покрыты снегом и льдом, несмотря на близость планеты к Солнцу. Если шапки Венеры действительно являются полярными, то имеет место замечательное совпадение: у трех планет земной группы — Венеры, Земли и Марса — размеры южных полярных шапок больше».

Не следует обращать слишком большого внимания на это кажущееся «совпадение», тем более, что вообще сомнительно, больше ли южная шапка Венеры, чем северная. Значительные размеры, которых могут достигать южные полярные шапки Земли и Марса, объясняются тем, что орбиты обеих планет имеют довольно большой эксцентриситет, а оси вращения наклонены, поэтому получается, что зима в южном полушарии наступает в положении афелия (наибольшего удаления от Солнца), так что на этих планетах к югу от экватора зимы дольше и холоднее, чем в северном полушарии. В то же время орбита Венеры так близка к круговой, что для нее подобный эффект вряд ли заметен.

Теория, согласно которой шапки Венеры состоят из снега, была первоначально выдвинута Грюйтхюйзеном более века назад, но как будто встречает непреодолимые трудности. Существование снежных полей невозможно в свете того, что мы знаем о климате Венеры. Ее атмосфера содержит много углекислоты, которая, как одеяло, сохраняет солнечное тепло, и поэтому на поверхности планеты должно быть очень жарко. Кроме того, все наблюдения говорят о том, что истинная поверхность планеты постоянно скрыта от нас. Если мы действительно видим полярные снега, тогда и другие детали на диске Венеры — темные области, светлые пятна и др.— тоже должны быть деталями твердой поверхности планеты, и мы возвращаемся к представлениям времен Бианчини, когда он рисовал свою «карту». Кроме того, было бы весьма трудно объяснить изменения видимости шапок.

Предполагалось даже, что шапки представляют собой возвышенные, покрытые льдом плоскогорья, на тысячи метров поднимающиеся над поверхностью планеты и благодаря этому выступающие поверх облаков; появление и исчезновение шапок при этом объясняются колебаниями прозрачности верхних слоев атмосферы.

Следует упомянуть об идее, выдвинутой И.Т. Зоткиным и А.Н. Чигориным. Они предположили, что возникновение шапок объясняется местной повышенной яркостью атмосферы, обусловленной высокой отражающей способностью подстилающей поверхности. Затем предполагается, что шапка может быть видима, только если она оказывается в плоскости, проходящей через центр планеты и перпендикулярной лучу зрения. Таким путем советские астрономы получили еще одно значение угла наклона оси вращения, равное 51°.

В 1926 г. Стивенсон высказал предположение, что шапки могут быть связаны с дневной дымкой, и при этом добавил: «Я заметил, что они не участвуют в движениях, которые совершают прочие детали. Такого же рода явление иногда видно на Марсе. В случае Венеры один конец серпа всегда более искажен, чем другой, а это свидетельствует о том, что белые пятна не совсем иллюзорны. Если бы это было так, оба конца серпа были бы искажены одинаково».

Как бы то ни было, вполне возможно, что природа подстилающей поверхности планеты играет здесь какую-то роль. Однако мы все еще не можем решить, есть ли на Венере горы или нет, а ведь рельеф поверхности должен очень сильно влиять на характер атмосферной циркуляции. Если поверхность планеты более или менее ровная, а период вращения намного больше нашего, то там должны дуть сильные постоянные ветры, которые и могут вызвать появление шапок. Особенности атмосферной циркуляции в полярных областях могут привести к образованию устойчивых облаков верхнего яруса, которые иногда при нарушении постоянства ветров рассеиваются, а через некоторое время образуются вновь. В настоящее время мы не можем сказать, существуют ли в полярных областях высокие плато или нет.

Природа темной каймы вокруг шапок остается неясной. Наблюдения, сделанные Койпером на 82-дюймовом рефлекторе обсерватории Мак-Дональд в Техасе, показали, что темная кайма вокруг полярных шапок Марса действительно существует. Но в случае Венеры этого может и не быть. Небольшое уменьшение яркости шапки, возможно, могло бы привести к исчезновению прилегающей к ней каймы, если она обусловлена эффектом контраста, и мои собственные работы указывают на то, что кайма видна только в тех случаях, когда шапки особенно отчетливы. До тех пор пока не будут получены более определенные данные, по-видимому, лучше рассматривать темную кайму как оптический эффект, т.е. придерживаться мнения Антониади.

Белые шапки принадлежат к числу наиболее интересных деталей, видимых на диске Венеры. Очень интересно следить за их изменениями, за тем, как они становятся ярче или блекнут, но привлекательная идея о том, что они состоят из снега и льда, мало правдоподобна. Зато, когда людям удастся достигнуть Венеры, они по крайней мере не подвергнутся риску замерзнуть среди арктических льдов сестры нашей Земли.