База знаний

Наши знания о Венере столь скудны, что мы еще не имеем практически никакого представления о периоде вращения планеты вокруг своей оси. Период вращения Земли известен настолько точно, что современные часы позволяют обнаруживать в нем едва уловимые неправильности; период вращения Марса известен с точностью до долей секунды, и даже период вращения Плутона удалось оценить более или менее точно. Но в случае Венеры положение совсем иное. Здесь стоит вопрос не о возможной ошибке в минуту или в час — мы были бы рады узнать период вращения с точностью хотя бы до нескольких месяцев!

Марс имеет тонкую и прозрачную атмосферу, а детали на его поверхности резки и хорошо очерчены. Вследствие вращения планеты эти детали перемещаются по ее видимому диску, что значительно облегчает задачу определения периода вращения. Определенная Гершелем полтора века назад величина этого периода менее чем на 2 минуты отличалась от правильного значения — 24 часа 37 минут. Юпитер и Сатурн показывают нам только поверхности своих газовых оболочек, но и там имеются детали, существующие в течение нескольких оборотов (или даже нескольких лет, как на Юпитере); найдено, что периоды вращения этих планет коротки — всего около 10 часов. К сожалению, такие простые методы неприменимы к Венере, детали облачного слоя которой настолько размыты и непостоянны, что результаты оказываются совершенно ненадежными.

Однако у прежних наблюдателей не было выбора: если они вообще хотели определить период, они должны были это делать с помощью обыкновенных визуальных методов. Первая попытка найти период вращения Венеры принадлежит Д. Кассини. Одна из его статей интересна описанием методов, применявшихся астрономами того времени, но в остальном ее ценность, разумеется, только историческая. По наблюдениям «пятен», которые Кассини производил с 1666 г. до времени переезда из Италии во Францию, он нашел, что период вращения Венеры равен примерно 23 часам 21 минуте, т.е. почти такой же, как у Земли. В следующем веке Бианчини получил значение периода, равное 24 суткам 8 часам; его оценка основывалась на наблюдениях «постоянных», по его мнению, деталей, которые он нанес на карту. Ж. Кассини несколько изменил величину периода, полученную его отцом,— сначала до 23 часов 15 минут, а затем до 23 часов 20 минут. Оценка Шрётера, относящаяся к 1789 г., была 23 часа 21 минута 19 секунд, а другая, сделанная в 1811 г.,— 23 часа 21 минута 7,977 секунды.

Однако Шрётер знал, что полученные величины далеко не точны, о чем свидетельствует его высказывание в статье, опубликованной в 1792 г.: «То обстоятельство, что на этой планете не видно ни плоских округлых образований, таких, как на Юпитере или Сатурне, ни полос или вытянутых пятен, параллельных экватору, также видимых на упомянутых планетах… указывает на некоторую протяженность атмосферы и дает почву для заключения, что шар Венеры… вращается вокруг своей оси за много больший промежуток времени, чем Сатурн или Юпитер… что действительно подтверждается моими наблюдениями видимой части Венеры». В этой статье Шрётер ссылается на довольно сходные высказывания, сделанные ранее Де-Гомпи и Майраном, а также на замечание Лаланда. Вильям Гершель, как мы знаем, был человеком похвальной осторожности и не пожелал высказать своего мнения.

В 1832 г. Хасси пересмотрел и подтвердил оценку Бианчини (24 дня 8 часов); тем не менее до середины XIX в. большинство наблюдателей считали, что период вращения близок к земному. Это казалось достаточно обоснованным, но в 1877 г. Скиапарелли, итальянский астроном, чье имя всегда будет связано с «каналами» Марса, получил результат, опубликование которого произвело эффект, подобный разорвавшейся бомбе: он нашел, что период вращения Венеры равен 224 суткам 16 часам 48 минутам, или, округляя, 225 суткам. Это в точности равно времени, которое требуется Венере, чтобы один раз обойти по орбите вокруг Солнца, и венерианские сутки должны тогда быть равны венерианскому году. Иными словами, Скиапарелли пришел к заключению, что одна сторона Венеры постоянно обращена к Солнцу.

Эту идею ни в коем случае нельзя считать абсурдной; она справедлива для Меркурия, период вращения которого вокруг оси и сидерический период равны примерно 88 нашим суткам. Таким образом, одно полушарие Меркурия постоянно освещено Солнцем, и на большей его части температура очень высока, а другое постоянно находится в тени и очень сильно охлаждено.

Природа такого «связанного вращения» не составляет тайны — это результат длительного воздействия сил приливного трения. В далеком прошлом Меркурий, вероятно, был не вполне затвердевшим телом и вращался быстрее, чем в настоящее время. Солнечное притяжение вызывало на планете сильные _ приливы и стремилось удержать вершину приливного выступа в направлении на Солнце» это тормозило вращение планеты вокруг оси относительно Солнца до тех пор, пока оно совершенно не прекратилось. Таким же образом Земля замедлила вращение Луны, да и спутники гигантских планет тоже, по-видимому, постоянно обращены одной стороной к своим «хозяевам».

Так как Венера массивнее, чем Меркурий, и почти вдвое дальше от Солнца, то приливные силы должны были тормозить ее осевое вращение не столь быстро, как в случае Меркурия. Но есть основания предполагать, что вращение Венеры замедлилось в большей степени, чем вращение Земли, и поэтому нельзя не принимать в расчет предложенный Скиапарелли период в 225 суток, несмотря на то, что его определения базируются лишь на наблюдениях размытых темных пятен. В течение нескольких последующих лет период в 225 суток стал модным. Его поддержали еще несколько астрономов, в частности Ловелл, по причинам, которые мы рассмотрим подробнее в главе X. Однако сторонники более короткого периода вращения были все еще многочисленны.

В 1895 г. Бреннер сделал, пожалуй, чрезмерно оптимистическую оценку, заявив, что период равен 23 часам 57 минутам 36,2396 секундам. Позднее он «исправил» его до 23 часов 57 минут 36,27728 секунд. Когда неопределенность на самом деле достигает нескольких месяцев, значение, данное с точностью до 0,00001 секунды, кажется, мягко говоря, чересчур педантичным!

Список различных значений периода вращения, полученных с 1666 по 1958 г., дан в Приложении II. Этих определений было свыше 80, и сразу же надо оговориться, что все они, кроме нескольких, базируются на таких явно ненадежных наблюдательных данных, что сами значения периодов никуда не годятся. Они имеют главным образом исторический интерес. Я лично считаю, что имеется очень мало шансов когда-либо вообще определить период из одних только визуальных телескопических наблюдений. Можно лишь надеяться, что вдруг удастся проследить какую-нибудь деталь, более устойчивую, чем обычно, но и тогда не будет гарантии, что она не имеет большого собственного движения. Однако мое зрение отнюдь не такое острое, и наблюдатели, более зоркие, чем я, возможно, не согласятся со мной.

Переходя к современным работам, заметим, что, по-видимому, имеются четыре основных предположения относительно характера вращения Венеры:

1. Период вращения примерно такой же, как у Земли.

2. Период равен нескольким суткам.

3. Период вращения от 2 до 4—5 недель.

4. Имеет место «связанное вращение» с периодом 224 дня 16 часов 48 минут, или около 225 суток.

Первая попытка использовать метод, который мог бы дать лучшие результаты, чем простое наблюдение иллюзорных пятен на поверхности планеты, была сделана в 1900 г. русским астрономом А.А. Белопольским. Он использовал 30-дюймовый рефрактор Пулковской обсерватории с присоединенным к нему спектрографом. Если Венера вращается вокруг оси, то один край ее диска должен приближаться к нам, а другой удаляться. В первом случае должно иметь место допплеровское смещение линий спектра к фиолетовому концу, а во втором — к красному. Если вращение более или менее быстрое, то величина этих смещений будет достаточной для того, чтобы их можно было обнаружить. Однако применительно к Венере метод не оправдал ожиданий. Период, найденный Белопольским, составил 24 часа 42 минуты; позднее после исправления он пришел к значению 35 часов. Этот результат не был подтвержден Слайфером на Ловелловской обсерватории, чьи спектроскопические работы указывали скорее на прежнее значение 225 суток. Более поздние эксперименты, перечисленные в Приложении II, мало способствовали выяснению сути дела.

Предположение о вращении с периодом в несколько суток было выдвинуто в 1921 г. Пиккерингом, который продолжил визуальные исследования и получил значение 2 суток 20 часов. В 1924 г. оно было подтверждено наблюдениями Мак-Ивена, который посвятил всю жизнь изучению планет и на протяжении 60 лет (с 1895 по 1955 г.) руководил секцией Меркурия и Венеры Британской астрономической ассоциации. Мак-Ивен, по-видимому, считал вопрос решенным окончательно и говорил, что это удалось «благодаря искусству и проницательности профессора Пиккеринга, которому мы обязаны открытием единственно правильного периода вращения… истинную ценность которого поймет будущее поколение астрономов».

К сожалению, «открытие» было далеко не таким окончательным, как думал Мак-Ивен. К примеру, в 1924 г. наблюдения Стивенсона дали совершенно другие результаты. В своей статье на эту тему Стивенсон писал:

«К счастью, полосы и пятна, наблюдавшиеся в 1924 г., были необычайно долгоживущими, а изменения их очертаний — достаточно медленными, что дало возможность более или менее уверенно отождествлять их в течение нескольких (иногда последовательных) ночей… Мои наблюдения в 1924 г. не подтверждают величины периода, определенного профессором Пиккерингом и Мак-Ивеном. Каждая из трех деталей неизменно оказывалась почти в том же месте диска при двух различных наблюдениях. Программа была следующей: первая деталь наблюдалась 20 февраля и 5 марта, интервал 8 суток; вторая деталь — 9 и 17 марта, интервал 8 суток; третья деталь — 22 и 30 марта, интервал 8 суток. Из этого видно, что период вращения может быть либо 8 суток, либо в целое число раз меньше этой величины».

Дальнейшие исследования привели Стивенсона к предположению, что период в действительности равен 8 суткам и что весной 1924 г. «полюс, очевидно, был повернут почти по направлению к Земле, а ось вращения лежит очень близко к плоскости орбиты».

Пиккеринг, Стивенсон и Мак-Ивен были согласны в одном: все они считали, что наклон оси Венеры должен сильно отличаться от земного, более соответствуя случаю Урана. В то же время Антониади на основании визуальных наблюдений на 33-дюймовом медонском рефракторе отверг предложенное Пиккерингом значение 85° и заявил, что «ось вращения Венеры не образует значительного угла с перпендикуляром к плоскости орбиты». Все это показывает, что основываться на визуальных работах при решении этой специальной проблемы — все равно, что строить здание на песке.

Разумеется, знать наклон оси очень важно. Если полюс Венеры лежит вблизи видимого центра диска, как это иногда бывает в случае Урана, то в спектрах краев диска не будет никакого допплеровского смещения. Таким образом, то, что не удалось обнаружить эффекта Допплера, нельзя считать доказательством исключительно медленного вращения: спектроскопические наблюдения пока еще не производились достаточно часто.

По своим фотографиям 1927 г. Росс определил, хотя и с большой погрешностью, что период вращения равен приблизительно месяцу. В 1954 г. фотографические работы были продолжены Койпером, результаты которого в общем согласуются с выводом Росса.

Как можно видеть из списка, приведенного в Приложении II, период в 225 суток еще имеет сторонников, главным образом во Франции. Первое возражение, выдвигаемое против этой оценки, состоит в том, что новые определения дают для температуры «ночной» и «дневной» сторон Венеры примерно одинаковые значения. Если же одна сторона постоянно освещена Солнцем, а другая постоянно затенена, между ними должна быть значительная разница температур. Кроме того, период в 225 суток получен из наблюдений «постоянных деталей», находящихся на поверхности планеты, существование которых некоторые авторитеты склонны считать довольно сомнительным. Как бы то ни было, разумнее всего оставить вопрос открытым.

Совершенно по-новому подошел к проблеме Краус. В феврале 1956 г. он начал исследование радиоизлучения Венеры при помощи аппаратуры, работающей на волне около 11 м и установленной вблизи г. Колумбуса (США, штат Огайо). К маю он пришел к выводу, что такое излучение действительно существует, и описал его как сигнал, состоящий из всплесков, похожих на грозовые атмосферики; он даже счел вполне возможным объяснить их грозовыми процессами в атмосфере Венеры. Всплески были короткими, длящимися не более долей секунды. В июле Краус сообщил о наблюдавшихся в том же диапазоне сигналах другого типа. Они имели большую длительность — около секунды и более — и немного походили на сигналы земной радиостанции. Он также заявил о существовании определенной зависимости между вспышками на Солнце, сигналами от Венеры и радарным эхом от Луны.

Третья статья Крауса была посвящена определению периода вращения Венеры с помощью радиометодов. Было такое впечатление, что интенсивность сигналов меняется с определенной периодичностью, и Краус писал:

«Хотя механизм, вызывающий флуктуации приходящих от Венеры сигналов, неизвестен, можно предложить следующее простое и правдоподобное объяснение. Похоже на то, что Венера имеет по крайней мере столь же плотную ионосферу, как и Земля. Радиоволны, рождающиеся на поверхности планеты или вблизи нее и достигающие Земли, легче проходят сквозь ионосферу в непосредственной близости к центру планетного диска. В этом месте ионосфера наиболее прозрачна для радиоволн, идущих к Земле, т.е. имеет своего рода «окно». Если положение «окна» в той или иной степени ограничено центральными частями диска, источники будут наблюдаться только тогда, когда при вращении планеты они проходят под этим «окном». При таком прохождении каждый источник будет давать всплеск интенсивности сигнала».

Согласно данным Крауса, период вращения равен 22 часам 17 минутам с возможной ошибкой 10 минут в ту или другую сторону.

Это, без сомнения, интересный, но не окончательный результат. Как заметили Хэнбери Браун и Ловелл, до сих пор не существует других записей этих сигналов, кроме полученных в Огайо самим Краусом. Кроме того, имеется еще одно дополнительное соображение, приведенное Ричардсоном. Если бы период вращения был лишь 22 часа, то Венера должна была быть заметно сжата у полюсов; однако это, по-видимому, не имеет места, что указывает на то, что она вращается медленнее, чем Земля.

До настоящего времени последнее слово в этом вопросе было сказано Ричардсоном, который в 1956 г. выполнил на обсерватории Маунт Вилсон тщательное исследование, чтобы решить вопрос о вращении Венеры спектроскопическим путем. Он нашел, что вращение происходит настолько медленно, что эффект Допплера маскируется ошибками измерения. На этом основании Ричардсон считает, что может осуществляться одна из следующих трех возможностей: 1) направление вращения обратное (т.е. с востока на запад), с периодом от 8 до 46 суток; вероятность того, что это предположение правильно, ¹/₂; 2) период больше 14 суток, если вращение прямое, и больше 5 суток, если вращение обратное; вероятность этого ¹⁶/₁₇; 3) период больше 7 суток при прямом вращении или больше 3,5 суток при обратном; утверждение справедливо с вероятностью ¹³⁴/₁₃₅. Кажется, это опровергает малое значение периода, найденное Краусом, но Ричардсон указывает, что другая интерпретация радионаблюдений дала бы период 13 суток.

В общем мы должны признать свое поражение — временное, конечно. Визуальный наблюдатель проиграл сражение; сотни моих рисунков, сделанных в 1934 г. по настоящее время, также не проливают никакого света на обсуждаемый предмет. Тем же окончились тщетные старания многих значительно лучших наблюдателей. Даже те, которые бились над этой проблемой с помощью фотографической пластинки, спектроскопии и радиотелескопов, еще не могут сказать, какова продолжительность одного оборота Венеры вокруг ее оси. Посмотрим, удастся ли нам выяснить это в ближайшем будущем.