3 июня 2010 исполняется четыре года с момента, когда европейская автоматическая межпланетная станция Venus Express приступила к выполнению регулярной научной программы на орбите вокруг Венеры. За эти годы проведено большое количество наблюдений, в ходе которых исследовались состав и вертикальная структура венерианской атмосферы, ее взаимодействие с солнечным ветром, полюса Венеры, структура поверхности (в различных диапазонах длин волн), решались другие прикладные задачи. Ученые смогли по-новому взглянуть на нашу 'соседку' и убедиться, что она по-прежнему хранит в себе много тайн и загадок.

'СЕРФИНГ' В АТМОСФЕРЕ ВЕНЕРЫ

    В феврале и апреле 2010 г. станция Venus Express провела эксперименты по аэрозондированию атмосферы Венеры - третий и четвертый с момента выхода КА на орбиту вокруг планеты. Члены научной группы проекта шутливо окрестили этот эксперимент 'серфингом во внеземной атмосфере'. Venus Express обращается вокруг Венеры по сильно вытянутой полярной эллиптической орбите с довольно низким перицентром, который временами снижается до 175 км. Чтобы избежать 'зарывания' в атмосферу и гибели станции, операторы должны вовремя провести очередную коррекцию и поднять перицентр. Но непосредственно перед ней Venus Express подвергается заметному аэродинамическому торможению в верхних разреженных слоях венерианской атмосферы. Оно приводит к изменению параметров орбиты КА: ее апогей опускается, а период обращения сокращается. Зная текущую высоту перицентра и измеряя в реальном времени, как меняется скорость движения КА, можно оценить параметры верхней атмосферы планеты. В этом суть эксперимента по аэрозондированию ADE (Atmospheric Drag Experiment).

Наблюдения за поверхностью Венеры разными приборами космического аппарата Venus Express в разных диапазонах длин волн.

ИЗУЧАЕМ ВЕНЕРУ

    В первый раз подобный эксперимент проводился на Venus Express 18-22 августа 2008 г. при высоте перицентра около 185 км, вызывая снижение апоцентра за виток всего на 10-15 м. Второй цикл измерений ADE состоялся 12-17 октября 2009 г. и принес неожиданный результат: оказалось, что аэродинамические нагрузки на КА можно также определять по несимметричному накоплению момента маховиками системы ориентации.
    Эксперимент ADE-За проводился 22-28 февраля 2010 г. при высоте перицентра от 187 до 182 км, причем на витке 25 февраля он был построен по усложненной схеме: одна из панелей солнечной батареи оставалась ориентированной на Солнце, а вторая на несколько минут выставлялась под углом 90њ к ней. Аппарат приобретал значительную асимметрию, и для удержания его в заданной ориентации маховики работали по-разному. Атмосферные участки измерялись непосредственно в четырехчасовом сеансе связи через американскую станцию Канберра или европейскую Нью-Норсия (Австралия), а разгрузка маховиков выполнялась вблизи апоцентра в сеансе через Себрерос (Испания).
    Эксперимент ADE-ЗЬ был осуществлен 11-16 апреля 2010 г. при высоте перицентра менее 180 км, причем на пяти последних витках - с несимметричной конфигурацией солнечных батарей, ориентация которых менялась шаг за шагом. В последний день эксперимента две панели были наклонены на -45њ и +45њ к набегающему потоку, как крылья ветряной мельницы. В течение 30 минут вблизи перицентра регистрация данных проводилась с увеличенной до 8 Гц частотой. Параллельно проводился эксперимент VeRa по поиску аномалий гравитационного поля Венеры.

Первая температурная карта южного полушария поверхности Венеры была составлена на основе тысяч отдельных снимков спектрометра VIRUS, собранных в период с мая 2006 г. по конец 2007 г. с расстояния около 60000 км. Центр карты совпадает с южным полюсом. Диапазон измеряемых температур от +442њ С (красный) до +422њ С (синий), при этом более высокие температуры соответствуют более низким участкам рельефа и наоборот.

ИЗУЧАЕМ ВЕНЕРУ

    'Аэродинамический эксперимент прошел без замечаний, - отметил Октавио Камино (Octavio Camino), руководитель группы по эксплуатации КА. - Он еще раз показал, что КА может быть аккуратно использован для 'прощупывания' [подобным образом] плотности венерианской атмосферы'.
    17 апреля в апоцентре была выполнена коррекция орбиты с приращением скорости 5.978 м/с, которая подняла перицентр сразу на 96.65 км. Следующий 'серфинг в атмосфере' запланирован на октябрь 2011 г. 0. Камино уверяет, что он будет проведен более оптимально для аппарата и будет таким же безопасным, как и все предыдущие.

ВУЛКАНЫ ВЕНЕРЫ НАЙДЕНЫ?

    Многие столетия астрономы вглядывались в диск Венеры, однако различить какие-то структуры на ее поверхности не позволял плотный облачный покров планеты. Изучение геологии Венеры стало возможно благодаря наступлению космической эры, в частности после отправки к ней автоматических межпланетных станций (АМС), которые получили первые снимки поверхности с орбиты и с ее раскаленной поверхности.
    Начало картированию Венеры (как, впрочем, и аэрозондированию атмосферы планеты) положил запущенный в 1978 г. американский аппарат Pioneer Venus Orbiter, оснащенный радиолокатором с пространственным разрешением 75 км. Советские АМС 'Венера-15' и 'Венера-16' в 1983-1984 гг. провели радиолокационную съемку северного полушария с разрешением до 1 км и построили температурную карту поверхности Венеры. Среди прочих результатов детальной съемки выяснилось, что многие вершины на Венере имеют на склонах явные следы потоков лавы. Это подтвердилось на радиоснимках американского КА Magellan, который в 1990-1994 гг. выполнил картографирование 98% поверхности Венеры с разрешением до 300 м.
    При картировании Венеры выяснилось, что около 80% поверхности планеты представляет собой равнины, покрытые базальтовыми лавами. Они сходны с теми, что образуют океаническое дно на Земле. Второй по распространенности тип рельефа на Венере - это тессеры (греч. 'черепица'), нагорья протяженностью от сотен до тысяч километров, поверхность которых пересечена в разных направлениях системами хребтов и разделяющих их желобов-долин. Эти хребты образуют сложную мозаику, напоминающую черепичную крышу, так как поверхность их имеет многочисленные ступенчатые перепады высот. Они образовались в результате неоднократных сложных тектонических движений верхних слоев Венеры, сопровождаемых расколами, поднятиями и опусканиями различных участков поверхности. Тессеры занимают до 8% территории планеты.

АКТИВНЫЕ ВУЛКАНЫ НА ВЕНЕРЕ

Гора Идунн поперечником около 200 км (координаты 4бњю.ш., 214.5њв.д.), находящаяся на территории Земли Имдр, скорее всего, является венерианским вулканом. Сверху она изображена на карте с охватом участка поверхности Венеры 44-50њ ю.ш. и 208-219њ в. д. Снизу показана вершина этой горы с наложением спектральной информации, что стало результатом обработки данных, полученных прибором VIRUS в период с мая 2006 г. по конец 2007 г. Данные наложены на топографические карты, сделанные на основе снимков КА Magellan. Красно-оранжевая окраска соответствует самым теплым участкам (на высоте 2.5 км от поверхности), а фиолетовая - самым холодным. Разница в яркости указывает на различия в химическом составе пород.

АКТИВНЫЕ ВУЛКАНЫ НА ВЕНЕРЕ

    Оставшиеся 12% планеты классифицируются еще на 10 типов рельефа. И один из уникальных и наиболее интересных - это венцы. Такое название получили круглые возвышенности диаметром от 100 до 600 км, состоящие из кольца горных гряд с межгорным плато в центре. Их на Венере несколько сотен. Ученые полагают, что эти структуры образовались над так называемыми мантийными плюмами (потоки разогретого материала, поднимающегося к поверхности из частично расплавленной мантии, расположенной под твердой корой планеты). Вокруг многих венцов наблюдаются застывшие лавовые потоки, расходящиеся в стороны в виде широких 'языков'. Считается, что венцы могли служить основными источниками, через которые на поверхность планеты поступало расплавленное вещество из недр. Застывая, эти лавы сформировали обширные равнинные участки, занимающие теперь почти всю территорию Венеры.
    На Венере обнаружено всего около 900 метеоритных кратеров диаметром от нескольких до трех сотен километров - намного меньше, чем на Луне, Марсе или Меркурии. Это может означать, что венерианские кратеры либо образовывались в меньшем количестве (из-за экранирующего действия плотной атмосферы), либо значительная их часть 'стерта' последующими геологическими процессами (например, обширными излияниями лав). Подавляющее большинство кратеров на Венере имеет очень отчетливый, 'свежий' облик, что указывает на слабую интенсивность процессов эрозии материала на поверхности Венеры.
    На радиолокационных снимках было обнаружено около 10 тысяч структур, напоминающих земные вулканы, но в возможной активности 'подозревался' только один из крупнейших - гора Маат высотой 11 км и поперечником 400 км. Достоверными данными о современной геологической активности на Венере ученые до недавнего времени не обладали...
    Однако теперь эти данные появились! 8 апреля в авторитетном научном издании Science был опубликован отчет об исследованиях, проведенных группой ученых во главе с Сюзанной Смрекар (Suzanne Smrekar) из Лаборатории реактивного движения (JPL) США. Они проанализировали накопленный объем данных с видового и теплового ИК-спектрометра VIRTIS на борту Venus Express и пришли к выводу о том, что Венера может быть активной до сих пор!
    Прибор VIRTIS, с помощью которого было сделано открытие, ведет наблюдения поверхности Венеры в трех спектральных каналах, два из которых предназначены для спектрального картографирования (оптическая картографирующая подсистема), а третий - для спектроскопии (оптическая система с высоким разрешением). Каналы картографической подсистемы расположены в видимом (0.25-1.0 мкм, спектральное разрешение - 2 нм) и инфракрасном диапазоне (1.5 мкм, 10 нм), а спектроскопический канал - в инфракрасном (2.5 мкм, 3 нм).
    По принципу работы (наблюдение в 'окнах прозрачности' атмосферы, в частности, атмосфера Венеры относительно прозрачна вблизи длины волны 1.02 мкм) VIRTIS схож со спектрометром VIMS, с помощью которого станция Cassini ведет с 2004 г. наблюдения спутника Сатурна Титана, однако есть и существенное различие. Оно состоит в том, что на Титане очень холодно, и VIMS 'видит' только отраженное от его поверхности солнечное излучение. А вот на Венере, наоборот, жарко, и чем горячее поверхность, тем в более коротковолновом диапазоне она излучает. По этой причине VIRTIS'y не нужен солнечный свет, чтобы проводить наблюдения, - по сути, он регистрирует тепловую яркость поверхности.
    Еще в 2008 г. группа специалистов из Института планетных исследований Германского аэрокосмического центра в Берлине во главе с Ерном Гелбертом (JSrn Helbert) и Нильсом Мюллером (Nils MuLLer) опубликовала температурную карту южного полушария Венеры, сделанную на основе данных этого прибора. Обнаруженные температурные вариации в разных областях застывшей лавы на поверхности ученые связали с различием в химическом составе, что указывало на то, что она изливалась наружу в разные периоды эволюции Венеры. Тогда еще не было понятно, когда именно происходили эти извержения - и происходили ли вообще, потому что, согласно одной из теорий, в истории Венеры случился некий глобальный катаклизм, который привел к выходу на ее поверхность большого количества лавы. Ведь ученые оценивали средний возраст п оверхности Венеры в 500 млн лет, и некоторые всерьез считали, что после этой отметки существенных изменений на ней не происходило.

ИССЛЕДОВАНИЯ VENUS EXPRESS

За сутки Venus Express передает от 100 до 800 Мбайт, в зависимости от текущего расстояния от Венеры до Земли. Стандартные сутки работы КА на вытянутой орбите высотой 180x66000 км с периодом 24 часа строятся следующим образом (время отсчитыва-ется от перицентра):     11:00-13:00 - глобальное картирование, изучение крупномасштабных явлений в южном полушарии;     15:00-23:00 - изучение динамики атмосферы и облачных систем;     23:00-01:00 - детальные наблюдения атмосферы и поверхности в северном полушарии;     01:00-09:00 - связь с Землей, сброс результатов наблюдений.     Зондирование атмосферы планеты при заходе и восходе Солнца и звезд, а также радиозаходе Земли планируются специально.

ИССЛЕДОВАНИЯ VENUS EXPRESS

    Теперь, однако, известно, что на Венере имеется по крайней мере девять 'горячих точек' (hot spots), которые возникают в местах выхода восходящих потоков вещества из недр планеты. Аналогичные 'горячие точки' есть и на Земле, например в районе Гавайских островов. У нас, однако, их деятельность осложняется тектоникой плит, и в результате, например, Гавайи представляют собой не один супервулкан, а цепочку вулканов, соответствующих последовательным прорывам восходящего потока к поверхности. На Венере движущихся литосферных плит, по-видимому, нет, и 'горячие точки' являются главной движущей силой тектонических процессов. На радиолокационных картах они выглядят как обширные поднятия, покрытые высокими вулканическими конусами.
    Сюзанна Смрекар и семь ее коллег решили более тщательно изучить 'горячие точки'. Наложение тепловых данных на топографическую карту планеты позволило учесть зависимость температуры от рельефа. Как и на Земле, температура поверхности Венеры падает с высотой, а так как венерианская атмосфера очень плотная, она полностью определяет температуру на каждой высотной отметке. Это позволило ученым создать соответствующую компьютерную модель, в которой также были учтены прозрачность облаков, геометрия наблюдений и другие эффекты.
    В результате этой кропотливой работы был получен важный результат: в некоторых районах отклонение данных VIRTIS от теоретических расчетов с учетом рельефа достигало 2-3њ. Это расхождение может быть обусловлено особенностями состава пород, имеющих разные тепловые свойства. Но так или иначе, в отдельных точках земель Имдр (Imdr), Фемида и Диона, находящихся в южном полушарии, VIRUS обнаружил аномально высокий уровень теплового излучения. Наивысшее его значение было выявлено на вершине горы Идунн (Idunn Moris), находящейся на территории Земли Имдр. Другие максимумы приходились на 'горячие точки' и на венцы.
    Известно, что при извержениях вулканов на Земле вещество лавы вступает в химические реакции с кислородом и другими компонентами атмосферы. На Венере идет сходный процесс, но он более интенсивен и изменяет состав внешнего слоя изверженной породы более существенно. В результате химических реакций поверхностного материала с атмосферным углекислым газом или двуокисью серы формируется вторичная 'корка' из минералов, таких как кальцит (СаСО₃), ангидрит (обезвоженный гипс, CaSO₄) или гематит (Fe₂O₃). Сами по себе они обладают низкой эмиссионной способностью, но сравнительно прозрачны для излучения нижележащих пород. Однако уже слой толщиной в несколько микрометров заметно снижает уровень теплового излучения. И если в каком-то месте он остается аномально высоким, это означает, что наблюдаемая лава еще 'свежая' и не успела подвергнуться процессам выветривания.
    Неизвестной величиной является скорость этого выветривания, хотя Смрекар с соавторами приводят доводы в пользу того, что оно идет очень быстро. Однако даже при самых консервативных оценках лавы горы Идунн не старше 2.5 млн лет, а скорее всего - не более 250000 лет. В любом случае в геологических масштабах это 'вчера', если не 'сегодня'. Для сравнения: самый старый действующий вулкан на Гавайях - Кохала - начал извергаться около 500000 лет назад и до сих пор является активным 'горячим пятном'.
    По данным группы Смрекар, активными могут быть и другие вулканы Венеры, например горы Иннини и Хатор в области Диона и еще несколько, включая гору Миеликки в области Фемида. 'Геологическая история Венеры долгое время была загадкой, - говорит С. Смрекар. - Предыдущие [отправляемые к Венере] КА дали нам намеки на возможную вулканическую активность, однако мы не знали, когда именно происходили события. Сейчас же мы имеем четкое подтверждение того, что на поверхности Венеры совсем недавно происходили извержения. Существует ряд теоретических моделей, согласно которым Венера могла покрыть себя лавой толщиной в несколько километров в относительно короткий промежуток времени, но при этом недра планеты должны функционировать несколько иначе, чем земные. Однако если на Венере есть вулканизм и он носит регулярный характер, то внутреннее строение двух планет скорее имеет больше сходства, чем различий, даже несмотря на отсутствие у Венеры системы тектонических плит'.

На Земле есть места, которые напоминают венерианскую геологию, - например, район вблизи вулкана Стромболи (Южная Италия). Для сравнения приведена цветная панорама поверхности с борта космического аппарата 'Венера-13'

ИЗУЧАЕМ ВЕНЕРУ

    Таким образом, на один вопрос ответ все же есть: скорее всего, вулканизм на Венере существует и, подобно земному, реализуется в виде последовательных сравнительно мелких извержений, а не в виде глобального катаклизма, после которого вся поверхность планеты была 'стерта' излившейся лавой.
    Следующим шагом к более полному пониманию этого вопроса станут эксперименты в Лаборатории эмиссионной способности планет (Planetary Emissivity Laboratory) Института планетных исследований при DLR. Образцы различных вулканических пород в специальной печке будут разогреты до температуры 500-600њС, и после этого специалисты изучат их свойства. В частности, они будут экспериментировать с образцами, взятыми из района вблизи вулкана Стромболи в Южной Италии. Планетологи считают, что при попадании в искусственные венерианские условия они в наибольшей степени будут соответствовать веществу Венеры по своим отражательным и излучательным свойствам.
    В настоящее время в Солнечной системе известны только три тела, на которых есть вулканизм, - это наша Земля, спутник Юпитера Ио и спутник Сатурна Энцелад (на последнем развит криовулканизм). Есть намеки на недавние лавовые потоки на Марсе, основанные на подсчете числа кратеров, но Венера, по-видимому, имеет больше прав на четвертое место в этом списке. Оказывается, многого о ней мы еще не знаем...