Лев Мухин - В нашей галактике
Облака эти расположены очень высоко, их нижняя граница лежит примерно на уровне пятидесяти километров над поверхностью Венеры. Каким же образом они возникают?
Температура поверхности планеты высока. Поэтому целый ряд летучих соединений и, что особенно важно, соединений, содержащих серу, переходят в атмосферу. Здесь и двуокись серы, здесь и сероводород, и сероуглерод. Кроме того, в атмосфере Венеры содержится, хотя и в небольших количествах, водяной пар. В верхних слоях атмосферы все эти соединения под воздействием ультрафиолетового излучения Солнца участвуют в очень сложной последовательности фотохимических реакций. Именно в результате этих реакций и образуются капли серной кислоты.
Облака имеют сложное строение, иногда они состоят из нескольких ярусов. Да, планета, на которой идут сернокислотные дожди, вряд ли покажется кому-либо достаточно комфортным местом. Но дождь этот не доходит до поверхности. По мере приближения к поверхности капли испаряются, а где-то на высоте около 15 километров от поверхности серная кислота разлагается на воду и окислы серы. Они поднимаются вверх и там вновь включаются в цепь фотохимических реакций, приводящих к образованию капель серной кислоты.
Заметим, что до сих пор не было ни одного прямого экспериментального доказательства этой идеи. Мы постараемся проверить «сернокислотную модель» во время запуска к Венере космического аппарата по советско-французскому проекту «Венера — Галлей» в 1984 году. А до тех пор облака Венеры будут для нас одной из самых интересных загадок.
Вернемся теперь к третьей загадке Венеры, проблеме избытка на ней первичных благородных газов — аргона с атомным весом 36, неона, криптона и ксенона. Почему этот вопрос представляется очень важным и почему он так оживленно дискутируется сегодня в научной печати? Мы уже вскользь упоминали об этом, но вопрос действительно настолько принципиален, что о нем необходимо поговорить подробнее.
Итак, об избытках первичных благородных газов на Венере. Как это могло случиться?
Одной из первых была высказана гипотеза о том, что вещество прото-Венеры облучалось солнечным ветром. Этой идее было посвящено три работы. Мы уже говорили о том, что такое солнечный ветер. Он действительно мог бы в принципе обеспечить избыток благородных первичных газов. Но Венера находится от Солнца на расстоянии 0,7 астрономической единицы, а Земля на расстоянии в одну астрономическую единицу. Поскольку интенсивность ветра падает пропорционально квадрату расстояния, солнечный ветер может обеспечить разницу лишь в два раза, а никак не в сто.
Конечно, можно говорить о том, что вещество Венеры на стадии образования планет экранировало зону образования Земли. Но, как указал крупный специалист по атмосферам Д. Хантен, отношение изотопов аргона-36 к неону одинаково для Земли и Венеры. Эти отношения земные, а не солнечные, и поэтому такая модель вряд ли проходит.
Красивую идею выдвинул М. Изаков из Института космических исследований. Он использовал предположение о том, что Венера образовалась раньше Земли. В это время в протопланетной туманности было еще много газа, который гравитационно захватывался Венерой. Но здесь также непонятно, почему отношение аргона к неону на Венере «земное», а не солнечное. Правда, неон мог улетучиваться из туманности быстрее, чем аргон, поскольку он легче, но этот вопрос требует более тщательного изучения.
Мне кажется, что избыток благородных газов можно будет объяснить окончательно в рамках той или иной модели лишь тогда, когда будут получены точные данные по содержанию криптона в атмосфере Венеры. Тогда, и только тогда, у нас в руках будет дополнительный, отсутствующий на сегодня параметр сравнения. Думается, что ждать здесь осталось уже недолго.
Конечно, были высказаны и другие предположения. Мы знаем, что планеты собираются из твердого вещества, уже содержащего в себе весь запас летучих соединений, и в том числе благородные газы. Так вот, если считать, что Венера образовалась из метеоритов, наиболее богатых газами, то в этом случае возникает масса дополнительных вопросов, связанных и с изотопными отношениями, и с концентрацией воды, и с содержанием целого ряда элементов в коре Венеры. Да, кроме того, очень трудно предположить, что вся планета была собрана лишь из одного типа метеоритного вещества. Это уже отдает какой-то мистикой.
Два года назад появилась работа американских ученых Д. Поллака и Р. Блэка, в которой для объяснения «проблемы избытка» была придумана довольно хитрая вещь.
Я забыл упомянуть об очень важном факте, который сильно осложняет «проблему избытка». Дело в том, что атмосфера Венеры обогащена по сравнению с Землей лишь редкими газами. Количество же углекислоты и азота на Венере и Земле примерно одинаково, если учесть всю земную углекислоту, захороненную в ее осадочных породах в виде карбонатов. Поэтому нужно решать очень трудную задачу. Почему есть избыток по благородным газам и нет избытка по так называемым химически активным соединениям?
Так вот, Поллак и Блэк надумали следующее. Они начали танцевать от печки. Пусть в газе протопланетной туманности существовал большой перепад давления в направлении от Солнца к периферии Солнечной системы, а температура была более или менее постоянной. (Протопланетная туманность, как мы с вами помним, представляла собой смесь пыли и газа.) Газы по-разному сорбируются на пыли.
Количество какого-нибудь благородного газа, захваченного пылинкой, зависит при данной температуре от давления, а количество химически активного соединения, включенного в твердую фазу, определяется еще и химическими реакциями между газом и твердой фазой, скорость которых зависит от температуры. Поэтому если в зоне роста и сборки Венеры давление было выше, то вещество Венеры захватило больше благородных газов — вот вывод Поллака и Блэка.
Но эта работа содержит массу слабостей и некорректна с точки зрения планетной космогонии. Я помню, как на лунно-планетной конференции в Хьюстоне один из крупнейших специалистов по атмосферам планет, Д. Хантен, сказал: «Не может быть протопланетной туманности с такими перепадами давления, как у Поллака и Блэка. Это нереально. Модель не может решить проблему избытка. Впрочем, — с грустью добавил он, — на сегодняшний день лучшего никто не придумал».
Мне кажется, что действительно модель Поллака и Блэка некорректна. Но тем не менее она содержит вполне здравую идею о значительной роли адсорбции газов из протопланетной туманности на пыли.
На самом деле можно вполне обойтись без экзотических предположений о перепадах давления в туманности. Надо лишь предположить, что туманность постепенно рассеивалась, а Венера образовалась чуть раньше, чем Земля. В то время, когда давление в протопланетной туманности было, скажем, в сто раз больше, чем к моменту образования Земли.
Тогда Венера действительно должна содержать больше благородных газов, чем остальные планеты земной группы. Правда, на первый взгляд здесь есть некий парадокс. Избыток благородных газов на Венере есть, избытка углекислоты нет. Но это парадокс кажущийся. Все дело в том, что химически активные газы, такие, как углекислота, входят в метеориты в виде соединений, а процессы сорбции дают в этом случае лишь незначительную поправку. Они, процессы сорбции, имеют большое значение лишь для благородных газов.
Так или иначе, на сегодняшний день ни одну из загадок Венеры мы не можем считать окончательно разрешенной. Пока намечаются лишь отдельные подходы. Что же, будем ждать результатов последующих космических экспериментов и надеяться, что рано или поздно Венера откроет нам свои тайны.
Прежде чем продолжить наше путешествие по планетам Солнечной системы, необходимо поговорить о том, как вообще в принципе образуются атмосферы у планет земной группы. Почему все планеты земной группы — Меркурий, Марс, Венера и Земля — имеют совершенно различные газовые оболочки? Ведь мы очень много уделили внимания атмосфере Венеры.
Погода на планетах
Если на небесном теле, ну, например на Луне или Меркурии, нет (или почти нет) газовой оболочки, тогда все просто — теоретически можно легко вычислить температуру поверхности, зная расстояние планеты от Солнца и отражательную способность ее грунта (альбедо). В этом случае и погода и климат на планете практически неизменны. Все зависит лишь от расстояния от Солнца и параметров вращения планеты.
Но если планета имеет атмосферу, тогда все вопросы, связанные с погодными и климатическими изменениями, резко усложняются. Примером тому могут служить долгосрочные прогнозы погоды. Мы все знаем, что они не всегда бывают точными; как только рассматривается задача газовой оболочки планеты, компьютеры не в состоянии справиться с огромным числом новых параметров.
