Венера: строение планеты и особенности парникового эффекта

Основные характеристики Венеры

Венера - вторая по удалённости от Солнца планета и один из самых заметных объектов на ночном небе, уступая по яркости только Луне и Солнцу. Благодаря своему свету, Венеру часто называют «утренней звездой». Возраст этого небесного тела оценивается приблизительно в 4,6 миллиарда лет, аналогично всей Солнечной системе. Эти цифры получены на основании анализа радиоуглеродных изотопов в метеоритах, достигших Земли.

Венера относится к планетам земной группы и часто именуется «злым близнецом» нашей планеты из-за экстремально горячей атмосферы. По основной массе, радиусу, составу и гравитационным параметрам Венера весьма схожа с Землёй. Считается, что у Венеры выражена внутренняя структура: металлическое ядро, мантия, состоящая из силикатов, и твёрдая кора. Исследовать эти слои непосредственно на сегодняшний день невозможно из-за очень высоких температур и давления, ограничивающих работу спускаемых аппаратов до нескольких часов.

Исходя из сходства плотности с другими телами земной группы, учёные предполагают, что строение Венеры во многом аналогично внутреннему устройству Земли. Однако у Венеры отсутствует тектоника плит - её геологическая активность остановилась миллиарды лет назад по неустановленным причинам. Именно в связи с этим планета теряет внутреннее тепло медленно, а самостоятельное магнитное поле у неё практически не формируется.

Благодаря применению радаров на автоматических космических станциях стало возможным проникнуть сквозь плотные атмосферные слои и изучить топографию Венеры. Поверхность планеты испещрена метеоритными кратерами и следами древних вулканических процессов. Гипотезы гласят, что 300–500 миллионов лет назад поверхность этой планеты подверглась крупномасштабным изменениям в результате катастрофических явлений. Корой Венеры считается слой толщиной около 50 км, состоящий в основном из кремниевых минералов; под ней располагается, предположительно, мантия толщиной около 3000 км, также не изученная подробно. Ядро планеты, вероятно, состоит из железа с примесью никеля и может быть как твёрдым, так и жидким. Отсутствие магнитного поля может быть связано с тем, что внутри ядра отсутствует необходимая конвекция.

Атмосфера и её влияние на климат Венеры

Атмосфера Венеры разительно отличается от земной и составляет основу её уникального климата. В газовой оболочке подавляющее преимущество имеет углекислый газ (порядка 96%), при меньшем количестве азота (около 3,5%) и примесях окиси углерода, аргона, сернистого газа и водяных паров. Такое соотношение компонентов формирует крайне плотную атмосферу: давление у поверхности в девяносто раз выше, чем на Земле. Для человека это было бы сравнимо с погружением под воду на огромное количество метров.

Этот химический состав становится ключом к пониманию причины, почему так силён парниковый эффект на Венере - именно он определяет экстремально высокую температуру на всём её протяжении. Облака в атмосфере Венеры состоят в основном из капелек серной кислоты, что отличает их от водных облаков Земли. Они создают совершенно непрозрачную завесу, не только удерживая тепло, но и затрудняя ведение астрономических наблюдений с поверхности нашей планеты. Атмосферная масса Венеры почти в сто раз больше массы аналогичного земного слоя.

В середине прошлого века многие учёные предполагали, что плотные облака могут создавать на Венере условия, подобные земным, с возможным наличием воды. Однако экспериментальные методы, в частности радиолокационные и микроволновые исследования, выявили удручающе высокие температуры и опровергли существование жидкой воды. Согласно одной из теорий, в прошлом у Венеры мог существовать иной воздушный состав, однако из-за неизвестных катастрофических событий Венера лишилась магнитного поля - важной защиты от солнечного ветра. Как результат - водород покинул атмосферу, а вода практически полностью исчезла.

Поверхность Венеры постоянно нагрета до отметки около 462 °C - подобная температура способна расплавить свинец. Малый угол наклона оси (примерно 3°) не формирует на планете привычных смен времён года. В верхней атмосфере дуют сверхскоростные ветры, разгоняющиеся до 360 км/ч и заставляющие облачный покров перемещаться по планете за считаные дни.

Как работает парниковый эффект на Венере

Венера отличается от всех других известных планет тем, что на ней наблюдается максимально выраженный парниковый эффект на Венере. Основную роль в этом играет колоссально густая атмосферная среда, наполненная углекислым газом. Этот газ легко пропускает солнечный свет, доходящий до поверхности, но блокирует инфракрасное излучение, исходящее с поверхности планеты обратно в космос. Итогом становится ловушка для тепла и постепенное «разогревание» поверхности до экстремальных значений.

Существует гипотеза, согласно которой Венера в ранней истории могла напоминать Землю: с более низкой температурой и, возможно, присутствием жидкой воды. По мере усиления вулканической активности в недрах, из них выделялся углекислый газ, а океаны начали испаряться, насыщая атмосферу ещё и паром (дополнительным парниковым газом). Отсутствие водных бассейнов не позволило связывать и удалять CO2, и его концентрация росла, формируя неустранимый парниковый эффект.

Исследования, проведённые Карлом Саганом, показали: если бы Земля оказалась на венерианской орбите, максимальная температура на её поверхности достигла бы примерно 75 °C, а не 462 °C. Причина столь огромной разницы - в составе атмосферы и мощности парникового эффекта на Венере.

Солнечная радиация, нагревающая поверхность планеты, преобразуется в инфракрасное излучение, однако плотный слой облаков из серной кислоты и «шапка» из CO2 не выпускают энергию наружу, возвращая её к поверхности снова и снова. Это классический пример парникового эффекта, но в предельной форме. На Земле схожий эффект сдерживается существованием океанов и развитой биоты, способной перерабатывать углекислый газ, таким образом прерывая «ловушку» тепла.

Опасный парниковый эффект, подобный наблюдаемому на Венере, возможно только при высокой концентрации CO2 в атмосфере. Благодаря водным ресурсам, геологическим процессам и жизни, Земля пока избежала развития столь же неуправляемого парникового эффекта.