Из чего состоит атмосфера венеры


Атмосфера Венеры

Вторая по счету от Солнца планета земной группы – Венера – ближайшая соседка Земли, в середине XX века рассматривалась учеными как наиболее перспективный объект для колонизации. Но все преимущества: близость орбит; сходная сила тяготения, средний объем и масса (0,867 земной) перечеркивались значительными отличиями химического состава атмосферы Венеры; высокой температурой ее поверхности, атмосферным давлением в 92 раза превышающим земное. Несмотря на очевидную непригодность для земных обитателей, изучение условий существования планеты Венеры в настоящем, и климатических изменений, произошедших в прошлом – позволяет понять механизм развития таких явлений, как «смог» и пылевые концентрации. Успешные попытки анализа строения и состава атмосферы Венеры делаются с середины XX века. Спектрографические, радиологические исследования с Земли и изображения, полученные с борта зонда «Маринер-10» помогли установить химический и структурный состав Венеры. В 2015 году, японской космической экспедицией «Акацуки» были получены новые данные об атмосферных явлениях на Венере.

Состав атмосферы


В отличие от земной, на 78% состоящей из азота, атмосфера Венеры почти полностью состоит из углекислого газа (96,5%). Азота в ней всего лишь 3,5%, а доля остальных компонентов газовой оболочки планеты вместе взятых – составляет менее 0,1% от общего объема.

В миллионных долях (ppm) атмосфера Венеры содержит:

  • Неона (Ne) – 17 (ppm);
  • Сернистого газа (SO2) – 150 (ppm);
  • Аргона (Ar) – 70 (ppm);
  • Водяного пара (H2O) – 20 (ppm);
  • Угарного газа (CO) – 17 (ppm);
  • Гелия (He) – 12 (ppm);
  • Хлороводорода (HCl) – 0,1–0,6 (ppm);
  • Фтороводорода (HF) – 0,001–0,005 (ppm).

Облака Венеры, закрывающие ее поверхность от наблюдений в спектре видимого света, ядовиты – это испарившийся при температуре 4620C, диоксид серы (SO2) и остатки водяных паров (H2O) – почти серная кислота (H2SO4). Химический состав атмосферы Венеры отличается от состава земного воздуха полным отсутствием свободного кислорода и содержанием большого объема тяжелого изотопа водорода – дейтерия (0,025% от общего количества элемента). Предположительно, наличие тяжелого изотопа – признак того, что до развития тотального парникового эффекта, поверхность Венеры была покрыта жидкой водой, впоследствии испарившейся в космическое пространство.

Структура атмосферы


Основные особенности атмосферы Венеры – плотный облачный слой и непрекращающиеся ураганы, бушующие над всей ее поверхностью. В отличие от земного, «привязанного» к рельефу и суточному вращению планеты – весь воздушный океан Венеры быстро движется независимо от ее поверхности. Сутки на Венере составляют почти 243 земных дня. За это время атмосферные потоки успевают сделать вокруг нее 60 полных оборотов.

Предположительно, именно медленное вращение вокруг своей оси повлияло на форму геоида: у планеты отсутствует полярное сжатие, поэтому рассчитать ускорение свободного падения на Венере – гораздо легче, чем на Земле. Оно будет одинаковым (8,87 м/с) и для полюсов, и для экватора.

Плотные облака из серной кислоты отражают около 75% дневного света. Они образуются под действием солнечного света из углекислоты и сернистого газа. Сконденсировавшиеся на высоте 65 км капли начинают свободное падение, но не достигают раскаленной поверхности планеты, испаряясь еще в тропосфере, образуя Виргу – «дождь в облаках». Среди серных туч регистрируются крупные зоны электрической активности (молнии, геликоны).

Слои атмосферы на Венере

Масса «газовой шубы» Венеры в 93 раза больше массы земной атмосферы – 4,8х1020 кг, а масса самой планеты – меньше (4,8675х1024), всего 0,815 от земной. Вот почему на Венере высокое давление – на поверхности планеты оно в 92,1 раз сильнее нашего. Чтобы испытать подобное на Земле – придется погрузиться под воду на глубину больше 900 м.


Зона «океана»

Слой атмосферы высотой от 0 до 5 км. Углекислый газ (воздух Венеры) здесь находится в состоянии «сверхкритического флюида» – уже не газа, но еще не жидкости с плотностью 67 кг/м3, нагретого до +4620 C. По мере удаления от горячего грунта, эти показатели падают.

Тропосфера Венеры

В зоне от 5 до 30 км над поверхностью планеты сосредоточена практически вся масса ее газовой оболочки – более 90%. Здесь формируется однородный сернокислотный туман, а температура постепенно опускается до 2000 C. От 28 км и выше – в воздушных массах начинают формироваться плотные сернокислые облака, доходящие на дневной стороне до высоты 65 км, а на ночной – местами свыше 90 км. Давление превышает земной показатель всего в 14 раз.

Тропопауза

Верхний «край» тропосферы. Начинается на высоте 50 км над поверхностью, где давление воздуха практически равно земному (1,066 от давления на уровне моря), а температура составляет всего +770 C. На расстоянии в 54 км над грунтом находится наиболее «комфортная» зона с температурой от 00C до +200C. Дальше плотность атмосферы и температура стремительно падают.

Мезосфера

Простирается от верхней границы облачного покрова – 65 км до 95 км. Здесь даже на солнечной стороне максимальная температура составляет –1080C. Зона очень разреженного углекислого газа и водорода. Облачный слой на ночной стороне здесь переходит в туман и простирается до 90 км.


Термосфера

Включает три слоя: первый – 120–130 км; второй – 140–160 км; третий – 200–250 км. Разреженное вещество в этих зонах на дневной стороне значительно ионизируется, вызывая видимые в оптическом диапазоне вспышки и «полярные сияния». Часто ошибочно именуется «ионосферой».

Дальняя граница верхней ионосферы (320–375 км) имеет плотность 3х1011 м3. На «окраине» атмосферы Венеры встречаются ионы атомарного кислорода O2+ и O+.

Ветер и атмосферная циркуляция

Атмосферная циркуляция на Венере происходит в двух направлениях – меридиональном (от экватора к полюсам) и зональном (от нагретой дневной стороны планеты – к ночной).

Тропосферная циркуляция воздуха Венеры идет в направлении противоположном вращению планеты. В метре от грунта скорость перемещения густой пылегазовой массы составляет всего 0,3–1,0 м/с. С каждым километром вверх, она растет на 3 м/с. По мере отдаления от поверхности, скорость ветра линейно возрастает до отметки 50–53 км, а дальше – начинает постепенно убывать вместе с плотностью воздуха. В верхней зоне тропосферы (60–65 км) ветра дуют со скоростью около 100 м/с.

Движение воздушных масс (так называемое Супервращение) на средних широтах в районе 50 параллели идет быстрее, чем на экваторе.


полюсам интенсивность движения снова убывает: потоки образуют S-образные «полярные вихри», соединяющие парные гигантские «глаза» циклонов. Эти облачные массы не меняют положение. Размером они в 4 раза больше земных «собратьев». Вокруг полюсов, на широте 60–70 параллели, образуются кольцевые холодные антициклоны – полярные «воротники», препятствующие проникновению к полюсам нагревшихся в экваториальной зоне масс воздуха. Перепад облаков в «воротниковой» зоне составляет 5 км (выше по сравнению с остальными широтами). По краям «воротников» скорость ветра достигает 140 м/с.

Магнитное поле Венеры

Почему Венера не имеет собственного магнитного поля как у большинства планет нашей системы – точно неизвестно. Существует гипотеза о том, что около 4 млрд лет назад произошло столкновение планеты с крупным небесным телом (возможно Меркурием), из-за чего она изменила траекторию движения и замедлила вращение. Магнитосфера Венеры индуцирована частицами солнечного ветра, вторгающимися в ее экзосферу. На высоте 250 км магнитное поле приобретает локальное усиление – «магнитный барьер», преодолеть который большей части солнечной плазмы не под силу. Барьер имеет напряжение около 40 нТл.

Форма магнитосферы по своей ориентации напоминает «хвост кометы»: минимальная ее толщина (около 1900 км) регистрируется с подсолнечной стороны, а максимальная – вытянутый эллипс (хвост) с противоположной (ночной) стороны планеты. В «хвосте» происходит высокая электрическая активность, из-за которой ионосфера постоянно теряет часть своей массы. Ионы гелия, водорода и кислорода (из водяного пара) получая энергию около 1000 эВ, отрываются и улетают в космическое пространство. Энергия электронов в «хвосте» составляет более 100 эВ.

Парниковый эффект


Венера – самая горячая планета солнечной системы. Находясь в два раза дальше и получая в четыре раза меньше солнечного света, чем Меркурий, она имеет постоянно высокую температуру, примерно одинаковую для «дневной» и «ночной» стороны планеты. Парниковый эффект на Венере обусловлен высокой плотностью газов тропосферы, повышенным содержанием углекислого газа и сплошным покровом плотных желтых облаков. В составе облаков обнаружены частицы хлорного железа, придающего им характерную окраску.

Исследования атмосферы Венеры

Михаил Ломоносов, проводя оптическое наблюдение с помощью телескопа в момент прохождения Венеры по диску Солнца, отметил наличие свечения вокруг небесного тела и счел этот эффект преломлением солнечных лучей, проходящих через верхние слои ее атмосферы.

Окончательно решить вопрос, существует ли на Венере атмосфера и из какого газа она состоит – помогло исследование планеты с помощью мощных спектроскопов. В 1940 г., американский астроном Руперт Вильдт произвел расчет содержания CO2 в газовой оболочке планеты и указал ее оценочную температуру – выше 1000 С.

Наиболее информативными стали исследования атмосферы и поверхности Венеры, проведенные с помощью космических аппаратов. С 1962 г ее орбиту посетили 17 автономных космических станций, 8 из которых выполнили успешную посадку.

Источник: oplanetah.ru

Массивная атмосфера Венеры


Плотная атмосфера Венеры создает высокую температуру на поверхности и окутывает ее вечными красными сумерками. Солнечный свет не проникает непосредственно через тяжелые облака. Поверхность довольно хорошо освещена рассеянным светом (примерно таким же, как свет на Земле при сильной облачности).

Погода в нижней части этой глубокой атмосферы остается постоянно горячей и сухой, со спокойными ветрами.

Из чего состоит атмосфера Венеры

Самым распространенным газом на Венере является углекислый газ (CO2). На его долю которого приходится 96% атмосферы. Вторым наиболее распространенным газом является азот. Преобладание углекислого газа над азотом в составе атмосферы Венеры неудивительно. Если вспомнить, что атмосфера Земли также была бы укутана углекислым газом, если бы этот газ не был заперт в морских отложениях.

В целом атмосфера Венеры очень сухая. Поэтому отсутствие воды является одним из важных отличий Венеры от Земли.

Атмосфера Венеры имеет огромную тропосферу (область конвекции), которая простирается как минимум на 50 километров над поверхностью. Внутри тропосферы газ нагревается снизу и медленно циркулирует, поднимаясь к экватору и опускаясь над полюсами.

Химический состав атмосферы Венеры


В верхней тропосфере, между 30 и 60 километрами над поверхностью, толстый облачный слой состоит в основном из капель серной кислоты. Серная кислота (H2SO4) образуется из химической комбинации диоксида серы (SO2) и воды (H2O). В атмосфере Земли диоксид серы является одним из основных газов, выделяемых вулканами. Но он быстро растворяется и вымывается дождевыми осадками. В сухой атмосфере Венеры это вещество, по видимому, устойчиво. Ниже 30 километров в атмосфере Венеры отсутствуют облака.

Температура поверхности на Венере

Высокая температура поверхности Венеры была обнаружена радиоастрономами в конце 1950-х годов и подтверждена зондами. Как наша соседняя планета может быть такой горячей? Хотя Венера несколько ближе к Солнцу, чем Земля, ее поверхность на сотни градусов горячее, чем можно было бы ожидать. Ученые задавались вопросом, что может нагревать поверхность Венеры до температуры выше 700 К. Ответом оказался парниковый эффект.

Парниковый эффект на Венере

Парниковый эффект действует на Венере так же, как и на Земле. Но поскольку особенность атмосферы Венеры заключается в том, что в ней гораздо больше CO2, и эффект почти в миллион раз сильнее. Густой CO2 действует как защитное покрытие, что очень затрудняет обратное инфракрасное (тепловое) излучение от поверхности планеты в космос. Поэтому в результате поверхность нагревается. Энергетический баланс восстанавливается только тогда, когда планета излучает столько энергии, сколько получает от Солнца. Но это может произойти только тогда, когда температура нижних слоев атмосферы очень высокая.


По мере того, как парниковый эффект усиливается на Земле, есть ли опасность превращения нашей собственной планеты в адское место, подобное Венере?

Развитие парникового эффекта

Попробуем восстановить возможную эволюцию Венеры от начала до ее нынешнего состояния. Венера, возможно, когда-то имела климат, подобный климату Земли. Были умеренные температуры, водные океаны, со значительной частью СО2. Газ был растворен в океане или химически соединялся с поверхностными породами. Затем стал происходить умеренный дополнительный нагрев, путем постепенного увеличения выхода энергии Солнца. Расчеты показали, что даже небольшое количество дополнительного тепла может привести к усилению испарения воды из океанов и выбросу газа из поверхностных пород.

Это, в свою очередь, означает дальнейшее увеличение содержания в атмосфере CO2 и H2O, которые усилили бы парниковый эффект в атмосфере Венеры. Это привело бы к еще большему нагреву поверхности Венеры и выделению дополнительных CO2 и H2O. Температура, таким образом, продолжает расти. Такая ситуация называется безудержным парниковым эффектом.

Мы хотим подчеркнуть, что убегающий парниковый эффект – это не просто большой парниковый эффект; это эволюционный процесс. Атмосфера развивается от небольшого парникового эффекта, такого как на Земле, до ситуации, когда потепление является основным фактором, как сегодня на Венере.


Изменить ситуацию сложно из-за той роли, которую играет вода. На Земле большая часть СО2 либо химически связана в породах нашей коры, либо растворяется водой в наших океанах. По мере того, как Венера становилась все горячее и горячее, ее океаны испарялись. Таким образом устранился предохранительный клапан. Но водяной пар в атмосфере планеты не будет длиться вечно в присутствии ультрафиолетового света от Солнца. Легкий водородный элемент может выходить из атмосферы, оставляя кислород для химического соединения с поверхностными породами. Следовательно, потеря воды является необратимым процессом. После того, как вода исчезла, ее невозможно восстановить.

Вы можете обсудить эту статью на нашем форуме, достаточно нажать на кнопку ниже.

Источник: www.sciencenow.ru

     Неоднократное зондирование атмосферы Венеры при пролетах сквозь нее автоматических станций позволило получить довольно подробную картину ее строения. Облачный покров планеты трехслойный: на высотах от 70 до 90 км находится разреженная стратосферная дымка, на 50-70 км — основной облачный слой, а на 30-50 км — подоблачная дымка. Основной облачный слой весьма стабилен, хотя местами он гуще, а местами чуть более прозрачный. Он оранжево-желтого цвета. Такой цвет неба, необычный для жителей Земли, обусловлен тем, что атмосфера Венеры состоит из СО2, крупные молекулы которого рассеивают именно эту часть солнечного света. Облака на Венере имеют очень высокую яркость, отражая около 80% света (это сопоставимо с отражательной способностью кучевых облаков в атмосфере и ледяных полярных шапок на поверхности Земли). В облаках содержатся аэрозольные частицы серной кислоты, а также водяной пар. Температура в этом слое — около 10°С. Измерения с космических станций показали, что даже в самой плотной части основного слоя облаков (57-61 км) схож со слабым земным тyманом или дымкой, поскольку дальность видимости в нем составляет 1-3 км.
     Наиболее резкая граница изменения физических параметров в облачном покрове Венеры (освещенность, плотность, прозрачность и др.) происходит на уровне 50 км, где лежит нижняя граница облаков. Структyра облачного слоя на дневной и ночной сторонах планеты — различна. Постоянный ярус облаков существует только выше уровня 50±2 км. Расположенный ниже него слой (подоблачная дымка) имеет иной химический состав и появляется только в ночное время, распространяясь вниз до уровня 37 км — к полуночи и до 30 км — к рассвету. К полудню эта дымка рассеивается.
     Облачный слой стремительно перемещается с востока на запад над медленно вращающейся планетой, делая один оборот вокруг нее за 4 земных суток. Ветры в нем на высотах 50-60 км достигают сверхураганных (более 12 баллов) скороетей -100-710 м/сек (около 400 км/час). С приближением к поверхности, начиная с высоты 20 км, скорость ветра резко уменьшается и на высоте 10 км составляет уже лишь 3 м/сек (около 10 км/час). На самой же поверхности планеты (на высоте около 1 м) ветер дует со скоростью 0,5-1 м/сек (2-4 км/час). Однако надо иметь в виду, что на Венере это ветер из воздуха, который в 50 раз плотнее земного, поэтому создаваемое им давление гораздо больше.

Облачная Венера


     Венеру иногда называют одной из самых таинственных планет Солнечной системы: плотный облачный покров окутывает ее поверхность. Атмосфера на Венере была открыта М. В. Ломоносовым. Наблюдая 6 июня 1761 прохождение Венеры по диску Солнца , он заметил, что в начале прохождения, когда Венера только небольшой частью нашла на солнечный диск, возникло «тонкое как волос сияние», окружившее часть диска планеты, еще не вступившей на солнечный диск. Подобным же образом, при схождении Венеры с диска, «появился на краю Солнца пупырь, который тем явственнее учинялся, чем ближе Венера к вырождению приходила». Эти наблюдения послужили доказательством наличия атмосферы у Венеры.
     Масса атмосферы Венеры примерно в 100 раз превышает массу атмосферы Земли. Преобладающую долю атмосферы составляет углекислый газ (CO2 ~ 97%); азота(N2)— около 3%; водяного пара (H2O)- 0,05%, кислорода — тысячные доли процента. В очень малых количествах имеются также примеси SO2 , H2S, CO, HCl, HF. Температура на поверхности Венеры (на уровне среднего радиуса планеты) — около 750 К (470°C, а максимальная зарегистрирована 530°C), причем ее суточные колебания незначительны. Давление — около 107 Па, или 100 ат, плотность газа почти на два порядка выше, чем в атмосфере Земли. Установление этих фактов явилось разочарованием для многих исследователей, полагавших, что на этой, так похожей на нашу, планете условия близки к тем, что были на Земле в каменноугольный период, а следовательно, там и похожая фауна. Первые определения температуры, казалось, могли оправдать такие надежды, но уточнения (в частности, при помощи спускаемых аппаратов) показали, что благодаря парниковому эффекту возле поверхности Венеры исключено всякое существование жидкой воды.
     Облака Венеры состоят в основном из 75-80-процентной серной кислоты. Капельки раствора серной кислоты, возникших под действием солнечного света из присутствующих в атмосфере углекислоты, а также в облаках присутствует водяной пар и соединений серы. Концентрация водяного пара увеличивается с высотой, достигая максимума на высоте около 50 км, где она в сто раз выше, чем у твердой поверхности, то есть доля пара на этой высоте приближается к одному проценту. Температура и давление сначала падают с увеличением высоты. Минимум температуры (150-170 К) определен на высоте 100-120 км, а по мере дальнейшего подъема температура растет, достигая на высоте 12 тыс. км 600-800 К. Установлено, что легкого изотопа аргона на Венере на два порядка больше, чем на Земле. Верхние слои облаков Венеры отражают 76% падающего на них солнечного света.



Из истории изучения атмосферы

Источник: galspace.spb.ru

Планета Венера — соседка Земли по Солнечной системе, одно из самых ярких светил нашего неба. Ярче Венеры на небе только Солнце и Луна. Так как Венера ближе к Солнцу, чем Земля, мы никогда не можем видеть ее в стороне неба, противоположной Солнцу, то есть в земную полночь. Она никогда не удаляется от Солнца дальше чем на 48° и видна на небе то левее его (восточная элонгация, вечерняя видимость), то правее (западная элонгация, утренняя видимость). Древние называли Венеру утренней и вечерней звездой и не сразу догадались, что это одно и то же светило.

Казалось бы, раз Венера недалеко от Земли, в телескоп на ней можно много чего рассмотреть. На самом деле это не так. На довольно большом (в телескопе) диске Венеры практически не заметны какие-либо детали. Появляются иногда темные пятна, но потом исчезают и появляются в других местах. Словом, мы видим не поверхность планеты, а внешнюю часть ее атмосферы.

Дальнейшие исследования подтвердили, что атмосфера на Венере действительно «знатная». Это выражение принадлежит Михаилу Васильевичу Ломоносову, который эту атмосферу и обнаружил в 1761 году при прохождении Венеры по диску Солнца (она оказалась точно между Солнцем и Землей). Когда черная точка Венеры уже сходила с видимого солнечного диска, на краю ее появился светлый ободок («пупырь», по выражению Ломоносова). Он правильно объяснил это явление преломлением солнечных лучей в атмосфере Венеры.

Атмосфера Венеры очень плотная. У поверхности планеты она в 90 раз плотнее, чем атмосфера Земли у ее поверхности. Облака на Венере никогда не расходятся, и если бы на ней были какие-нибудь обитатели, то они никогда не видели бы Солнца — хотя оно к ним в полтора раза ближе, чем к жителям Земли. И состав этой атмосферы тоже экзотический: в основном она состоит из углекислого газа, но есть слой, обогащенный мелкими капельками серной кислоты.

Не видя с Земли поверхности планеты, трудно определить период ее вращения вокруг оси. Это удалось сделать только при помощи радиолокации, и результат оказался неожиданным: Венера вращается в обратном направлении, то есть направление ее вращения противоположно тому, в котором вращаются Земля, Юпитер и все другие планеты Солнечной системы. И период вращения оказался очень большим: он составляет 243 земных суток. Продолжительность солнечных суток самой Венеры — 117 суток, а год там состоит всего из двух местных суток.

Радиолокация дала возможность познакомиться и с рельефом планеты. Атмосфера, непрозрачная для лучей обычного света, прозрачна для радиоволн. Четыре года работал на орбите спутника Венеры американский космический аппарат «Магеллан», и сегодня мы располагаем картами Венеры и изображениями участков ее поверхности.

На Венере два «континента» — Земля Иштар и Земля Афродиты. Самые высокие горы (до 11 км над средним уровнем) называются горами Максвелла. Кстати, английский физик Джеймс Кларк Максвелл —
единственный человек, удостоенный того, что его имя присвоено детали венерианской поверхности. Все остальные имена здесь традиционно женские.

Самое значительное явление на поверхности Венеры — это проявления вулканизма. Извержения, приводящие к возникновению лавовых потоков, иногда сопровождаются грозовыми разрядами в атмосфере. А иногда очень вязкая лава как бы выдавливается из недр, образуя характерные «оладьи».

Есть на Венере и следы ударов метеоритов — кратеры. Но их меньше, чем на других планетах. Мощная атмосфера дает некоторую защиту от космической бомбардировки, а лавовые потоки погребают под собой уже образовавшиеся структуры.

Состав горных пород Венеры был исследован советскими космическими станциями серии «Венера», совершившими мягкую посадку на планету. Оказалось, что эти породы близки по составу земным базальтам.

Подписывайтесь на наш канал и узнавайте больше интересных фактов о нашем Космическом пространстве.

Источник: zen.yandex.ua


You May Also Like

About the Author: admind

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.