Изо всех планет Солнечной системы ближайшая к нам — именно Венера. Более того, своими размерами и массой она очень напоминает Землю, из-за чего порой их называют сестрами. И даже с учетом всех этих обстоятельств в последние годы Венера не была в особом фаворе у космических агентств. Сейчас, когда Марсом занята целая флотилия различных аппаратов, а NASA готовится вернуть людей на Луну, вторую планету от Солнца исследует всего одна миссия.
Но так было не всегда. В этом материале поговорим о том, как в XX веке человечество изучало Венеру и приподняло завесу над некоторыми из ее тайн.
Планета-загадка
Если почитать изданные еще в середине прошлого века книги, можно обратить внимание, насколько скудными в то время были сведения о Венере. Астрономы знали, что вторая планета по размерам несколько меньше Земли, что у нее есть атмосфера, а ее поверхность постоянно скрыта облаками… Ну и все — остальное было предметом чистых спекуляций. Ученым даже не был известен период вращения планеты — да и вращается ли она вообще или же постоянно повернута к Солнцу одной и той же стороной.
Все это создавало благодатную почву для многочисленных гипотез, авторы которых пытались предугадать, что именно скрывается под густыми венерианскими облаками. Высказывались абсолютно разные предположения, начиная с того, что Венера — это скучная и ничем не примечательная пустыня, до весьма оптимистичных прогнозов, согласно которым условиями на поверхности планета напоминает Землю каменноугольного периода с соответствующей флорой и фауной. Довольно большой популярностью пользовалась и версия о том, что она представляет собой планету-океан. Выдвигались догадки еще экстравагантнее, например, что Венера полностью покрыта нефтью или пребывает в стадии ледникового периода.
Разумеется, фантастам более всего импонировала «каменноугольная» Венера. Авторы приключенческих романов обычно описывали планету как доисторическую версию Земли. У них вторая планета от Солнца представала жарким болотистым миром, населенным экзотическими ящероподобными существами и туземцами (прилетевшим с Земли героям, разумеется, выпадала ответственная задача приобщить их к благам цивилизации).
Но так было в фантастике. А что насчет реальности? В 1930-х ученые впервые попытались определить состав атмосферы Венеры, но ввиду несовершенства приборов и методик наблюдения не сумели получить каких-либо надежных данных.
Действительно важной вехой в истории изучения планеты стал 1961 год, когда СССР предпринял первую попытку отправить автоматическую станцию к Венере. Точнее, две попытки — из-за низкой надежности техники космические аппараты в те времена дублировались и запускались парами. Первая станция не вышла за пределы околоземной орбиты и вскоре рухнула обратно на Землю (любопытно, что впоследствии был найден размещавшийся на ее борту вымпел-поплавок). Вторая ушла к Венере, но спустя всего несколько дней контакт с ней был утерян. По советской традиции, та станция, что хотя бы покинула окрестности Земли, получила обозначение «Венера-1«, в то время как второй аппарат нарекли «Тяжелым спутником».
В следующем году пришла очередь NASA, попытавшего удачи с парой зондов Mariner. И если Mariner 1 вследствие нелепой ошибки нырнул в океан вскоре после запуска (кто-то пропустил один знак в программе полета), Mariner 2 успешно направился к Венере. Несмотря на ряд технических проблем, 14 декабря 1962 года аппарат осуществил близкий пролет второй планеты от Солнца. Собранные ним данные показали, что верхние слои ее атмосферы разогреты до очень больших температур. Признаков наличия у Венеры магнитного поля Mariner 2 не обнаружил.
Примерно тогда же астрономы предприняли попытки измерить период вращения планеты с использованием радиотелескопов. Уже первые наблюдения показали, что, хотя она и вращается, но делает это намного медленнее Земли. К середине 1960-х удалось определить, что период вращения Венеры составляет 243 дня. Поскольку планета совершает один оборот вокруг Солнца за 224 дня, это значит, что венерианские сутки продолжительнее венерианского года. Вдобавок ко всему выяснилось, что Венера вращается ретроградно. В то время, как почти все остальные планеты Солнечной системы вращаются против часовой стрелки (если смотреть со стороны Северного полюса), Утренняя звезда вращается по часовой стрелке.
Разочарование века
Невзирая на неутешительные данные Mariner 2 относительно температуры верхних слоев атмосферы Венеры, далеко не все ученые готовы были поставить крест на идее обитаемости планеты. И даже разработали довольно убедительную модель, доказывающую, что и при таких вводных на ее поверхности могут быть вполне пригодные для жизни условия.
Проверить это предположение можно было лишь одним способом — отправив к Венере новые зонды. Поскольку NASA в те годы сосредоточило практически все усилия на Луне, несколько лет у СССР была возможность изучать вторую планету в гордом одиночестве. Правда, с этим возникли проблемы. В общей сложности, в период с 1962 по 1965 год Страна Советов отправила к Венере девять аппаратов. Лишь двум из них удалось преодолеть земное тяготение (они получили обозначение «Венера-2» и «Венера-3»), но в итоге оба вышли из строя задолго до цели. Небольшим утешением стали результаты баллистических расчетов, показавшие, что «Венера-3» должна была войти в венерианскую атмосферу и стать первым в истории космическим аппаратом, достигшим поверхности другой планеты.
В те времена ученые по-прежнему имели довольно слабое представление о том, что может скрываться под облаками Венеры. Поэтому советские посадочные аппараты конструировались с прицелом на приводнение: у них были приборы для изучения характеристик венерианского океана и сахарный замок, который при попадании в жидкость должен был раствориться и высвободить антенну.
Ключевым стал 1967 год, когда состоялся запуск «Венеры-4«. К тому моменту астрономы получили новые данные, подтверждающие, что Венера является горячим миром и ее атмосфера заметно плотнее земной. Однако никто не знал точных цифр. Конструкторы спроектировали спускаемый аппарат «Венеры-4» с расчетом на давление в 20 атмосфер — считалось, что этого хватит с запасом.
«Венера-4» вошла в атмосферу Утренней звезды 8 октября 1967 года. Ее спускаемый аппарат умолк, когда температура за бортом составляла 262 °C, а давление — 18 атмосфер. Изначально считалось, что он разбился при посадке и именно таковы атмосферные показатели на поверхности планеты. Но более детальный анализ телеметрии доказал, что выводы неверны. «Венера-4» так и не достигла поверхности и разрушилась на высоте 28 км.
На следующий день после «Венеры-4» Утреннюю звезду посетил американский Mariner 5. Его данные подтвердили, что атмосфера планеты разогрета до огромных значений. Стала понятна и причина этого. Выяснилось, что более чем на 90% она состоит из углекислого газа, создающего мощнейший парниковый эффект. До полетов «Венеры-4» и Mariner 5 считалось, что основной составляющей венерианской атмосферы является азот. Со временем ученые сумели раскрыть и секрет знаменитых облаков Венеры, скрывающих ее поверхность. Оказалось, что они состоят из капелек серной кислоты.
Несмотря на явный научный триумф, раскрытие истинной природы Венеры стало большим разочарованием для многих людей (как ученых, так и обычных энтузиастов космонавтики), до последнего веривших, что планета напоминает Землю и мы сможем найти на ней своих братьев по разуму. По времени это открытие практически совпало с первыми результатами изучения космическими аппаратами Марса, показавшими, что Красная планета является кратерированным пустынным миром без каких-либо видимых признаков жизни. Именно эти события во многом спровоцировали существенный спад интереса публики к космическим исследованиям в конце 1960-х годов.
Фотографирование Венеры
Далее ко второй планете от Солнца отправились «Венера-5» и «Венера-6». Поскольку их построили еще до посадки «Венеры-4», у конструкторов уже не было возможности переделать их спускаемые аппараты. Поэтому они разделили судьбу предшественницы, подтвердив данные об экстремальных характеристиках атмосферы второй планеты.
Первым в истории космическим аппаратом, которому удалось в целости добраться до поверхности планеты, стала «Венера-7«. Это произошло 15 декабря 1970 года. Анализ переданных ею данных позволил определить, что температура в районе посадки превышала 450 °C, а давление — 90 атмосфер. Оказалось, что поверхность Венеры горячее, чем у Меркурия. Эти данные окончательно похоронили все надежды найти там жизнь.
Спустя два года «Венера-8» показала, что температура на поверхности составляет порядка 470 °C, а давление — 90 атмосфер, что эквивалентно давлению в земных морях на глубине 900 м. Аппарат сумел измерить условия освещенности — выяснилось, что они сопоставимы с пасмурным днем на Земле.
После этого перед советскими конструкторами была поставлена закономерная задача: получить первые в истории снимки венерианской поверхности. Но как сделать фотографии в столь экстремальных условиях? Было очевидно, что если разместить камеру за пределами защитной оболочки, колоссальное давление и температура моментально ее уничтожат. Поэтому ее поместили внутрь герметичного отсека, где поддерживалась приемлемая температура. Через специальный иллюминатор свет с поверхности попадал в перископическое устройство, которое затем направляло его к камере.
Это стало удачным решением. В 1975 году «Венера-9» и «Венера-10» передали первые в истории черно-белые панорамы планеты. Любопытно, что до этого некоторые ученые высказывали предположения, мол, ввиду огромного давления на поверхности планеты будет эффект настолько мощной рефракции, что «Венеры» смогут сфотографировать сами себя. Согласно другому мнению, поверхность могла полностью скрываться дымкой.
Однако все оказалось куда проще. На снимках «Венеры-9» перед учеными предстала местность, покрытая многочисленными камнями с острыми краями. Панорама «Венеры-10» продемонстрировала образования, похожие на застывшие лавовые потоки. В атмосфере планеты не обнаружили ни пыли, ни тумана, ни эффекта сверхрефракции, ни других удивительных оптических эффектов.
Наверняка читатель уже заметил, что подавляющее большинство описанных нами миссий были советскими. И в самом деле, тогда СССР явно лидировал в изучении Венеры. Впрочем, нельзя сказать, что NASA совсем не интересовалась второй планетой — просто в те годы организация реализовывала большое количество различных проектов, и относительно хорошо уже изученная Венера не была приоритетной целью. В свою очередь, для СССР Утренняя звезда стала своеобразной «палочкой-выручалочкой». Успехи в ее изучении и множество «первых в истории» позволили советским инженерам отчасти компенсировать последствия проигрыша в лунной гонке и большого числа провальных марсианских миссий.
Тем не менее, в конце 1970-х NASA решило поколебать советскую монополию на Венеру. В 1978 году миссии Pioneer Venus 1 и Pioneer Venus 2 отправились к планете. Pioneer Venus 1 занялась изучением газовой оболочки планеты и построила первую, хотя и весьма грубую радиолокационную карту ее поверхности. Вторая миссия сбросила несколько зондов. Один из них сумел проанализировать капельку из венерианской атмосферы. Оказалось, что та содержит в 100-150 раз больше тяжелой воды, нежели земная. Это означает, что в далеком прошлом на Венере было намного больше воды.
Любопытно, что одному из атмосферных зондов Pioneer Venus удалось добраться до поверхности и передавать с нее сигналы в течение 67 минут, а ведь он даже не был рассчитан на посадку. Это объясняется тем, что из-за крайне плотной атмосферы на Венере относительно небольшая скорость свободного падения, поэтому космический аппарат может сесть и без использования парашюта.
СССР ответил на это попыткой получить цветные снимки поверхности планеты. Задача возлагалась на запущенные в 1978 году станции «Венера-11» и «Венера-12». Оба аппарата успешно сели и проработали свыше часа на поверхности планеты. Однако ЦУП так и не получил ни одной панорамы по очень необычной причине: с фотометров аппаратов попросту не сбросились защитные крышки.
После столь обидного фиаско инженеры внесли серию изменений в конструкцию пары следующих аппаратов, получивших обозначения «Венера-13» и «Венера-14». Они совершили посадку в марте 1982 года, передав первые (и на данный момент последние) цветные панорамы поверхности планеты. За последующие сорок лет ни один космический аппарат больше никогда не фотографировал венерианские пейзажи.
Также был проведен анализ грунта и собраны данные об уровне шума. Позже ученые использовали их для создания синтезированной записи звуков, которые можно было услышать в момент посадки аппаратов. Считается, что среди них есть и раскат грома. У «Венеры-13» имелось еще одно достижение: аппарат проработал целых 127 минут на поверхности. Этот рекорд пока что не побит.
Полеты в венерианских облаках и карта планеты
В 1983 году Советский Союз запустил последнюю пару станций — «Венера-15» и «Венера-16». Они были оснащены радарами, предназначенными для картографирования поверхности. В общей сложности им удалось получить карту, охватывающую примерно четверть Венеры. На ней было выявлено несколько новых типов структур рельефа.
Лебединой же песней советской программы по изучению Венеры стали «Веги». Их основной целью являлась комета Галлея, но на пути к ней они навестили Венеру, сбросив в ее атмосферу посадочные модули и стратостаты.
Были некоторые технические накладки, но любопытный эксперимент в целом увенчался успехом. Посадочные аппараты детально исследовали газовую оболочку Венеры и ее грунт. А сброшенные в атмосферу стратостаты проработали почти двое суток, доказав возможность изучения планеты посредством подобной методики.
«Веги» были последними в истории СССР аппаратами, направленными к Венере. Финальную же точку в ее изучении в XX веке поставил запущенный в 1989 году зонд Magellan (любопытно, что это был первый с 1978 года американский межпланетный аппарат). Его научная начинка состояла лишь из одного инструмента — радара бокового обзора.
Magellan вышел на орбиту вокруг Венеры в 1990 году и за последующие четыре года картографировал 98% ее поверхности с разрешением до 100 м/пиксель. По сей день это наиболее подробная карта планеты.
Карта Magellan продемонстрировала множество интересных деталей. Оказалось, что 80% поверхности Венеры занято гладкими вулканическими равнинами. На планете есть всего три крупных возвышенных региона, которые считаются условными аналогами земных материков.
Планетологам удалось обнаружить множество вулканов, которые, возможно, все еще сохраняют активность. А вот ударных кратеров там намного меньше, чем предполагалось. В целом, в геологическом отношении Венера обладает весьма молодой поверхностью. Считается, что примерно 500 млн лет назад планета пережила некую глобальную катастрофу, в ходе которой она была почти полностью покрыта океаном лавы, впоследствии застывшей и «обновившей» ее рельеф. Причина этого события остается предметом научных дискуссий.
Однако, даже с учетом множества интригующих данных и вопросов без ответа, после Magellan изучение Венеры поставили на длительную паузу. Отчасти это объяснялось необходимостью проанализировать и систематизировать уже собранные данные. Свою роль в этом сыграли и весьма экстремальные условия на поверхности планеты, существенно ограничивающие срок работы спускаемых аппаратов. Некоторые сотрудники NASA неофициально объясняли игнорирование Венеры следующим образом. При стоимости, сопоставимой со стоимостью марсохода, венерианская посадочная миссия продержится всего несколько часов, в то время как марсоход будет работать годы, регулярно передавая данные и снимки, которые затем можно демонстрировать публике в качестве примера того, на что тратятся деньги налогоплательщиков. Именно поэтому NASA долгие годы отдавало приоритет иным проектам, все время оставляя Венеру на потом.
Ситуация начала меняться лишь недавно. Подробнее о том, как происходит «венерианский ренессанс», и ответы на какие вопросы надеются получить ученые, мы расскажем в следующей части нашего материала.
