Реферат на тему:
Дослідження Венери космічними апаратами
Наша планета оточена з усіх боків таємничим і неосяжним світом небесних
тіл. Неозброєним оком можна спостерігати тільки деякі з них — Сонце,
Місяць, 5 планет і найбільш яскраві зорі. З розвитком позаатмосферної
астрономії стало можливим не тільки вивчення форм далеких космічних тіл
за знімками, отриманими з орбітальних лабораторій, але і детальне
вивчення проб грунту з цікавих для астрономів космічних об’єктів,
доставлених з автоматичних міжпланетних станцій (АМС).
АМС — розвідники Всесвіту, безпілотні космічні літальні апарати,
призначені для польоту до інших небесних тіл із метою вивчення Сонячної
системи. Автоматичні міжпланетні станції дозволяють проникнути в
таємничі куточки космосу, не задіявши при цьому безпосередньо фізичну
одиницю, тобто людина вкладає в літальний, повністю комп’ютеризований
апарат програму дій, а сама при цьому залишається на Землі. Крім того,
чимало областей Сонячної системи мають суворі атмосферні умови,
непридатні для людського організму, деякі з них розташовані від нашої
планети так далеко, що не вистачить одного людського життя, щоб досягти
їхньої поверхні.
АМС запускаються багатоступінчастими ракетами-носіями, які, як правило,
спочатку виводять їх на проміжні навколоземні орбіти, а потім надають їм
другої космічної швидкості й виводять на міжпланетні орбіти.1
Дослідження за допомогою АМС здійснюються за різними схемами:
— пролітний (облітний) варіант — при прольоті АМС на близькій відстані
від небесного тіла, причому вимірювання проводяться на ділянці
максимального зближення;
— варіант супутника планети;
— варіант посадки на небесне тіло.
Два останні варіанти сьогодні воліють поєднувати: АМС робить обліт
космічного тіла або виводиться на орбіту його штучного супутника, від
неї відокремлюється відсік або апарат, що спускається й здійснює посадку
на планету. За такою змішаною схемою вже проводилися дослідження
(Венера, Марс).
Оскільки АМС доводиться передавати важливу інформацію на Землю з
величезних відстаней, вони обладнуються сонячними батареями або
радіоізотопними джерелами електроенергії, руховими установками для
корекції траєкторії на міжпланетних ділянках польоту, переходу на орбіту
навколо планети і маневрування у навколопланетному просторі, а також
великими параболічними антенами, діаметр яких сягає 2—3 м. Маса АМС, у
залежності від оснащеності, варіюється від десятків кілограмів до тисяч.
АМС оснащуються різноманітною апаратурою для дослідження самої планети
та її атмосфери. Склад наукової апаратури визначається завданнями, що
поставлені перед польотом. Якщо політ до якої-небудь планети
відбувається вперше, то вимірювання прагнуть провести за великою
програмою, основою для якої є відомості, отримані за допомогою
астрономічних спостережень. При наступних польотах ставляться більш
вузькі й конкретні завдання.
Венера — друга за розташуванням від Сонця (108 млн км) і найближча до
Землі планета Сонячної системи. Венеру можна спостерігати на небі після
заходу сонця (вечірня зоря) або незадовго до його сходу (ранкова зоря).
Венера — найяскравіше світило на небі після Сонця й Місяця.
Ця планета відома людям із глибокої давнини. Вже в 1610 р. Галілей за
допомогою телескопічних спостережень вивчав зміну фаз у Венери, тобто
зміну її видимої форми від диска до вузького серпа. А про те, що у
Венери є атмосфера, стало відомо у 1761 p., відкриття належало М.
В.Ломоносову, який спостерігав проходження планети по диску Сонця.
Дослідження Венери становили собою певні труднощі, тому що її атмосфера
виявилася дуже щільною і могутньою: вона складається на 95% з
вуглекислого газу, оповита до того ж шаром хмар, який складається з
крапель сірчаної кислоти й обертається набагато швидше, ніж сама
планета. До складу атмосфери входить також близько 3% азоту і невелика
кількість інертних газів, кисню, окису карбону, хлороводню і фтороводню,
міститься близько 0,1% водяної пари. Вуглекислий газ і водяна пара
створюють в атмосфері Венери парниковий ефект, зумовлений, у свою чергу,
сильним поглинанням цими газами теплового випромінювання. Температура
біля поверхні планети сягає 747 К, тиск 90 атм., а густина газу в 60
разів більша, ніж у земній атмосфері. В атмосферному шарі бушують шторми
зі швидкістю вітру, яка зростає від 0,5 м/с біля поверхні до 100 м/с
біля верхньої межі хмар. Блискавки із силою у 25 разів більшою, ніж
земні, пронизують щільну атмосферу планети. Висока грозова активність
ймовірно пояснюється наявністю діючих вулканів на поверхні Венери.
Цікаво, що Венера обертається у зворотний бік у порівнянні з Землею й
іншими планетами з нахилом осі обертання до площини орбіти майже 90°.
Через таке незвичайне поєднання напрямків і періодів обертання навколо
власної осі й навколо Сонця зміна дня і ночі на Венері відбувається за
117 діб, тому половина доби на Венері складає 58,5 земних діб. Перші
відомості про поверхню планети були отримані із Землі в 30-х роках XX
ст. за допомогою новітнього винаходу — радіотелескопів. Загалом поверхня
Венери — це гаряча суха кам’яниста пустеля з поверхневими породами, що
займають проміжне положення між базальтами і гранітами, і з температурою
поверхні близько 500 К, але на Венері виявлені й кратери, пасма,
височини, великі розлами, гірські хребти, деталі рельєфу й пил.
На початку XX ст. радіотелескопічні спостереження, інфрачервоні й
ультрафіолетові методи дослідження Венери не давали повної картини
рельєфу планети, а також інформації про її природу. Імовірно, на
поверхні Венери переважали бурі, пекельна спека й отруйні хмари, але ці
гіпотези не були достовірними. Але з початком нової ери в астрономії —
винаходом космічних апаратів — почав надходити величезний обсяг
інформації про природу Венери. Запуск перших штучних супутників Землі, а
потім відправка перших АМС до Місяця дозволили вивчати Венеру з більш
близьких відстаней.
12 лютого 1961 р. радянськими вченими була запущена перша автоматична
станція «Венера-1», яка через три місяці пройшла на відстані близько 100
тис. км від Венери і вийшла на орбіту супутника Сонця. Радіозв’язок з
цією станцією припинився через вихід із ладу бортової апаратури на
відстані від Землі більш 3 млн км. У грудні 1962 р. американська сторона
послала в космос зонд «Маринер-2», що пройшов від Венери на відстані 35
тис. км. Встановлена на його борту апаратура (радіометр, магнітометр і
т. ін.) показала, що магнітне поле планети невелике: магнітний момент
Венери не перевищує 5—10% магнітного поля Землі. Також з’ясувалося, що
радіовипромінювання формується в нижній частині атмосфери Венери, а не в
іоносфері, як вважалося раніше.
Починаючи з 1965 р. на Венеру була послана ціла серія «Венер», які «крок
за кроком» наближалися до поверхні планети, і в 1967 р. «Венера-4»
здійснила спускання апарата, що відокремився перед входом автоматичної
станції в атмосферу. Вперше в історії людства був проведений сеанс
радіозв’язку, що тривав 93 хвилини. Був зроблений хімічний аналіз складу
атмосфери, на різних рівнях виміряні її густина, тиск і температура. У
результаті досліджень було встановлено, що вуглекислий газ є основним
компонентом атмосфери, визначено ряд інших компонентів, була виміряна
воднева корона Венери, отримано підтвердження про високий тиск і
температуру в атмосфері планети. Цікаво й те, що через день після
посадки «Венери-4» на відстані 4 тис. км від поверхні планети пролетів
американський «Маринер-2», завданням якого було вимірювання водневої
корони й дослідження проходження радіосигналу крізь атмосферу й
іоносферу. Шляхом вимірювань обома космічними апаратами було встановлене
існування менш щільної, ніж земна, водневої корони у Венери. Для верхніх
областей Венери виявився характерним ряд особливостей, визначуваних
фотохімією С02 з можливою участю в комплексі реакцій води й галогенів, в
умовах атомних і молекулярних взаємодій і взаємодії із сонячним вітром.
З 1969 р. в атмосферу Венери був запущений ще ряд космічних станцій
серії «Венера». Радянські вчені зробили корпуси апаратів міцнішими, і це
дозволило апарату спочатку опуститися на рівень 19 км від поверхні
планети, а потім і приземлитися на саму поверхню, де він пробув протягом
53 хвилин. Умови виявилися незвичайно суворими: тиск сягав 90 атмосфер,
температура до 5000С, хмарний покрив, який огортає планету, виявився
перенасиченим вуглекислим газом.
У 1972 р. була створена автоматична міжпланетна станція «Венера-8»
нового покоління. Перед АМС стояло завдання провести нове й ширше коло
дослідження атмосфери й поверхні Венери. Крім вимірювань атмосферного
тиску, густини й температури були виміряні освітленість і вертикальна
структура аерозольного середовища, у тому числі й шару хмар, визначені
швидкості вітру на різних висотах в атмосфері за допплерівським
зрушенням частоти радіопередавача, проведено гамма-спектроскопію
поверхневих порід. Фотометричні вимірювання показали, що хмарний шар
простягається до висот близько 40 км, були оцінені його оптична товщина
й прозорість. Освітленість на поверхні денної сторони Венери виявилася
достатньою для зйомки зображення місця посадки. Вперше отримано висотний
профіль швидкості вітру, що характеризується зростанням швидкості від
0,5 м/с біля поверхні до 100 м/с біля верхньої межі хмар. За вмістом
природних радіоактивних елементів (Уран,
Торій, Калій) поверхневі породи на Венері займають проміжне положення
між базальтами й гранітами.
У лютому 1974 року на відстані 6 тис. км від Венери пройшов
американський пролітний зонд «Маринер-10», оснащений телевізійною
камерою, ультрафіолетовим спектрометром й інфрачервоним радіометром.
Отримані телевізійні зображення хмарного шару використовувалися для
дослідження динаміки атмосфери. За допомогою ультрафіолетового
спектрометра була виміряна кількість гелію в атмосфері.
1975 рік став новим етапом у наукових космічних дослідженнях. Уперше
станції нового покоління «Венера-9» і «Венера-10» стали штучними
супутниками Венери, на які зі спускних апаратів передавалася, а потім
ретранслювалася на Землю інформація. Уперше з планети були передані
панорамні телевізійні зображення, виміряні густина, тиск, температура
атмосфери, кількість водяної пари, проведені нефелометричні вимірювання
часток хмар, вимірювання освітленості в різних ділянках спектра. Для
вимірювань характеристик грунту крім гамма-спектрометра використовувався
радіаційний вимірювач густини. Штучні супутники дозволили одержати
телевізійні зображення хмарного шару, вивчити розподіл температури за
верхньою межею хмар, спектри нічного світіння планети, провести
дослідження водневої корони, багаторазове радіопросвічування атмосфери й
іоносфери, вимірювання магнітних полів і навколопланетної плазми.
Великий інтерес викликали грози й блискавки, що відбуваються в шарі
хмар. Дані оптичних вимірювань показали, що енергетичні характеристики
венеріанських блискавок у 25 разів переважають параметри земних
блискавок.
Поверхня Венери виявилася подібною до гарячої сухої кам’янистої пустелі,
із корінними породами, які виходять назовні та, найімовірніше, стали
результатом зсувів у корі, що виявилося підтвердженням тектонічної
активності на планеті.
У 1978 р. за допомогою АМС «Венера-11» і «Венера-12» досліджували
хімічний склад нижньої атмосфери планети методами мас-спектрометрії,
газової хроматографії, оптичної й рентгенівської спектроскопії. Була
виміряна кількість азоту, оксид карбону, двоокису сульфуру, водяної
пари, сірки, аргону, неону і визначені ізотопні відношення Аргону,
Неону, Оксигену, Карбону, виявлені хлор і сірка в частинках хмар,
отримані детальні дані щодо поглинання сонячного випромінювання на
різних висотах в атмосфері, необхідні для вивчення теплового режиму.
Були зареєстровані імпульси електромагнітного випромінювання, що
вказують на існування електричних зарядів в атмосфері на зразок земних
блискавок. У складі верхньої атмосфери були виявлені вуглекислий газ
(96% за обсягом), азот (4%), оксид карбону, двоокис сульфуру, кисню
практично не виявилося, вміст водяної пари коливався від 0,1—0,4% під
шарами хмар до 15—30% вище за них. Наземними спектроскопічними
дослідженнями знайдені також молекули НС1. Температура атмосфери біля
поверхні планети (на рівні, що відповідає радіусу 6052 км) склала 735 К,
тиск 9 МПа, густина газу виявилася в 60 разів більшою, ніж у земній
атмосфері.
Атмосфера Венери до 50 км від поверхні залишається близькою до
адіабатичної, а вище 50 км температурний градієнт зменшується майже
вдвічі. Добові коливання температури біля поверхні складають 1 К, а на
висоті 50— 80 км сягають 15—20 К.
Температура верхньої межі хмарного шару в приполярній зоні на 5—10 К
вища, ніж біля екватора, що, очевидно, пов’язано зі зміною висоти
розташування хмар. Присутній також парниковий ефект’ значна частина
сонячного випромінювання (3—4%) сягає поверхні й нагріває її, а сильна
непрозорість для власного інфрачервоного випромінювання щільної
вуглекислої атмосфери з домішкою водяної пари перешкоджає остиганню
поверхні.
На Венері спостерігається висока грозова активність. Інтенсивність
електричних розрядів виявилася в багато разів вищою, ніж на Землі.
Очевидно, поблизу поверхні Венери виникають електричні поля з
напруженістю в сотні кВ/м. Можливо, утворенню високої грозової
активності сприяють діючі на поверхні Венери вулкани.
Одночасно з радянськими АМС проходила робота американського проекту
«Піонер-Венера». що містив у собі супутник і чотири атмосферні зонди. На
поверхню Венери в чотирьох різних точках здійснили посадку один великий
і три малі зонди (великий і один малий на денний бік, 2 інші малі — на
нічну поверхню). Завданням експерименту було дослідження структури,
хімічного складу, оптичних властивостей і теплового режиму атмосфери,
властивостей хмар. Були також проведені вимірювання нейтрального й
іонного складу верхньої атмосфери, плазмові й магнітні вимірювання,
досліджений рельєф значної частини планети.
У 1982 р. за допомогою АМС «Венера-13» і «Венера-14» були вперше
отримані кольорові панорами поверхні планети. Спускні апарати провели
буравления грунту (при температурі 4700°С і тиску біля поверхні 93,5 •
105 Па). Розпечений грунт, добутий буровою установкою, транспортувався
складною системою трубопроводів усередину міцного корпуса спускного
апарата, де був проведений його хімічний аналіз. Аналіз дозволив
визначити вміст у грунті оксидів магнію, алюмінію, силіцію, феруму,
калію, кальцію, титану й магнію. Уперше вимірялися електропровідність і
механічна міцність грунту, а також був виконаний найпростіший сейсмічний
експеримент. До програми атмосферних вимірювань входило вимірювання
вмісту інертних газів — аргону, неону, криптону, ксенону — і більшості
їхніх ізотопів, що дозволило б зрозуміти процес формування атмосфери
Венери.
У 1983 р. за допомогою АМС «Венера-15» і «Венера-16» були вперше
отримані радіолокаційні зображення північної приполярної області Венери.
На зображеннях добре видно кратери, пасма, височини, великі розлами,
гірські хребти.
У 1984 р. з інтервалом у 6 діб в СРСР були запущена ідентичні АМС
«Ве-га-1» і «Вега-2», обладнані спускними апаратами. Метою запуску було
вивчення комети Галлея пролітними апаратами з відстані близько 10 тис.
км. У 1985 р. вперше в атмосфері Венери аеростатні зонди (діаметром 3,4
м) наповнили гелієм оболонки. Програма АМС серії «Вега» дозволила вперше
здійснити унікальний експеримент щодо прямого вимірювання швидкості
вітру біля верхньої частини венеріанського хмарного покриву.
Що ж вдалося довідатися про таємничу планету, завжди приховану
жовто-сірчистими хмарами? З’ясувалося, що Венера молодша за Землю, тому
вона являє наочний приклад розвитку нашої планети. Процеси, що проходять
у надрах Венери, колись проходили і на Землі. Очевидно, ми довідалися й
про те, що на найближчій до нас планеті занадто суворі атмосферні умови,
тому вона не пристосована для життя на ній не тільки людини, а навіть
мікроорганізмів.
Нашли опечатку? Выделите и нажмите CTRL+Enter
