Планета Венера
В солнечной системе это вторая планета после Меркурия и третья по яркости на ночном небе, за что ее назвали утренней звездой.
Возраст Венеры около 4,6 млрд. лет, он был определен с помощью падающих на землю метеоритов, с применением радиоуглеродного датирования, которое показывало единый возраст не только Венеры, но и всей Солнечной системы.
Относится Венера к планетам земной группы и её часто называют злым близнецом Земли, потому что она имеет раскаленную атмосферу.
Размер, масса, состав, гравитационные характеристики Земли и Венеры практически схожи.
Ядро Венеры состоит из металла, в мантии присутствуют жидкие горные породы и верхняя твердая внешняя кора. Но, возможности увидеть напрямую внутреннее строение планеты, у исследователей пока нет.
Поскольку поверхность Венеры очень горячая и космический корабль не может более двух часов находиться на ней, то информация о внутреннем составе недоступна.
В результате того, что плотности планет земной группы совпадают, ученые предположили, что её внутренняя структура схожа с земной структурой.
Венера не теряет свое внутреннее тепло и в результате этого у неё отсутствует генерируемое магнитное поле.
С появлением беспилотных космических кораблей, оснащенных радарами, стало возможным пройти через густые облака планеты и определить топографические характеристики поверхности.
Было выяснено, что планету покрывают ударные кратеры и древние вулканы. Есть предположения, что в геологическом прошлом, а именно 300-500 млн. лет назад, поверхность планеты была разрушена в результате каких-то глобальных событий. Эту информацию вычислили по количеству ударных кратеров на поверхности.
Верхняя твердая оболочка Венеры – кора, содержит кремниевые породы и имеет толщину около 50 км, а толщина мантии, расположенной ниже, по подсчетам ученых, имеет толщину 3000 км, но, её состав неизвестен.
Центральная часть планеты – ядро, твердое или жидкое и состоит из железа и никеля. Ввиду того, что у Венеры отсутствует свое геомагнитное поле, то, по всей вероятности, внутри ядра нет конвекции.
Между внутренним и внешним ядром кардинальных различий по температуре нет, поэтому металл, находящийся в составе ядра не перемещается и не создает магнитное поле.
Атмосфера Венеры
Атмосфера планеты в основном состоит из двуокиси углерода с примесями азота.
Воздух очень плотный и образует азотные сгустки в 4 раза превышающие земные. Такое сочетание газов лежит в основе парникового эффекта, способного удерживать критически высокую температуру.
Облака планеты тоже накапливают тепло и функционируют как «заслонка» для наблюдений с поверхности Земли.
Давление на Венере в 90 раз больше, чем на Земле и, несмотря на почти одинаковые размеры планет, человек будет чувствовать себя как на большой глубине в океане.
Атмосфера Венеры на 96% состоит из двуокиси углерода, 3,5% азота, 1% окиси углерода, аргона, диоксида серы, водяного пара.
Исследователи планеты в 60-е годы были убеждены в том, что климат Венеры похож на климат Земли и ссылались на то, что планета спрятана под густыми облаками, которые в земных условиях несут обилие влаги, а это значит, там возможна жизнь. Микроволновой обзор выявил очень высокую температуру и надежды исчезли. Облака представлены парами серной кислоты, а не влагой. Масса венерианской атмосферы превосходит земную в 93 раза.
Предположительно ранее Венера обладала нормальной атмосферой, а её магнитосфера перестала функционировать после сильнейшего и неизвестного вмешательства.Защита планеты была потеряна, и солнечный ветер разорвал её атмосферный слой на части. Водород и вся вода сразу исчезли из состава атмосферы.
Средняя температура на Венере, стабильно удерживаемая в течение суток, составляет 462 градуса, чего вполне достаточно для плавления свинца.
Наклон оси Венеры составляет 3 градуса, поэтому на планете нет времен года. Ветры, дующие на Венере, имеют скорость 360 км/ч, благодаря им облака постоянно перемещаются. Ближе к поверхности скорость ветров становится меньше. После каждого осевого оборота ветры прекращаются на 4 дня.
Облака имеют ярко-желтый или белый цвет.
Венера имеет свое альбедо, которое формируется атмосферными облаками, состоящими из серной кислоты.
Определение 1
Альбедо – это способность небесного тела отражать свет Солнца.
Теоретически максимальный показатель достигает 1 и приравнивается к 100% отражения поступающих электромагнитных лучей.
Если небесное тело полностью черное, то альбедо будет равно нулю. Так, например, альбедо Луны составляет 0.12, это говорит о том, что наша Луна, ярко сияющая на ночном небе, на самом деле довольно мрачная.
Спутник Сатурна – Энцелад, имеет альбедо 0.99 - это значит, что он почти полностью отбивает весь свет.
Показатель альбедо Венеры равен 0.75, поэтому она выглядит очень яркой, сияющей звездой.
Парниковый эффект Венеры
Венеру от всех других планет отличает её парниковый эффект, создаваемый газами и облаками, находящимися в атмосфере.
Специалисты предполагают, что когда-то Венера имела низкую температуру и даже воду в жидком состоянии, чем напоминала Землю. Миллиарды лет назад запустился процесс нагревания, вода испарилась, и пространство наполнилось углекислым газом.
Парниковый эффект находится в атмосфере планеты и составляет около 500 градусов.
Двуокись углерода, находящегося в атмосфере Венеры, делает её очень плотной и препятствует охлаждению через излучение инфракрасного диапазона спектра. В результате этого поверхность планеты разогревается до критических отметок. Температура на поверхности планеты поднимается в результате тепловой энергии из-за нагревания газов.
Земля избежала участи своей соседки благодаря наличию океанов, которые поглощают атмосферный углерод и накапливают его в горных породах.
На Венере океаны отсутствуют, поэтому весь углекислый газ выделяемый вулканами в атмосферу, в ней и остается – это уже неуправляемый парниковый эффект.
Солнечного тепла Венера получает в два раза больше, чем Земля. Однако если Землю поставить на место Венеры, то её температура была бы выше только на 60 градусов и составляла 75 градусов, но, никак не 480, это значит, что причина высокой температуры заключается не в расстоянии до Солнца.
Ответ нашел американский ученый Карл Сагал – причина заключается в атмосфере планеты, которая является гигантским парником, на 96-98% состоящая из углекислого газа. Этот газ, полученное от Солнца тепло, не выпускает наружу, и оно возвращается к поверхности Венеры. Солнце не останавливает свою деятельность и продолжает излучать тепло, нагревая поверхность. Планета излучает полученное тепло обратно в космос, а облака газа это тепло не пропускают и возвращают его обратно. Таким образом, Венера с каждым днем разогревается всё больше и больше. Нагревание планеты происходит за счет окутывающих её облаков.
Парниковый эффект присутствует не на всех планетах, а только на тех, в атмосфере которых есть главный его элемент – углекислый газ.
Средняя температура поверхности Земли (или другой планеты) повышается за счет наличия у нее атмосферы.
Садоводы хорошо знакомы с этим физическим явлением. Внутри парника всегда теплее, чем снаружи, и это помогает выращивать растения, особенно в холодное время года. Вы можете почувствовать аналогичный эффект, когда находитесь в автомобиле. Причина его состоит в том, что Солнце с температурой поверхности около 5000°С излучает главным образом видимый свет — часть электромагнитного спектра , к которой чувствительны наши глаза. Поскольку атмосфера в значительной степени прозрачна для видимого света, солнечное излучение легко проникает к поверхности Земли. Стекло также прозрачно для видимого света, так что солнечные лучи проходят внутрь парника, и их энергия поглощается растениями и всеми объектами, находящимися внутри. Далее, согласно закону Стефана—Больцмана , каждый объект излучает энергию в какой-либо части электромагнитного спектра. Объекты с температурой около 15°С — средней температурой у поверхности Земли — излучают энергию в инфракрасном диапазоне. Таким образом, объекты в парнике испускают инфракрасное излучение. Однако инфракрасное излучение не может легко проходить сквозь стекло, поэтому температура внутри парника повышается.
Планета с устойчивой атмосферой, такая как Земля, испытывает практически такой же эффект — в глобальном масштабе. Чтобы поддерживать постоянную температуру, Земле необходимо самой излучать столько же энергии, сколько она поглощает из видимого света, излучаемого в нашу сторону Солнцем. Атмосфера служит как бы стеклом в парнике — она не столь прозрачна для инфракрасного излучения, как для солнечного света. Молекулы различных веществ в атмосфере (важнейшие из них — углекислый газ и вода) поглощают инфракрасное излучение, действуя как парниковые газы . Таким образом, инфракрасные фотоны, излучаемые земной поверхностью, не всегда уходят прямо в космос. Некоторые из них поглощаются молекулами парниковых газов в атмосфере. Когда эти молекулы вторично излучают энергию, которую они поглотили, они могут излучать ее как в сторону космоса, так и внутрь, обратно к поверхности Земли. Присутствие таких газов в атмосфере создает эффект укрывания Земли одеялом. Они не могут прекратить утечку тепла наружу, но позволяют сохранить тепло около поверхности более долгое время, поэтому поверхность Земли значительно теплее, чем была бы в отсутствие газов. Без атмосферы средняя температура поверхности составляла бы —20°С, что намного ниже точки замерзания воды.
Важно понимать, что парниковый эффект на Земле был всегда. Без парникового эффекта, обусловленного наличием углекислого газа в атмосфере, океаны давно бы замерзли, и высшие формы жизни не появились бы. В настоящее время научные дебаты о парниковом эффекте идут по вопросу глобального потепления : не слишком ли мы, люди, нарушаем энергетический баланс планеты в результате сжигания ископаемых видов топлива и прочей хозяйственной деятельности, добавляя при этом излишнее количество углекислого газа в атмосферу? Сегодня ученые сходятся во мнении, что мы ответственны за повышение естественного парникового эффекта на несколько градусов.
Парниковый эффект имеет место не только на Земле. В действительности самый сильный парниковый эффект, о котором мы знаем, — на соседней планете, Венере. Атмосфера Венеры почти целиком состоит из углекислого газа, и в результате поверхность планеты разогрета до 475°С. Климатологи полагают, что мы избежали такой участи благодаря наличию на Земле океанов. Океаны поглощают атмосферный углерод, и он накапливается в горных породах, таких как известняк — посредством этого углекислый газ удаляется из атмосферы. На Венере нет океанов, и весь углекислый газ, который выбрасывают в атмосферу вулканы, там и остается. В результате мы наблюдаем на Венере неуправляемый парниковый эффект.
Венера – древних римлян приводила в восторг эта впечатляющего вида планета, и они назвали ее в честь богини любви и красоты. Она так красиво смотрелась на небе, что эта связь казалась очевидной. Долгое время Венера считалась нашей планетой сестрой по причине сходства структуры, силы тяготения, плотности и размера. Во многих отношениях Венера и Земля почти близнецы, они почти одинакового размера и Венера ближайшая к Земле планета.
Веками ученые считали, что эта планета, близнец Земли, покрыта глубокими океанами, густыми тропическими лесами и что климат ее создает все условия для существования там разумной жизни. До прихода космической эры считалось, что Венера очень похожа на Землю, но когда мы занялись изучением Венеры, выяснилось, что условия там совсем иные. Оказалось, что Венера не столько экзотическая сестра Земли, сколько близнец злодей. Это две очень схожих планеты по своим основным чертам, ни их эволюция носила различный характер, что заставляет нас иначе понимать проблему планетарной эволюции. Были две похожих планеты, они существовали четыре миллиарда лет и почему оказались настолько оказались настолько разными.
Климат и парниковый эффект
Первая из основных причин в том, что Венера подвергалась мощным ударам метеоритов. Один удар был такой силы, что как считают ученые, он повлиял на вращение планеты. У Венеры очень медленное вращение, и это, как мы говорим, регрессивное вращение. То есть Венера вращается не так как другие планеты, а в обратную сторону. Из-за регрессивного вращения Солнце там всходит на западе, а садится на востоке. День на Венере очень долгий, время от одного восхода Солнца до другого составляет примерно восемь земных месяцев. Но не эти особенности делают жизнь на Венере невыносимой. Отчасти виной тому безжалостный климат, температура у поверхности около 750 градусов по Цельсию. Венера самая жарка планета в солнечной системе, визит туда оказался бы чрезвычайно коротким. Если бы мы пробыли там несколько секунд, мы бы изжарились.Проблема парникового эффекта
Беспощадную тепловую волну создает процесс, называемый тепличным (парниковым) эффектом. На Земле идентичный процесс контролирует климат. При более внимательном изучении Венеры, мы начинаем понимать, как нечто привычное может стать циклом жизни или смерти. Сегодня температура на Земле повышается, и ученые обнаружили причину этого на Венере. «Глобальное потепление следствие действия тепличных газов, которых становится все больше и больше, и поэтому на Земле становится все жарче и жарче, – Роберт Стром (ученый из Аризонского университета). – Мы взглянули на Венеру и сказали, здесь же происходит тоже самое».Последствия парникового эффекта на Венере
В 90-х после запуска космического корабля «Магеллан», Венеру стали преподносить, как пример того, насколько скверно могут пойти дела здесь на Земле. «Исследование космоса многое рассказало нам о Земле и окружающей среде, – говорит Роберт Стром. – Тепличный (парниковый) эффект, о котором сейчас говорят в связи с глобальным потеплением, был, в сущности, открыт на Венере». Обнаруженное на Венере пролило новый свет на тепличный (парниковый) эффект на Земле. Венера не всегда была такой жаркой, на ранней стадии эволюции она была больше похожа на Землю. Она лишилась своих океанов по причине того, что мы называем тепличным (парниковым) эффектом. «Венера пример того, как глобальные перемены на планете могут пойти по наихудшему сценарию. Нам не обязательно идти по пути Венеры, чтобы попасть в беду. Нужно лишь, немного свернуть в другом направлении, и мы уже это делаем».Причины парникового эффекта
Изучение Венеры позволяет нам проверять свои климатические модели. С помощью компьютерных моделей общей циркуляции, ученым удалось высчитать повышение температур на Земле, исходя из количества тепличных газов на Венере. Каким же образом действует на Венере тепличный (парниковый) эффект делая планету столь жаркой. На Венере тепличные газы не ловят солнечное тепло в капкан, но они крайне замедляют его продвижение. Тепличный (парниковый) эффект на любой планете, означает, что температура на поверхности становится выше из-за того, что газы в атмосфере, впуская солнечный свет, удерживают тепло. Эти тепличные газы, которые оказались бы роковыми для нас на Венере, являются необходимыми для жизни на Земле. Без тепличного (парникового) эффекта средняя температура была бы намного ниже нуля, океаны бы полностью замерзли, и на Земле могло бы вообще не быть жизни.Почему же на Венере так жарко? Ответ – в составе атмосферы. Там почти сплошь углекислый газ. Углекислый газ или CO2 составляет 95% атмосферы Венеры. И газ в таком огромном количестве удерживает больше тепла. «Это и дает очень сильный тепличный (парниковый) эффект и именно поэтому на Венере так жарко, – поясняет Дэвид Гринспун. Это пример экстремального глобально потепления».
В последние десятилетие словосочетание «парниковый эффект» практически не сходит ни с экранов телевидения, ни со страниц газет. Учебные программы сразу по нескольким дисциплинам предусматривают его тщательное изучение, причем практически всегда указывается его негативное значение для климата нашей планеты. Однако это явление на самом деле намного более многогранно, чем это преподносится обывателю.
Без парникового эффекта жизнь на нашей планете была бы под вопросом
Можно начать с того, что парниковый эффект на нашей планете существовал на протяжении всей ее истории. Такое явление просто-напросто неизбежно для тех небесных тел, у которых, как и у Земли, присутствует устойчивая атмосфера. Без него, например, Мировой океан давно бы замерз, а высшие формы жизни вообще не появились бы. Ученые уже давно научно доказали, что если бы в нашей атмосфере отсутствовал углекислый газ, наличие которого является необходимой оставляющей процесса возникновения парникового эффекта, то температура на планете колебалась бы в пределах -20 0 С, так что речь о возникновении жизни вообще бы не шла.
Причины и сущность парникового эффекта
Отвечая на вопрос: "Что такое парниковый эффект?", в первую очередь следует отметить, что свое название данное физическое явление получило по аналогии с теми процессами, которые происходят в теплице у садоводов. Внутри нее, независимо от времени года, всегда на несколько градусов теплее, чем в окружающем пространстве. Все дело в том, что растения поглощают видимые солнечные лучи, которые абсолютно свободно проходят и через стекло, и через полиэтилен, и вообще практически через любое препятствие. После этого сами растения также начинают излучать энергию, однако уже в инфракрасном диапазоне, лучи которого уже не могут свободно преодолевать то же стекло, поэтому возникает парниковый эффект. Причины этого явления, таким образом, лежат именно в дисбалансе между спектром видимых солнечных лучей и теми излучениями, которые отдают во внешнюю среду растения и другие предметы.
Физическая основа парникового эффекта
Что касается нашей планеты в целом, то парниковый эффект здесь возникает из-за наличия устойчивой атмосферы. Чтобы поддерживать свой температурный баланс, Земля должна отдавать столько же энергии, сколько она получает от Солнца. Однако наличие в атмосфере углекислого газа и воды, которые поглощают инфракрасные лучи, выполняя, таким образом, роль стекла в теплице, вызывает образование так называемых парниковых газов, часть из которых возвращается обратно к Земле. Эти газы создают "эффект одеяла", повышая температуру у поверхности планеты.
Парниковый эффект на Венере
Из вышесказанного можно сделать вывод, что парниковый эффект характерен не только для Земли, но и для всех планет и других небесных тел, обладающих устойчивой атмосферой. И действительно, проведенные учеными исследования показали, что, например, у поверхности Венеры данное явление имеет гораздо более выраженный характер, что связано, в первую очередь, с тем, что ее воздушная оболочка практически на сто процентов состоит из углекислого газа.
Что известно о климатических условиях на Венере? Какова история изучения этой планеты? Из каких газов состоит атмосфера Венеры? Чем обусловлен температурный режим на планете? Об этом рассказывает кандидат физико-математических наук Дмитрий Титов.
Земля и Венера - это две планеты-близнеца, которые образовались в одной части Солнечной системы, получают одинаковое количество солнечной энергии и имеют одинаковые размеры. Вполне разумно было ожидать, что эти две планеты представляют собой близнецов и с точки зрения климатических условий и атмосфер. При исследованиях оказалось, что эти две планеты просто антиподы. Поэтому главный вопрос, которым заняты ученые и который их интересует, - это почему две планеты, начавшие как близнецы в Солнечной системе четыре с половиной миллиарда лет назад, закончили свой эволюционный путь совершенно различными объектами. В частности, на Земле существуют вполне комфортные условия, в то время как на Венере сущий ад: огромные температуры, очень высокие давления на поверхности и так далее.
Облачный слой состоит из частиц серной кислоты, и это одно из отличий от земных облаков, которые состоят из воды. Серная кислота производится в так называемой фотохимической лаборатории у верхней границы облаков из двуокиси серы и кислорода. В результате окисления появляются молекулы серной кислоты. Основной компонентой атмосферы является двуокись углерода, и давление у поверхности достигает практически 90 атмосфер. Это очень плотная атмосфера. Скажем, на Земле такие условия достигаются на глубине порядка одного километра в океане. И из-за такой плотной двуокиси углерода появляется сильный парниковый эффект. Второй компонентой атмосферы является азот, кислорода там практически нет, есть еще небольшое количество водяного пара. Если на Земле среднее количество воды - это практически пятикилометровый слой океанов, в то время как если всю воду собрать на поверхности Венеры, то получится океан глубиной всего пять сантиметров.
Парниковый эффект - это визитная карточка Венеры, потому что там он разогнан до совершенно невообразимых условий. Парниковый эффект - это разница температуры на поверхности данной конкретной планеты с атмосферой и той температуры, которую имела бы эта планета, если убрать у нее атмосферу. То есть парниковый эффект - влияние газов аэрозоли, облаков, которые находятся в атмосфере. На Венере парниковый эффект составляет порядка 500 градусов. Это огромная величина, и создается она за счет того, что атмосфера исключительно плотная, газ двуокись углерода имеет огромное количество очень сильных полос поглощения в инфракрасной области, и эти полосы поглощения препятствуют охлаждению планеты через излучение инфракрасного диапазона спектра. Именно поэтому планета разогревается практически до красного каления. Ночью можно увидеть свечение камней.
