Насколько своеобразны инопланетные стихии?

Наука и жизньНаука

Венерианские «грозы» Леонида Ксанфомалити

Кандидат филологических наук Сергей Коростелёв, писатель, биограф Л. В. Ксанфомалити

Молнии на Венере в представлении художника. Рисунок: J. Whatmore/ESA

В нашей Солнечной системе Земля — «оазис», в котором сложились благоприятные условия для возникновения и развития жизни. Но какой была наша планета пару миллиардов лет назад? Какой она будет через сотни-тысячи-миллионы лет? Чтобы попытаться это понять, можно посмотреть на космических соседей Земли — холодный Марс и горячую Венеру. Насколько своеобразны инопланетные стихии? Бывают ли там, например, грозы?

Венерианские молнии — предмет многолетних исследований доктора физико-математических наук Леонида Васильевича Ксанфомалити (1932—2019). Читателям «Науки и жизни» он хорошо знаком. Леонид Васильевич был блестящим популяризатором! Рассказывал на страницах журнала об астрономической обсерватории «Пик Терскол» («Астрономическая обсерватория на склоне Эльбруса», № 11, 2004 г.), об исследованиях Титана («Экспедиция “Гюйгенс” к Титану, спутнику Сатурна», № 3, 2005 г.), о проблемах космологии («Тёмная Вселенная. Сюрприз космологии к 100-летию открытия Эйнштейна», № 5, 2005 г.), экзопланетах («Планетные системы звёзд», № 11, 2006 г.), марсианских водоёмах прошлого («Горные потоки и бассейны на Марсе», № 9, 2009 г.), кометах («Разрушение небесных айсбергов», № 6, 2011 г.) и даже о «кошачьей» физике («Мой кот в зеркале школьной физики», № 8, 2007 г.). Но, конечно, самой запоминающейся стала дерзкая гипотеза о возможности существования жизни на поверхности Венеры — о ней читатели журнала узнали одними из первых («Жизнь, кажется, нашли. Но не там, где искали», №№ 5, 6, 2012 г.).

Леонид Васильевич Ксанфомалити — первооткрыватель венерианских молний. В этом году открытию электрических разрядов в атмосфере Венеры исполняется 45 лет.

Итак, могут ли возникать электрические разряды в атмосфере других планет? Ответ на этот вопрос был получен 21 декабря 1978 года — космический аппарат «Венера-12» впервые зарегистрировал радиочастотные сигналы в венерианской атмосфере. Открыл её, напомним, М. В. Ломоносов — в 1761 году. В 1956 году американские исследователи установили, что Венера излучает в радиодиапазоне, и предположили, что всплески радиошумов вызваны молниями в атмосфере планеты. Но, как выяснилось, радиоизлучение исходит главным образом от сильно нагретой поверхности планеты, а также от горячих нижних слоёв тропосферы — и к электрическим разрядам отношения не имеет. Оптическим излучением молний пытались объяснить иногда наблюдавшееся пепельное свечение ночной стороны Венеры (первую спектрограмму такого свечения в 1954 году получил пулковский астроном Н. А. Козырев), однако, как показывали расчёты, молний для этого должно быть очень много — в тысячу раз больше, чем на Земле.

Напряжённость поля многочисленных электромагнитных импульсов, зарегистрированных 25 декабря 1978 года прибором «Гроза» на спускаемом аппарате «Венера-11» и интерпретированных как электрические разряды молний.

Чтобы однозначно ответить на вопрос, бушуют ли на Венере грозы и сверкают ли там молнии, надо было погрузиться в венерианскую атмосферу…

В 1961 году был дан старт советской космической программе по изучению Венеры. Спускаемые аппараты обнаружили могучие ветры, существующие на уровне облачного слоя планеты (50—70 километров от поверхности). А мощным турбулентным движениям должны сопутствовать процессы накопления в облаках электрических зарядов. Ввиду значительной высоты венерианских облаков вероятность разрядов, достигающих поверхности, сразу представлялась небольшой, но хорошо известные на Земле разряды «облако — облако» вполне могли бы возникать.

Анализ состава венерианской атмосферы, начатый аппаратом «Венера-4» в 1967 году, поставил вопрос о происхождении некоторых малых её составляющих. Теоретически они могли быть сгенерированы молниями. Доказано, что в канале молнии проистекает целая россыпь химических реакций, и был даже предложен своеобразный индикатор молний — оксид азота NO.

Для прямой регистрации электрических разрядов в атмосфере требовалась специальная аппаратура. И в 1976 году разработкой прибора «Гроза» для миссий «Венера-11» и «Венера-12» занялся заведующий лабораторией инфракрасной радиометрии и фотометрии Института космических исследований (ИКИ) Академии наук CCCР Леонид Ксанфомалити. Это был миниатюрный (масса всего 650 г) радиоприёмник-спектроанализатор длинных и сверхдлинных волн, способный работать при температуре до 500°C. Детектору предстояло зарегистрировать разряды от молний, микрофону — акустические сигналы, которые можно было бы интерпретировать как сопровождающий молнии гром. Электронику и частично оптику для своих приборов Ксанфомалити, большой радиолюбитель (в юности работал в радиомастерской), создавал самостоятельно.

Тем временем стало известно о теоретических выкладках американского исследователя Т. Хары: он рассмотрел условия, которые приводят к возникновению электрических разрядов в атмосферах, и пришёл к выводу, что они выполняются на Венере и Юпитере. Юпитерианские молнии тысячекилометровой протяжённости в 1979 году обнаружит «Вояджер-1».

Операция «Гроза»

21 декабря 1978 года десантный аппарат «Венера-12» начал спуск в венерианской атмосфере. Через 9 минут после включения «Грозы», на высоте 60 километров, был зарегистрирован первый пакет импульсов примерно из сотни разрядов, ещё через 8 минут — второй.

По мере снижения аппарата амплитуда радиошумов стала падать, а после посадки снизилась до уровня шумов самого приёмника. За все 110 минут работы аппарата на поверхности была зарегистрирована лишь одна большая группа импульсов — на 32-й минуте с момента посадки.

По аэродинамическим причинам при спуске «десантник» вращался, и пока ещё нельзя было полностью исключить вероятность того, что слабые разряды образовывались в результате трибоэлектрического эффекта. Через четыре дня, 25 декабря, к планете должна была приблизиться «Венера-11»…

Одиннадцатый «десантник» опускался по точно такой же трассе, почти в тот же район планеты. Но насколько отличалась регистрируемая прибором картина! Напряжённость поля была гораздо выше. В этот день разыгралась сильнейшая электрическая буря, каждую секунду — по 20—30 разрядов. Через несколько минут буря утихла, но на очереди была следующая. Все сомнения рассеялись. Ксанфомалити писал: «Удалось показать, что низкочастотные радиошумы связаны с происходящими в атмосфере электрическими процессами. Атмосферные помехи, которые были первыми радиосигналами, зарегистрированными радиоприёмником А. С. Попова на Земле, существуют и на Венере!»1

1 Ксанфомалити Л. В. Новые исследования Венеры // Земля и Вселенная. 1979. № 4. С. 12.

Обработка данных оказалась весьма трудоёмкой. В результате удалось найти угловые размеры источника — всего 5°, затем — энергию разрядов для разных вариантов расположения источника. Напряжённость электромагнитного поля лучше всего соответствовала условию, когда источник с энергией, типичной для земной молнии (1015 эрг), удалён на 1700 километров от аппарата. Это очень далеко. Сильная рефракция, определяемая высокой плотностью венерианской атмосферы, увеличивает дальность наблюдения на 15—20% по сравнению с Землёй. Но и в таком случае необходимо было допустить, что венерианские грозы дают в десятки раз больше молний, чем земные.

Источником радиошумов оказалась область с горизонтальной протяжённостью около 100 километров и толщиной всего 1—2 километра, расположенная на высоте 60—70 километров (облачный слой).

«Гроза» зарегистрировала множество импульсов, похожих на атмосферики — электромагнитные волны низкой частоты, появляющиеся в земной атмосфере при разряде молний. 28 декабря 1978-го похожие импульсы зарегистрировал американский орбитальный аппарат «Пионер-Венера-1».

Импульсы электромагнитного излучения, зарегистрированные прибором OEFD (конец декабря 1978 года).

Советские и американские исследования планировались и осуществлялись независимо, однако идентичные научные цели диктовали проведение сходных экспериментов. Но в отличие от «Грозы», установленной на спускаемом аппарате, американский детектор OEFD работал на спутнике, орбита которого проходила выше основных слоёв ионосферы. Так что преимущество «Грозы» было в том, что наблюдения проводились в самом волноводе «поверхность — ионосфера», тогда как OEFD был экранирован от него нижними слоями ионосферы.

Из-за этого OEFD фиксировал лишь малую часть явлений, но даже таким методом удалось собрать обширный материал. В дальнейшем американцы смогли привязать принятые импульсы к конкретным точкам на планете — орбитальный аппарат проработал до 1982 года, периодически оказываясь над разными районами Венеры. Именно несколько лет работы OEFD полностью подтвердили открытие Ксанфомалити.

Руководителем эксперимента OEFD был физик-теоретик Фредерик (Фред) Л. Скарф, один из ведущих мировых специалистов в области плазмы. С момента открытия венерианских молний он контактировал с коллегами из СССР почти десять лет. Скарф был одним из пяти американских учёных, которые продолжили сотрудничать с советской космической программой даже после того, как NASA было запрещено принимать в ней непосредственное участие. Ксанфомалити и Скарф подружились. Началось с того, что телетайп отстучал сообщение из Лос-Анджелеса: «Поздравляю вас с открытием гроз на Венере на три дня раньше, чем открыл их я». Затем было личное знакомство, совместные статьи, главы в коллективных монографиях.

Фред Скарф (1930—1988) — руководитель эксперимента ОEFD на американской АМС «Пионер-Венера-1». Обнаружил электрическую активность атмо-сферы Венеры на несколько дней позже Ксанфомалити. На фото: Ф. Скарф с коллегами наблюдает за максимальным сближением «Вояджера-2» с Ураном (24 января 1986 года) в Лаборатории реактивного движения в Калифорнии. Фото: space.physics.uiowa.edu/JPL

В июле 1988 года 57-летний Скарф прилетел в Москву на конференцию, посвящённую запуску советской автоматической межпланетной станции (АМС) «Фобос-2». Скарф участвовал в подготовке научной программы «Фобосов», на аппаратах были установлены его приборы. К сожалению, эта поездка закончилась трагически. Скарф буквально рухнул на пол в стенах ИКИ и был срочно доставлен в одну из московских больниц, где 17 июля скончался. Ксанфомалити чтил память об американском друге — постоянно упоминал его в своих книгах, статьях, интервью.

…Природа электрической активности в атмосфере Венеры требовала дальнейшего изучения. На Земле наибольшие заряды накапливаются в облаках с каплями переохлаждённой воды или в облаках из ледяных кристалликов. Если же облако состоит целиком из жидких капелек одинакового состава (как в случае сернокислотных облаков Венеры), то напряжённость поля должна быть небольшой. Многие исследователи вообще сомневались в возможности накопления заряда в среде, содержащей аэрозоль из сильного электролита — серной кислоты. Кроме того, дело не только в качестве аэрозоля, но и в его количестве, ведь полная масса аэрозолей в облаках Венеры существенно меньше, чем в земных.

В 1979 году Ксанфомалити предположил, что электрическая активность венерианской атмосферы может иметь с грозами, в чисто земном их понимании, лишь внешнее сходство в виде электрических разрядов. А в 1980-м американский астроном Т. А. Крофт, выполнив собственный анализ результатов эксперимента «Гроза» и особенностей распространения радиоволн в плотной венерианской атмосфере, заявил, что, судя по всему, разряды происходят ниже 30 километров, то есть километров на 20 ниже границы облачного слоя.

Ксанфомалити принялся за модификацию своего прибора. В результате была создана «Гроза-2», установленная на десантных аппаратах «Венера-13» и «Венера-14». 1 и 5 марта 1982 года в ходе спуска тринадцатого и четырнадцатого «десантников» в венерианской атмосфере были снова обнаружены многочисленные электрические разряды. Почти все события отмечались, когда аппараты находились ниже уровня 30 километров.

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

«Чувствую полную гармонию…» История болезни Достоевского «Чувствую полную гармонию…» История болезни Достоевского

Почему тайну личности Достоевского способен постичь только врач?

Наука и жизнь
Австралийские муравьи притворились мертвыми всей колонией Австралийские муравьи притворились мертвыми всей колонией

Зоологи обнаружили муравьев, которые притворяются мертвыми всей колонией

N+1
Масса за горизонтом событий Масса за горизонтом событий

О том, как удалось обнаружить и «взвесить» одну из сверхмассивных чёрных дыр

Наука и жизнь
Как успеть похудеть к лету без вреда для здоровья: советы нутрициолога Как успеть похудеть к лету без вреда для здоровья: советы нутрициолога

Какие продукты добавить в рацион, чтобы безопасно похудеть?

Psychologies
Цикличность большого взрыва Цикличность большого взрыва

Каков физический механизм Большого взрыва?

Наука и жизнь
Ромул и Рем: чей Рим? Ромул и Рем: чей Рим?

Как на самом деле был основан Рим?

Дилетант
Маршруты Сикстинской Мадонны Маршруты Сикстинской Мадонны

«Сикстинской Мадонне» было суждено пережить много приключений

Дилетант
Добро с прибылью: чем импакт-стартапы отличаются от НКО и обычного бизнеса Добро с прибылью: чем импакт-стартапы отличаются от НКО и обычного бизнеса

Что такое социальные, или импакт-стартапы, какие у них есть перспективы

Forbes
Неприкосновенный запас Неприкосновенный запас

История тушенки и сгущенки насчитывает чуть более двух веков

Вокруг света
Помните блогера, снявшего обзор на круассаны на фоне протестов в Париже? Теперь он пробует неаполитанскую пиццу во время празднования победы «Наполи» Помните блогера, снявшего обзор на круассаны на фоне протестов в Париже? Теперь он пробует неаполитанскую пиццу во время празднования победы «Наполи»

Итальянский блогер Луи Саль делает необычные видеообзоры на еду

Правила жизни
«Ковер» Тальбота помог упорядоченно пленить десять тысяч атомов «Ковер» Тальбота помог упорядоченно пленить десять тысяч атомов

Показана технология создания оптических решеток на основе эффекта Тальбота

N+1
Бои без правил Бои без правил

Почему дети дерутся, и как это прекратить?

Здоровье
Алгоритмы против инфляции: что такое флэткоины и помогут ли они криптоинвесторам Алгоритмы против инфляции: что такое флэткоины и помогут ли они криптоинвесторам

Флэткоин — это новая криптовалюта, цена которой привязана к стоимости жизни

Forbes
Как стоимость терапии влияет на ее процесс и качество: объясняют эксперты Как стоимость терапии влияет на ее процесс и качество: объясняют эксперты

Какова роль денег в психотерапии?

Psychologies
«Я российский художник и горжусь этим». Чем известен Валентин Юдашкин «Я российский художник и горжусь этим». Чем известен Валентин Юдашкин

Чем запомнился модельер Валентин Юдашкин?

СНОБ
Иберийские неандертальцы оказались мобильнее носителя мадленской культуры Иберийские неандертальцы оказались мобильнее носителя мадленской культуры

Биоархеологи проанализировали изотопный состав стронция в зубах неандертальцев

N+1
Сибирский Хогвартс Сибирский Хогвартс

Еще часа два я плутал среди гигантских сосен, пока не вышел к зданию ФМШ

ТехИнсайдер
«Все страхи Бо»: фильм о неврозах и фобиях городского жителя от Ари Астера «Все страхи Бо»: фильм о неврозах и фобиях городского жителя от Ари Астера

Фильм, в котором всевозможные фобии перемешались с бессмысленностью бытия

Forbes
Почему у Hyundai Creta есть будущее, а у Bentley Bentayga нет Почему у Hyundai Creta есть будущее, а у Bentley Bentayga нет

Автомобили повторяют судьбу мобильных телефонов

4x4 Club
Фавориты и фаворитки Фавориты и фаворитки

Самые знаменитые фавориты и фаворитки

Дилетант
Удары судьбы: что помогает нам подняться? Удары судьбы: что помогает нам подняться?

Выжить психически порой куда труднее, чем физически

Psychologies
Лучшие лайфхаки для дома и не только: 7 удивительных применений суперклея Лучшие лайфхаки для дома и не только: 7 удивительных применений суперклея

Некоторые лайфхаки могут показаться вам странными, однако они правда работают!

ТехИнсайдер
6 золотых правил нестареющих женщин: запомни их как мантру! 6 золотых правил нестареющих женщин: запомни их как мантру!

Простейшие привычки, которые помогут отсрочить старение на десятки лет

VOICE
Особенный ребенок Особенный ребенок

Как на ранних стадиях распознать, что с ребенком что-то не так

Лиза
Пусть утро будет добрым! 5 вещей, которые надо сделать до 9 часов Пусть утро будет добрым! 5 вещей, которые надо сделать до 9 часов

Хочешь добиться успеха в делах? Начинай день правильно

Лиза
Что надеть, чтобы стать счастливее: объясняет психолог Что надеть, чтобы стать счастливее: объясняет психолог

Какая одежда способна сделать нас по-настоящему счастливыми?

Psychologies
Тайна завещания Леонида Быкова Тайна завещания Леонида Быкова

Воспоминания Глеба Скороходова о Леониде Быкове

Коллекция. Караван историй
Почему люди боятся насекомых и пауков Почему люди боятся насекомых и пауков

Так почему мы так боимся насекомых?

ТехИнсайдер
Каково это — быть мазохистом: откровения хозяйки секретного места встреч Каково это — быть мазохистом: откровения хозяйки секретного места встреч

Что заставляет людей отправляться в специальные клубы, где над ними издеваются?

Psychologies
Парк открыт Парк открыт

Любые сложности стоят роскошных ландшафтов национальных парков России

Новый очаг
Открыть в приложении