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

«Мои» неясыти «Мои» неясыти

Увидеть неясыть — большая удача!

Наука и жизнь
«Русь, куда ж несешься ты? Дай ответ»: как художник Анатолий Зверев рисовал Гоголя «Русь, куда ж несешься ты? Дай ответ»: как художник Анатолий Зверев рисовал Гоголя

Отрывок из книги «Анатолий Зверев и мировое искусство»

Forbes
Вопрос / ответ Вопрос / ответ

Что ели русские крестьяне, кто изобрел алфавит и другие вопросы и ответы

Вокруг света
Соблазняем одним словом: как сделать свой голос привлекательным? Соблазняем одним словом: как сделать свой голос привлекательным?

Что такое привлекательный голос и как сделать свой голос лучше?

VOICE
Масса за горизонтом событий Масса за горизонтом событий

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

Наука и жизнь
Токсичный брак: 5 признаков деструктивных отношений Токсичный брак: 5 признаков деструктивных отношений

Как распознать первые признаки деструктивных отношений?

Psychologies
Розенкрейцер при дворе Розенкрейцер при дворе

Масон и мистик, оказавшийся в числе наставников «русского Гамлета»

Дилетант
Осваиваем Луну: кто побеждает в многолетней гонке за освоение спутника Земли Осваиваем Луну: кто побеждает в многолетней гонке за освоение спутника Земли

Кто станет лидером лунной гонки, ведь на пятки американцам наступает Китай?

ТехИнсайдер
В поисках формулы живого света В поисках формулы живого света

Интервью с человеком, который занимается исследованиями биолюминесценции

Наука и жизнь
Вопрос-ответ Вопрос-ответ

Откуда взялась Луна, заразен ли рак и другие вопросы

Вокруг света
Шалый барин добыл «Золотое руно»: как Николай Рябушинский вошел в историю искусств Шалый барин добыл «Золотое руно»: как Николай Рябушинский вошел в историю искусств

Один из фрагментов книги Любови Агафоновой о Николае Рябушинском

Forbes
Ненормированный график и мозоли на теле: как устроен модельный бизнес в Китае Ненормированный график и мозоли на теле: как устроен модельный бизнес в Китае

Труд модели в Китае хорошо оплачивается, но условия работы сильно отличаются

Forbes
При чем здесь вода? Как лишь одна стихия определила политику и верования древних царств При чем здесь вода? Как лишь одна стихия определила политику и верования древних царств

Неожиданный взгляд на отношения человечества с водой

Вокруг света
Палеонтологи обнаружили остатки древнейших птерозавров Австралии Палеонтологи обнаружили остатки древнейших птерозавров Австралии

Австралийские палеонтологи изучили два ископаемых образца

N+1
За молоком За молоком

В выходные жена послала меня за молоком в деревню

Вокруг света
В глубине Тихого океана нашли 4600 неизвестных видов животных. Поразительно! В глубине Тихого океана нашли 4600 неизвестных видов животных. Поразительно!

В зоне Кларион Клиппертон в Тихом океане обнаружено несколько странных существ

ТехИнсайдер
Чтобы работал как часы: 5 напитков, которые любит твой кишечник Чтобы работал как часы: 5 напитков, которые любит твой кишечник

Эти вкусные, полезные и доступные напитки день за днем улучшают твой микробиом

VOICE
Пока смерть не разлучит: сказочная история любви Дианы Гурцкая и Петра Кучеренко Пока смерть не разлучит: сказочная история любви Дианы Гурцкая и Петра Кучеренко

Вспоминаем, какой была история любви Дианы Гурцкой и Петра Кучеренко

VOICE
Средневековые колбы для дегустации мочи найдены на свалке лечебницы, возведенной на руинах куда более древнего строения Средневековые колбы для дегустации мочи найдены на свалке лечебницы, возведенной на руинах куда более древнего строения

Мусорная свалка эпохи Возрождения полна старых медицинских принадлежностей

ТехИнсайдер
Окрашивание шатуш: варианты, подходящие цвета и уход за волосами Окрашивание шатуш: варианты, подходящие цвета и уход за волосами

Шатуш — один из самых известных вариантов окрашивания

РБК
Поражающая способность Чернобыля: что такое ионизирующее излучение и можно ли бороться с последствиями его воздействия Поражающая способность Чернобыля: что такое ионизирующее излучение и можно ли бороться с последствиями его воздействия

Явление, которое называют «радиацией», несет две главные угрозы для здоровья

Вокруг света
Силу острой и хронической боли вычислили по работе коры больших полушарий Силу острой и хронической боли вычислили по работе коры больших полушарий

Оказалось, что с двумя типами боли связаны разные зоны коры мозга

N+1
Одиночество не приговор: 3 шага, чтобы выстроить счастливые отношения Одиночество не приговор: 3 шага, чтобы выстроить счастливые отношения

Как стать счастливее, правильно выстраивая социальные связи

Psychologies
Японская философия «ваби-саби»: как принять несовершенство мира Японская философия «ваби-саби»: как принять несовершенство мира

Как же перестать гнаться за идеалами и начать жить здесь и сейчас?

Psychologies
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
По магнитной картинке мозга можно прочесть жесты человека. И безо всякой трепанации По магнитной картинке мозга можно прочесть жесты человека. И безо всякой трепанации

Магнитная картинка мозга позволила «прочитать» активность мозга без трепанации

ТехИнсайдер
Как распознать манипуляции со стороны партнера и остановить их Как распознать манипуляции со стороны партнера и остановить их

Что делать, если вы столкнулись с манипуляцией со стороны партнера?

Psychologies
Томмазо Спадолини Томмазо Спадолини

Видение мира, в котором мы живем, отражается на наших проектах

Y Magazine
Популярность позитивной музыки возросла при потеплении и снизилась в дождь Популярность позитивной музыки возросла при потеплении и снизилась в дождь

Как связаны музыка и погода?

N+1
КТ с подсчетом фотонов нагляднее показала врожденные пороки сердца КТ с подсчетом фотонов нагляднее показала врожденные пороки сердца

КТ с подсчетом фотонов показала более четкие снимки у детей с пороками сердца

N+1
Открыть в приложении