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

Плутон. В долине гранатовых «льдов» Плутон. В долине гранатовых «льдов»

Что могли бы увидеть земляне, оказавшись посреди гладких льдов Плутона?

Наука и жизнь
«Миссис Дэвис»: фантастический сериал про борьбу монахини с искусственным интеллектом «Миссис Дэвис»: фантастический сериал про борьбу монахини с искусственным интеллектом

Каким получился сериал «Миссис Дэвис»

Forbes
Вопрос / ответ Вопрос / ответ

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

Вокруг света
Катя Chepikk: «Стать большим артистом — это не мечта. Это мое предназначение» Катя Chepikk: «Стать большим артистом — это не мечта. Это мое предназначение»

Катя Chepikk не сомневается в своем успехе

ЖАРА Magazine
Масса за горизонтом событий Масса за горизонтом событий

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

Наука и жизнь
Как Варвара Кашеварова-Руднева стала врачом, несмотря на запреты и травлю Как Варвара Кашеварова-Руднева стала врачом, несмотря на запреты и травлю

К женщинам-врачам в Российской империи относились с откровенным предубеждением

Forbes
«Это жизни наших ребят» «Это жизни наших ребят»

Воспоминания Анатолия Черняева: Афганская война, январь 1989 года

Дилетант
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
Жизнь без еды Жизнь без еды

Среди насекомых есть виды, которые во взрослом состоянии не питаются вовсе

Наука и жизнь
Зависть — это бомба замедленного действия. Что делать, если вы завидуете другим Зависть — это бомба замедленного действия. Что делать, если вы завидуете другим

Что такое зависть, как с ней обходиться и использовать ее энергию во благо

Psychologies
$155 млн за драгоценности: как Хайди Хортен побила рекорд Элизабет Тейлор $155 млн за драгоценности: как Хайди Хортен побила рекорд Элизабет Тейлор

Как Хайди Хортен удалось собрать уникальную коллекцию драгоценностей

Forbes
«Это было прекрасное путешествие»: какими были жизнь и карьера Тины Тернер «Это было прекрасное путешествие»: какими были жизнь и карьера Тины Тернер

Когершын Сагиева вспоминает личную историю Тины Тернер

Forbes
Хорошая мать = счастливая мать: как ею стать? Хорошая мать = счастливая мать: как ею стать?

Отрывок из книги «Путь материнства. Рождение силы»

Psychologies
Лидия Юкнавич: «Потрясение». Из моря в небо и обратно Лидия Юкнавич: «Потрясение». Из моря в небо и обратно

Отрывок из впечатляющего и возмущающего романа Лидии Юкнавич «Потрясение»

СНОБ
Почему римляне не сумели приручить ни одно новое животное? Разбирается биолог Почему римляне не сумели приручить ни одно новое животное? Разбирается биолог

Тим Флэннери проследил историю европейского континента

Вокруг света
Двойники Двойники

Почему под разными брендами встречаются такие похожие модели

Автопилот
Я у Папы — модельер: как итальянский органист начал одевать понтификов и представителей католического духовенства Я у Папы — модельер: как итальянский органист начал одевать понтификов и представителей католического духовенства

Восхищение убранством церкви определило жизненный путь Филиппо Сорчинелли

Вокруг света
Хоббит, Карлсон и Винни-Пух: 100 лучших детских книг всех времен по версии Би-би-си Хоббит, Карлсон и Винни-Пух: 100 лучших детских книг всех времен по версии Би-би-си

Первая десятка рейтинга лучших детских книг от Би-би-си

Forbes
Нарушения менструального цикла связали с повышенным риском мерцательной аритмии Нарушения менструального цикла связали с повышенным риском мерцательной аритмии

Женщины с нерегулярным циклом более подвержены сердечно-сосудистым заболеваниям

N+1
Почему фильм «Убийца “Священный паук”» можно назвать культурным феноменом Почему фильм «Убийца “Священный паук”» можно назвать культурным феноменом

Интересный взгляд эмигранта на родную страну в фильме «Убийца “Священный паук”»

СНОБ
Умерла после тяжелой болезни 28-летняя звезда сериала «Телекинез» Саманта Вайнштейн Умерла после тяжелой болезни 28-летняя звезда сериала «Телекинез» Саманта Вайнштейн

Саманта Вайнштейн ушла из жизни в Торонто

VOICE
Изменить жизнь, отказавшись от сахара Изменить жизнь, отказавшись от сахара

К чему может привести отказ от сахара? Рассказывают наши героини

Здоровье
Ученые разобрались в механизмах действия мутации у шотландки без боли и тревожности Ученые разобрались в механизмах действия мутации у шотландки без боли и тревожности

Ученые подобрались к новым возможностям регуляции эндоканнабиноидной системы

N+1
Мы с Мухтаром Мы с Мухтаром

Откуда у советских школьников 1970-х взялась шутка про «Мухтара на границе»?

Автопилот
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
Петербург будущего Петербург будущего

Как из руины вернуть к жизни памятник конструктивизма

Собака.ru
Как выбрать купальник под тип фигуры: 8 ошибок, которые допускают все женщины - мнение стилиста Как выбрать купальник под тип фигуры: 8 ошибок, которые допускают все женщины - мнение стилиста

Пляжный сезон не за горами, и пора бы серьезно задуматься о летней "униформе"

VOICE
Selfmade Selfmade

«Тот факт, что я вечный студент на экране, меня ни капли не задевает»

OK!
Передать нельзя оставить: чем NASA обидело команду New Horizons Передать нельзя оставить: чем NASA обидело команду New Horizons

Почему одни хотят перейти к гелиофизике, а другие не готовы бросать пояс Койпера

N+1
Язык Бога и ген духовности: какую роль играет мозг в религиозности — интервью с нейробиологом Язык Бога и ген духовности: какую роль играет мозг в религиозности — интервью с нейробиологом

Что нового ученые узнали о нашем мозге? Мы поговорили об этом с нейробиологом

Psychologies
Открыть в приложении