Склад атмосфери входить в число найважливіших характеристик будь-якої планети. Це – один з факторів, що безпосередньо впливають на формування умов на поверхні. Хімія атмосфери здатна багато розповісти вченим про процеси взаємодії газової оболонки планети з її надрами, з одного боку, й з явищами космічного походження, з іншого. Яскравим прикладом тому є склад атмосфери планети Венера.
Коротка характеристика атмосфери Ранкової зірки
Надзвичайно щільна газова оболонка, джерело незворотного парникового ефекту – це, поряд з непроникним хмарним шаром, головна відмітна риса Венери.
Структурно атмосфера являє собою кілька шарів, що розрізняються складом і фізичними властивостями. Нижній, найбільш щільний шар – тропосфера, що простягається до висот близько 65 км. Вище, до 120 км, розташована розріджена мезосфера, над нею – термосфера й екзосфера. Взагалі, для газової оболонки Венери характерна набагато більш висока щільність, ніж на Землі, в нижніх шарах (тиск у поверхні перевищує 93 атмосфери) і менша щільність у верхніх шарах.
Хмари знаходяться на висотах 50-65 км. На цьому рівні атмосфера володіє властивістю суперротации: завдяки сильним вітрам вона робить повний оборот навколо планети за чотири земних діб – істотно швидше, ніж обертається сама Венера.
Хімія газової оболонки
Головний компонент у венеріанської атмосфери – вуглекислий газ. Значно менше міститься азоту, і мізерно малу домішка представляють інші гази.
У відсотках склад атмосфери Венери виражається наступним чином:
- діоксид вуглецю CO2 – близько 96,5 %;
- азот N2 – близько 3,5 %;
- сірчистий ангідрид SO2 – 0,015 %;
- аргон Ar – 0,007 %;
- вода H2O – 0,002 %;
- чадний газ CO – 0,0017 %.
Гелій, неон, кисень, водень, галогеноводороды HCl і HF, сірководень присутні в слідових кількостях. Сумарна частка домішкових газів в хімічному складі атмосфери Венери не перевищує кількох сотих відсотка.
Вуглекислота задає тон
Наскільки багато в венерианском повітрі вуглекислого газу, можна уявити, оцінюючи кількість азоту на Венері і на Землі. Ми пам’ятаємо, що в земній атмосфері азот становить більше трьох чвертей – його багато. Ще більше азоту на Венері: маса його приблизно втричі перевищує масу всієї атмосфери Землі. І при цьому процентна частка азоту на Венері в 27,5 разів нижче, ніж частка вуглекислоти!
Діоксид вуглецю – важкий газ, і він концентрується в нижніх шарах атмосфери, викликаючи знаменитий венеріанський парниковий ефект, внаслідок якого температура біля поверхні тримається біля 470 °C. З-за високої щільності вуглекислота тут перебуває в стані, проміжному між газом і рідиною.
Її наявність у складі атмосфери Венери в такій великій кількості потребу в поясненні. Передбачається, що планета приблизно півмільярда років тому пережила глобальну геологічну катастрофу, в результаті якої була повністю зруйнована кора. Повсюдний вихід на поверхню величезної кількості магми і її дегазація могли, як вважають вчені, призвести до настільки масштабного стрибка вмісту в атмосфері двоокису вуглецю.
Мала, але важлива домішка
Може здатися незначним кількість сірчистого ангідриду в складі атмосфери. Венера, однак, зобов’язана йому однією з найбільш примітних своїх особливостей – хмарним шаром. У верхніх шарах атмосфери цей газ поряд з вуглекислотою і водяними парами бере участь в утворенні сірчаної кислоти під дією жорсткого сонячного ультрафіолету.
Крапельки кислоти «тонуть» в щільній венеріанської атмосфери лише до певного рівня, нижче якого кислота просто випаровується. Спільно з діоксидом сірки ці крапельки і формують шар хмар, які відображають велику частину сонячного світла і роблять неможливим спостереження поверхні планети в оптичному діапазоні. Саме завдяки їм Венера – настільки яскравий об’єкт земного неба.
Передбачається, що джерелом сірчистого газу також з’явилася інтенсивна вулканічна діяльність.
Суха планета
Широко відомий факт – на Венері дуже мало води. Звичайно, з-за більшої близькості до Сонця протопланетное речовина, з якої формувалася планета, повинно було містити менше летких компонентів у порівнянні з речовиною, образовавшим Землю. І все-таки води у складі атмосфери Венери занадто мало. Ми говоримо лише про атмосферу, оскільки зрозуміло, що за умов, які панують на планеті, ніяка гідросфера неможлива, і вся вільна вода може існувати лише в пароподібному стані.
Планетологи вважають, що тектонічна катастрофа (про неї вже згадувалося вище), яку пережила Венера, призвела до викиду поряд з вуглекислотою та іншими газами великої кількості водяної пари – адже це теж вулканічний продукт. Він же, будучи і сильним парниковим фактором, який міг сприяти встановленню сучасного температурного режиму атмосфери.
Будучи значно легше вуглекислоти, водяні пари концентруються на великих висотах. Тут вступає в дію жорстке ультрафіолетове випромінювання Сонця, розбиваючи молекули води кисень, який бере участь в утворенні сірчаної кислоти, і водень. А оскільки Венера не має глобального магнітного щита, подібного до земного, іони легких газів – водню, частково кисню і деяких інших – легко губляться атмосферою.
Важко оцінити, скільки води могла втратити планета подібним чином. Як би те ні було, питання про дивовижну «сухості» Венери ще чекає остаточного відповіді, і навряд чи ця відповідь буде простою.
Попереду – нові відкриття
Кілька років тому завдяки даними європейського зонда «Венера-Експрес» на висотах близько 100 км був виявлений слабкий озоновий шар венеріанської атмосфери. Формується він знову-таки під дією сонячних променів, що розщеплюють молекули діоксиду вуглецю. Тут же була зафіксована температурна аномалія: атмосфера на цій висоті на кілька десятків градусів тепліше. Вчені вважають, що аномалія пов’язана з виділенням енергії в реакціях розпаду озону.
Зонд «Венера-Експрес» завершив свою місію в 2015 році, але в даний час атмосферу планети досліджує японський апарат «Акацукі», в завдання якого входить, крім іншого, і вимірювання концентрації газів, що входять до складу атмосфери Венери, на різних висотах. Зонд також виявив чимало цікавого. Так, поки не ідентифікований компонент атмосфери, поглинаючий м’який ультрафіолет, наприклад, на довжині хвилі 365 нм. Є гіпотеза, що за таке поглинання відповідальний хлорид заліза, можливо, присутній в хмарному шарі.
Чимало відкриттів може принести і зіставлення даних сучасних і минулих місій, таких як радянські «Венери» або «Вега-2». Так, вивчення результатів вимірювання концентрації вуглекислого газу та азоту, отриманих спускаемыми апаратами, що дозволяє точніше уявити собі процеси в маловивчених нижніх шарах газової оболонки Венери. Склад атмосфери тут і вище складним чином пов’язаний з її динамікою.
Відкриттів і гіпотез в цій області багато. Безумовно, нові місії, наприклад, запланована на другу половину 2020-х «Венера-Д», принесуть вченим масу інформації про атмосферу нашої сусідки, настільки схожою і несхожою на Землю. Будемо сподіватися, що ці проекти відбудуться і стануть успішними.
