По показаниям советского зонда «Вега-2» учёные вывели, что нижняя атмосфера Венеры — сверхкритическая жидкость

    15 июня 1985 года спускаемый модуль советского космического аппарата «Вега-2» сел на поверхность Венеры в районе долины Русалки (7.14° ю. ш. 117.67° в. д.) и 56 минут передавал сигнал. Пройдя через атмосферу, он собрал единственный на сегодняшний день её полный температурный профиль.

    Как и ожидалось, атмосфера оказалась очень плотной и тяжёлой. Атмосферное давление на поверхности составляет 92 бар, то есть примерно в 92 раза выше, чем на Земле, а температура — 464 °C. Плотность атмосферы у поверхности составляет примерно 6,5% от плотности жидкой воды. На 96,5% она состоит из CO2, на 3,5% — из N2 (по объёму).

    Плотность атмосферы Венеры настолько высока, что её движение даже могло заставить Венеру остановить вращение, а затем начать медленно вращаться в противоположную сторону (есть такая теория). Сейчас Венера медленно вращается в сторону, противоположную земному, и делает один оборот вокруг оси за 243,02 земных суток.

    Неожиданным для учёных было то, что согласно показаниям «Веги-2» атмосфера Венеры оказалась довольно нестабильной на высоте менее 7 км — этот слой гораздо горячее, чем слой выше. Фактически, эти показания данных советского зонда до сих пор остаются необъяснимыми. Сейчас учёные предложили новое объяснение этим необычным показаниям сенсоров. Они считают, что на самом деле нижние слои атмосферы представляют собой сверхкритическую жидкость.

    Научную работу с анализом показаний сенсоров советского зонда опубликовала пара учёных — Себастьян Лебонуа (Sebastien Lebonnois) из лаборатории метеорологической динамики Университет Пьера и Марии Кюри (Франция) и Джералд Шуберт (Gerald Schubert) с кафедры земных, планетарных и космических наук Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе (США).

    Вертикальная структура атмосферы Венеры по результатам моделирования показана на диаграмме. Вертикальные профили показывают изменение температуры, плотности и стабильности атмосферы в зависимости от высоты и увеличения атмосферного давления. Показано также расположение облаков. Информация здесь собрана в том числе по результатам десятилетий наблюдений другими орбитальными аппаратами (советские «Венера-15» и «Венера-16», американские «Пионер-Венера-1» и «Магеллан», европейский «Венера-экспресс», японский «Акацуки»), других зондов, воздушных шаров и земных телескопов.



    Все собранные данные показывают, что на Венере, как и на Земле, есть тропосфера, которая простирается от поверхности до верхнего слоя облаков на высоте примерно 60-65 км, и в тропосфере температура уменьшается с высотой. Нижний слой облаков с серной кислотой заканчивается на высоте около 48 км. Там температура и давление примерно соответствуют температуре и давлению на поверхности Земле.

    Сразу под облаками атмосфера относительно стабильна примерно до высоты 7 км, и вот самый нижний слой представляет загадку. В нём сосредоточено 37% массы всей атмосферы Венеры, именно там максимальное давление и температура. Проникнуть туда и измерить атмосферные показатели исключительно сложно. Надёжно измерить температуру на низкой высоте удалось только советскому спускаемому аппарату «Вега-2» в 1985 году.


    Модель космического аппарата «Вега-2» в филиале Национального музея авиации и космонавтики США. Спускаемый модуль спрятан внутри сферической оболочки

    Измерения проводились двумя платиновыми проводами, один оголённый, а второй в керамической изоляции, с точностью ±0,5 K в диапазоне от 200 до 800 K. Как уже было сказано, слишком резкое повышение температуры на высоте ниже 7 км учёные до сих пор не могли объяснить.

    Авторы научной работы обращают внимание на то, что у нас нет точных сведений о химическом составе нижнего слоя. Они предполагают, что там наблюдается иная пропорция CO2 и N2. В частности, концентрация N2 у поверхности падает до нуля. Точнее, в результате сверхвысокого давления у поверхности происходит разделение CO2 и N2. То есть более лёгкий N2 поднимается в верхние слои атмосферы. Следовательно, истинная концентрация N2 в атмосфере может быть на 15% меньше, чем считалось ранее.


    Вертикальный профиль потенциальной температуры по показаниям «Веги-2»

    Учёные делают такие выводы на основании результатов своих экспериментов со сверхкритическими жидкостями. Дело в том, что при высоком давлении и плотности исчезает различие между жидкой и газовой фазой вещества. Соответственно, газовая смесь может частично разделиться на фракции, как это происходит в жидкости. Например, для CO2 критическая температура составляет 303,9 K, критическое давление — 72,8 атм, а критическая плотность — 0,468 г/см3. Как видим, условия у поверхности Венеры вполне могут создать условия для перехода атмосферы в сверхкритическое состояние.

    Авторы считают необходимым проведение дальнейших исследований атмосферы Венеры. Если нельзя отправить туда зонд, то можно попробовать воссоздать климатические условия в лаборатории НАСА.

    Научная работа опубликована в журнале Nature Geoscience 26 июня 2017 года (doi:10.1038/ngeo2971, pdf).
    Поделиться публикацией
    Никаких подозрительных скриптов, только релевантные баннеры. Не релевантные? Пиши на: adv@tmtm.ru с темой «Полундра»

    Зачем оно вам?
    Реклама
    Комментарии 56
    • +4
      Ну, теперь и про «Вегу-2» появятся шуточки в стиле «она утонула».

      А вообще, всё это безумно интересно и многое говорит о нас самих и нашем антропоцентрическом восприятии окружающей действительности. Ведь то, что мы называем «нормальными условиями», таковыми не является. «Атмосферное давление, привычная гравитация и и температуры в пределах жидкой фазы воды не так уж часто встречаются во Вселенной.
      Более того, бОльшая часть вещества сосредоточена в звёздах. В этом смысле лекции Артёма Оганова весьма интересны и познавательны:


      • +4
        для CO2 критическая температура составляет 303,9 °С
        Только не градусов Цельсия, а Кельвинов.
      • –4
        Есть-ли жизнь на венере? Или была-ли? Мы так и не знаем до сих пор.
        • +1
          По этому поводу рекомендую поискать в youtube ролик под названием «Венера – злая соседка Земли». Немного спойлерну: в фильме выдвигается гипотеза, что на Венере существовали условия для возникновения жизни для многоклеточных организмов.
        • –2
          А какой высоты на Венере горы? 7 километров для планеты, массой меньше Земли, не так уж и много. Если попробовать зонд посадить на вершине горы?
          • +1
            График температуры даёт ответ на это вопрос. У вас есть годная топографическая карта Венеры?
            • +4
              10700 метров, почти 11 км. Там конечно прохладнее — «всего» 380 градусов цельсия против 467 на «уровне моря», и давление почти в два раза меньше.
              • 0
                С такой агрессивной атмосферой горы не могут быть столь высокими. Эррозия должна быть сильнее чем на Земле.
                • 0
                  Высота гор на земле, в общем случае, ограничена гравитацией а не эрозией — вот гималаи почти вплотную подходят к пределу прочности. Хотя конечно есть и места где казалось-бы, учитывая их скорость роста, горы должны быть повыше (например в новой зеландии) но там как раз атмосфера очень агрессивна — ветер, дожди, солнце, перепады температуры. На венере атмосфера в этом смысле совсем не агрессивна — ветер у поверхности относительно слаб даже с учетом ее плотности, дождей нету, переходы между днем и ночью плавные, температура стабильна.
                  • 0
                    Ну тут ещё вопрос от какого уровня считать.
                    Без учёта океанов высота гор может подрасти на 3-4 км.
              • 0
                Интересно, что будет если запустить в Венеру сверхмощной термоядерной бомбой? Вроде же у заряда на основе термоядерного синтеза водорода нет верхнего теоретического предела по мощности, это значит можно сделать хоть гигатонны, хоть тератонны тротилового эквивалента, только знай водорода побольше добавляй? Какой мощности нужен взрыв, чтобы снести с планеты 99% массы атмосферы, чтобы остался один процент для давлений сравнимых с земными?
                • +6
                  Интересно, что будет если запустить в Венеру сверхмощной термоядерной бомбой?

                  Венериане в своём чатике:
                  "Интересно, а что будет если этот бестолковый спутник третьей планеты на неё уронить?
                  Может там потеплеет до приемлемого уровня?"

                  • 0

                    Или они верят в какого-нибудь бога Шлайбу с его дочерьми или сынами в виде газовых течений и знать не знают, что за небесами есть еще что-то.

                  • 0
                    В лучшем случае бомба сделает «воронку» в атмосфере. Даже очень мощная бомба вряд ли даст дырку больше 200 км в диаметре, так что то нужно искать другой путь.
                    • 0
                      Очень мощная это какая? Я не зря про отсутствие предела по мощности упомянул. Фантазировать так фантазировать.
                      • 0
                        Да и даже если и всего 200 км. Площадь воронки при диаметре 200 км ~ 3 тыс. км. Площадь поверхности Венеры — порядка полмиллиарда км². Значит понадобится около 170 тысяч самых мощных термоядерных бомб, взорванных равномерно по всей поверхности планеты одновременно. Уже вполне сравнимо с ядерным потенциалом времён холодной войны.
                        • 0
                          Не следует забывать, что КПД каждой следующей бомбы будет падать. Но если равномерно расположить и взорвать все бомбы одновременно… Вот ещё узнать как сама планета отреагирует (думаю «лопнет»).
                          • 0
                            Во всех этих теориях про бомбы следует учитывать гидроудар в сверхкритической жидкости и её закипание.
                          • 0
                            Не следует забывать, что не все 100% запусков с земли проходят успешно.
                            Идите вы со своей идеей :)
                            • +1
                              И что с того? Что случается с КК «Союз» в случае невыхода на орбиту? Вот именно.
                              И что такое предохранительно-исполнительный механизм в боевой части боеприпаса, Вы, очевидно, тоже не слышали.
                              • 0
                                Расскажите пожалуйста, как будет работать предохранительно-исполнительный механизм в нашем случае если ракета носитель начнет взрываться, а у вас огромная масса обогащенного урана в качестве груза, который в общем то взрывается даже сам по себе?
                                Какой процент успешности у вашего ПИМ при условии, что не-успех означает вероятно гибель всей планеты Земля?
                                • +1
                                  огромная масса обогащенного урана

                                  Вы давно последний раз слышали об урановых бомбах?

                                  который в общем то взрывается даже сам по себе?

                                  С чего бы ему взрываться самому по себе?

                                  если ракета носитель начнет взрываться

                                  ПИМ даже не будет задействован. Сработает САС и изделие спокойно приземлится. Будет, конечно, неудобно, если за рубежом. Этот случай требует отдельного согласования.
                                  • 0
                                    И часто ли спасали груз при неудачных запусках в космос?
                                    • +2
                                      Если САС была предусмотрена — всегда.
                                      • 0
                                        Конкретные примеры?

                                        Вот вам примеры неудачных запусков
                                        Можете описать работу САС например при взрыве носителя прямо на стартовой площадке?
                                        • 0
                                          Вот вам примеры неудачных запусков

                                          В каком из этих запусков вообще была САС?

                                          Можете описать работу САС например при взрыве носителя прямо на стартовой площадке?

                                          Легко. Включаются ракетные двигатели САС, головной обтекатель вместе с КА уводится на высоту, достаточную для срабатывания парашютной системы, затем КА отделяется от головного обтекателя и вводит парашюты.
                                          • +2
                                            Вот вам примеры неудачных запусков


                                            Флопник — САС не было

                                            24 октября 1960 года на космодроме Байконур проводилась подготовка испытательного запуска баллистической ракеты Р-16 — САС не было, испытывалась боевая ракета, не понимаю, к чему она

                                            Маринер-1 — САС не было

                                            Катастрофа Н-1 — САС не было, КА тоже не было — испытательный пуск ракеты, опять-таки мимо

                                            Катастрофа на космодроме Плесецк 18 марта 1980 года — опять-таки САС не было, «Восходы» не имели САС.

                                            Чудесное спасение из огненной ловушки «Союз Т-10-1» — САС была и она сработала, аппарат с космонавтами спасён.

                                            Катастрофа «Челленджера» — САС не была рассчитана на аварию на начальном этапе старта. Это фатальный недостаток Спейс-Шаттл.

                                            Сичанская трагедия «Великий поход-3B» — САС не было.

                                            Всего лишь кусок пены Колумбия — САС не рассчитана на аварию на некоторых этапах посадки. Опять-таки родовой недостаток Спейс-Шаттл. Это пример неудачной посадки, а не запуска, непонятно, к чему он здесь.

                                            Катастрофа на космодроме Алкантара — САС не было.

                                            Бонусом — Союз-18-1 — пример спасения аппарата при невыходе на орбиту.
                                            • 0
                                              Вывод: никакая САС не дает 100% гарантии.
                                              А значит запускать оружие которое может в случае неудачи создать глобальную катастрофу — с земли — нельзя. О чем собственно я вам и объясняю.
                                              Можно собрать бомбу на орбите и оттуда запустить, но никак не с земли.
                                              • +2
                                                Вывод: никакая САС не дает 100% гарантии.

                                                Из чего же Вы сделали этот вывод? Из того, что в 100% аварийных случаев она спасла корабль, а самих аварийных случаев с оборудованными ей аппаратами было два за полвека?

                                                О чем собственно я вам и объясняю.

                                                А я Вам объясняю, никакое оружие при нештатной работе не может создать глобальную катастрофу. Даже в случае неуправляемого падания на землю, без правильной работы ПИМ, со всеми промежуточными ступенями, боеприпас не взорвётся.

                                                Можно собрать бомбу на орбите и оттуда запустить

                                                Это будет опаснее. Потому что заводского качества производства на орбите не достичь. БЧ в любом случае должна быть произведена на земле.
                                                • –2
                                                  Надеюсь с вашими убеждениями вас не допустят до принятия решений.
                                                  • 0
                                                    А рациональные возражения последуют? Я руководствуюсь не убеждениями, а знаниями, чего и Вам желаю.
                            • 0
                              Комету подходящую найти, подкорректировать траекторию и уронить.
                          • +4

                            Даже как-то обидно, что изучение Венеры немного забросили в последние десятилетия. Понятно, что её исследовать сложнее, чем Марс. Но даже с практической точки зрения, изучение таких далёких от привычных нам земных условий даст толчок к материаловедению, геологии, решит кучу инженерных проблем (здесь рекомендую погуглить "сопутствующие открытия" и узнать о том, что зачастую они обходятся значительно дешевле, нежели целенаправленный поиск в рамках прикладных наук). К тому же это более challengable, и даст новый виток космической романтики мальчишкам и девчонкам XXI века.

                            • +1
                              Ну и кому нужна ваша романтика?
                              Вспомните слова предыдущего министра образования.
                              «Это в СССР воспитывали человека-творца. Наша задача воспитать грамотного потребителя».
                              • 0
                                Займусь неблагодарным делом, отвечу на риторический вопрос: она нужна моим и вашим детям и внукам. И только дети могут массово её воспринять. А тех, кто воспринял, когда они вырастут, эта романтика будет мотивировать работать гораздо сильнее, чем атрибуты социального статуса.
                                • +1
                                  Если вы не поняли, мой комментарий — это ирония. Грустная.
                            • +2
                              то можно попробовать воссоздать климатические условия в лаборатории НАСА.
                              Я надеюсь, что эта лаборатория не планета Земля.
                              • 0
                                У вас есть другая доступная планета для НАСА?
                                • 0
                                  Было бы лучше, чтоб лаба была локальной, а не глобальной.
                                  • 0
                                    Не это, пожалуй, не так интересно)
                              • 0
                                Нижний слой облаков с серной кислотой заканчивается на высоте около 48 км. Там температура и давление примерно соответствуют температуре и давлению на поверхности Земли.
                                интересно, как это устроено термодинамически? Сверху печёт, снизу печёт, причём конкретнейше — а тут прохладно. Куда теплосброс идёт, за счёт чего охлаждение?
                                Не, я конечно знаю про нашу атмосферу, и что на у нас на экваторе на 12км -95 бывает (М-55 как-то измерил) — но там теплосброс идёт ИК-излучением в открытый космос с высот, где уже нет водяного пара — основного парникового газа,, а тут как?
                                • +3
                                  Просто не так уж и сильно печёт — равновесная температура на Венере всего лишь на 17% выше земной.
                                  Весь нагрев на поверхности — из-за парникового эффекта (когда эта зона с равновесной температурой формируется в атмосфере, из-за её непрозрачности в определённых диапазонах)
                                  • +1
                                    Там печет по-разному; сверьху печет солнце а внизу именно сам «воздух» горячий.

                                    Тут просто есть один хитрый неочевидный момент, а именно, обычно когда физики-метеорологи говорят о температуре атмосферы или даже «температуре поверхности» как то температура «поверхности земли», имеется ввиду температура именно воздуха самого по себе, или в случае поверхности — температура приповерхностного слоя воздуха (условно-традиционно замеряемого на высоте 2м над землей); {может кроме случая простых одно-двуслойных, одномерных моделей (которые обычно приводятся для объснения ПЭ «на пальцах») — там мне немного непонятно каким образом они проводят параллели между температурой поверхности в модели (которая есть именно что температура тверди) и температурой приповерхностного слоя воздуха взятой на некой условной фиксированной высоте, которую собственно всегда измеряют, и о которой говорят в контексте погоды и климата. Однако, на венере солнечного излучения до поверхности доходит совсем мало а ПЭ сильный так что наверное большой разницы нету.}

                                    На венере то же самое — температура -50*С на высоте в сколько-то там километров — это именно температура находящегося там венерианского воздуха а не температура которую покажет градусник туда помещенный — он скорее всего покажет куда больше (как и больше почувствует человек туда помещенный) т.к. его подогреет солнцем, или с другой стороны, если солнце будет низко над горизонтом то меньше — охладится в космос.
                                  • –2
                                    я извиняюсь конечно, но похоже авторы «исследования» не знают физики вообще! «Критическая» температура СО2 303К, выше этой температуры может существовать ТОЛЬКО «перегретый пар», он-же обычный газ. ВНЕ ЗАВИСИМОСТИ ОТ ДАВЛЕНИЯ! И тут они «ВНЕЗАПНО» пишут, что при температура 700_ екльвинов МОЖЕТ существовать критическая «жидкость» из СО2! По сути это как сказать, что в баллоне с кислородом не газ, а «критически жидкий кислород» :) А что? Всё как на поверхности Венеры — давление запредельное, температура в два раза выше критической температуры для данного «газа»…
                                    • +1
                                      Если давление также выше критического, то это уже не перегретый пар, а сверхкритическая жидкость.
                                      • +1
                                        нда. А ведь вроде у нас в школах физику ещё нормально учат…
                                        По сути — «сверхкритическая жидкость» пришла к нам из-за бугра(не очень удачный перевод слова «флюид»). И по нормальному обычно говорят — «выше критической точки ЖИДКОЙ ФАЗЫ НЕТ»
                                        Там есть «нечто», очень нагретое и очень сжатое. Нечто близкое к насыщенному перегретому пару. Который сколько ни сжимай — жидкость не получить.
                                        • +1
                                          Это Вы придираетесь к терминологии. Вас гипнотизирует слово «жидкость», поэтому Вы думаете, что речь идёт о жидкой фазе.
                                          • –1
                                            Хм. А вообще думал что физика — точная наука ;) И уж в чём чём — в терминологии там всё должно быть чётко. И желательно без всяких надмозгов и «выдумок» типа «слой сверхкритической жидкости».
                                            И про жидкость думаю не я, а создатели сего «исследования», причём спустя более 32 лет после получения данных :) Сразу видно — «грантоеды» существуют не только у нас(и в Великобритании) :D
                                            • +1
                                              Куда уж точнее. Жидкость — это одна фаза. Сверхкритическая жидкость — другая. То что в оба термина входит слово «жидкость» — никакой роли не играет. Вы ещё по буквам термины разобрать предложите.
                                              Впрочем, вы уже и до этого дошли, если пишете «критическая жидкость».
                                          • 0
                                            Сверхкритические жидкости есть, как метастабильное состояние — но переходящие в стабильное от любого чиха.
                                            Так что тут просто неправильное употребление термина.
                                            • 0
                                              В Википедии «supercritical fluid» перевели как «сверхкритическая жидкость». Это ошибка перевода?
                                              • 0
                                                Скорей да. «fluid» гораздо более широкое понятие чем «жидкость», он от «fly» происходит
                                                Вот было бы там «liquid»…

                                      Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.