Венера по деяким характеристикам дуже схожа на Землю. Однак ці дві планети мають і суттєві відмінності, обумовлені особливостями формування та еволюції кожної з них, і вчені виявляють все більше таких особливостей. Ми розглянемо тут детальніше один з характерних ознак – особливий характер магнітного поля Венери, але спочатку звернемося до загальної характеристики планети і деяких гіпотезах, які зачіпають питання її еволюції.
Венера в Сонячній системі
Венера – друга по близькості до Сонця планета, сусідка Меркурія і Землі. Щодо нашого світила вона рухається по майже круговій орбіті (ексцентриситет венеріанської орбіти менше, ніж земний) на відстані в середньому 108,2 млн км. Слід зазначити, що ексцентриситет – величина мінлива, і в далекому минулому він міг бути іншим внаслідок гравітаційних взаємодій планети з іншими тілами Сонячної системи.
Природних супутників Венера не має. Існують гіпотези, згідно з яким колись у планети був великий супутник, згодом зруйнований дією приливних сил або втрачений.
Деякі вчені вважають, що Венера зазнала зіткнення по дотичній з Меркурієм, в результаті чого останній був відкинутий на більш низьку орбіту. Венера ж змінила характер обертання. Відомо, що планета обертається дуже повільно (як, до речі, і Меркурій) – з періодом близько 243 земних діб. Крім того, напрямок її обертання протилежно такому у інших планет. Можна сказати, що вона обертається, як би перевернувшись вниз головою.
Основні фізичні риси Венери
Поряд з Марсом, Землею і Меркурієм, Венера належить до планет земної групи, тобто є порівняно невеликим скелястим тілом переважно силікатного складу. Вона схожа з Землею за розмірами (діаметр 94,9% земного) і масі (81,5% земного). Швидкість тікання на поверхні планети складає 10,36 км/с (на Землі – приблизно 11,19 км/с).
З усіх планет земної групи Венера має найбільш щільною атмосферою. Тиск на поверхні перевищує 90 атмосфер; середня температура близько 470 °C.
На питання, чи має Венера магнітне поле, існує наступний відповідь: власного поля у планети практично немає, але завдяки взаємодії сонячного вітру з атмосферою виникає «хибне», наведене поле.
Трохи про геології Венери
Переважна частина поверхні планети сформована продуктами базальтового вулканізму і являє собою сукупність лавових полів, стратовулканів, щитових вулканів та інших вулканічних структур. Ударних кратерів виявлено мало, і на підставі підрахунку їх кількості був зроблений висновок про те, що поверхня Венери не може бути старше півмільярда років. Ознаки тектоніки плит на планеті не простежуються.
На Землі тектоніка плит спільно з процесами мантійній конвекції служить головним механізмом тепловіддачі, але для цього потрібна достатня кількість води. Треба думати, на Венері через нестачу води тектоніка плит або припинилася ще на ранньому етапі, або взагалі не відбулася. Так що позбавлятися від надлишків внутрішнього тепла планета могла лише шляхом глобального надходження на поверхню перегрітого мантійного речовини, можливо, з повним руйнуванням кори.
Саме така подія могла мати місце близько 500 млн років тому. Не виключено, що в історії Венери воно було не єдиним.
Ядро і магнітне поле Венери
На Землі глобальне геомагнітне поле генерується завдяки динамо-ефекту, створюваного особливою структурою ядра. Зовнішній шар ядра розплавлений і характеризується наявністю конвективних струмів, які спільно з швидким обертанням Землі створюють досить потужне магнітне поле. Крім того, конвекція сприяє активній теплопередачі від внутрішнього твердого ядра, що містить багато важких, у тому числі радіоактивних елементів – основного джерела розігріву.
Судячи з усього, на сусідки нашої планети весь цей механізм не працює із-за відсутності конвекції в рідкому зовнішньому ядрі – ось чому у Венери немає магнітного поля.
Чому Венера і Земля настільки різні?
Причини серйозного структурного відмінності двох схожих по фізичним характеристикам планет поки що не цілком ясні. Згідно з однією з недавно побудованих моделей, внутрішня структура скелястих планет формується пошарово, у міру приросту маси, а жорстка стратифікація ядра перешкоджає конвекції. На Землі ж багатошарове ядро, імовірно, було зруйновано на зорі її історії, в результаті зіткнення з досить великим об’єктом – Тейей. Крім того, підсумком цієї колізії вважається виникнення Місяця. Приливне вплив великого супутника на земну мантію і ядро також можуть відігравати значну роль у конвективних процесах.
Інша гіпотеза припускає, що спочатку магнітне поле у Венери було, проте планета втратила його з причини тектонічної катастрофи або серії катастроф, мова про які йшла вище. Крім цього, у відсутності магнітного поля багато дослідників «звинувачують» занадто повільне обертання Венери і малу величину прецесії осі обертання.
Особливості венеріанської атмосфери
Венера має надзвичайно щільну атмосферу, що складається головним чином з вуглекислого газу з малою домішкою азоту, сірчистого ангідриду, аргону і деяких інших газів. Така атмосфера служить джерелом незворотного парникового ефекту, не дозволяючи поверхні планети скільки-небудь охолонути. Можливо, за стан атмосфери «ранкової зірки» також відповідальний вищеописаний «катастрофічний» тектонічний режим її надр.
Найбільша частина газової оболонки Венери міститься в нижньому шарі – тропосфері, що простягається до висот близько 50 км. Вище лежить тропопауза, а над нею – мезосфера. Верхня межа хмар, що складаються з діоксиду сірки і крапель сірчаної кислоти, знаходиться на висоті 60-70 км.
У верхніх шарах атмосфери газ сильно іонізується сонячним ультрафіолетом. Цей шар розрідженої плазми називається іоносферою. На Венері він розташований на висотах 120-250 км
Індукована магнітосфера
Саме взаємодія заряджених часток сонячного вітру і плазми верхньої атмосфери визначає, чи є магнітне поле у Венери. Силові лінії магнітного поля, несомого сонячним вітром, огинають венерианскую іоносферу і утворюють структуру, звану індукованої (наведеної) магнітосферою.
Ця структура має наступні елементи:
- Головний ударна хвиля, розташована на висоті приблизно третину радіуса планети. На піку сонячної активності область зустрічі сонячного вітру з іонізованим шаром атмосфери значно наближається до поверхні Венери.
- Магнитослой.
- Магнитопауза – власне межа магнітосфери, що знаходиться на висоті близько 300 км.
- Хвіст магнітосфери, де розтягнуті магнітні силові лінії сонячного вітру випрямляються. Довжина магнитосферного хвоста Венери складає від одного до декількох десятків радіусів планети.
Хвіст характеризується особливою активністю – процесами магнітного перез’єднання, провідними до прискорення заряджених частинок. У полярних областях в результаті перезамыкания можуть формуватися магнітні джгути, подібні до земних. На нашій планеті перезамыкание магнітних силових ліній лежить в основі явища полярних сяйв.
Тобто Венера має магнітне поле, що формується не внутрішніми процесами в надрах планети, а впливом Сонця на атмосферу. Це поле дуже слабке – інтенсивність його в середньому у тисячу разів слабкіше, ніж у геомагнітного поля Землі, однак воно відіграє певну роль у процесах, що протікають у верхній атмосфері.
Магнітосфера і стійкість газової оболонки планети
Магнітосфера екранує поверхню планети від впливу енергійних заряджених частинок сонячного вітру. Вважається, що наявність достатньо потужної магнітосфери зробило можливим виникнення і розвиток життя на Землі. Крім того, магнітний бар’єр в деякій мірі перешкоджає «здування» атмосфери і сонячним вітром.
В атмосферу проникає також іонізуючий ультрафіолет, не затримуваний магнітним полем. З одного боку, завдяки цьому виникає іоносфера і формується магнітний екран. Але іонізовані атоми можуть залишати атмосферу, потрапляючи в магнітний хвіст і прискорюючись там. Це явище носить назву утікання іонів. Якщо швидкість, що купується іонами, що перевищує швидкість утікання, планета інтенсивно втрачає газову оболонку. Таке явище спостерігається на Марсі, що характеризується слабкою гравітацією і, відповідно, малою швидкістю втечі.
Венера з її потужною гравітацією ефективніше утримує іони своєї атмосфери, так як їм потрібно набрати велику швидкість, щоб покинути планету. Наведене магнітне поле планети Венера недостатньо потужно для істотного розгону іонів. Тому втрата атмосфери тут далеко не так значна, як на Марсі, незважаючи на те, що інтенсивність ультрафіолетового випромінювання набагато вище внаслідок близькості до Сонця.
Таким чином, індуковане магнітне поле Венери – це один з прикладів складного взаємодії верхньої атмосфери з різними видами сонячного випромінювання. Спільно з гравітаційним полем воно є фактором стійкості газової оболонки планети.
