Если ученые утверждают, что атмосфера земли, притягивается Землей, то прошу ответить! Почему планета Венера в 100 раз сильнее притягивает свою атмосферу? (Вопрос из комментария) [1]

Очевидно, такой вопрос задают не только любители физики, но и сами ученые, занимающиеся исследованием Венеры. Но они публично не ставят такой вопрос, т.к. за ним должно следовать объяснение, а его нет. С помощью данной статьи я попытаюсь дать ответ на поставленный вопрос.

Венера планета самая близкая к Земле, не только по расстоянию, но и по геометрическим параметрам, именно поэтому ее называют сестрой Земли. Несмотря на близость, это труднодоступный космический объект для изучения. Первая попытка советского космического аппарата «Венера-4» достичь поверхности Венеры была безуспешной, зонд был раздавлен плотной атмосферой на высоте 28 км от поверхности. Такую же участь постигли «Венера-5 и 6» [2]. На основе полученных данных была полностью пересмотрена модель атмосферы Венеры, особенно ее давления у поверхности, которое близко к 100 атм. Был спроектирован новый ряд межпланетных станций, первой из них «Венеры-7» успешно опустилась на поверхность Венеры и проработала 23 минуты. Были переданы данные о составе атмосферы, температуре поверхности и изменении давления при спуске. Исследования продолжились, с помощью «Венеры-9» и «Венеры-10» в 1975 году были получены первые фотографии поверхности Венеры. «Венера-9» проработала 53 мин благодаря охлаждению и системе распределения жидкости.

Рис. 1. Первые снимки поверхности Венеры.

В 1982 году были получены цветные изображения ландшафта Венеры, которые были отправлены «Венера-13», а также был произведен забор грунта и его рентгеновский анализ. Зонд проработал более двух часов, вместо запланированных 30 мин. [3].

Безусловно, это были выдающиеся достижения советской науки, которые и по сей день остаются непревзойденными. До первых фотографий Венеру представляли как тропическую планету с обилием пышной растительности и присутствием на ней экзотических животных, похожих на динозавров. Это был настоящий разгул писательских фантазий, но с полученным первым снимком, все закончилось. Адская температура, пустынный ландшафт и плотная сернокислая атмосфера удивили и поразили всех.

Масса атмосферы в 105 раз больше, чем атмосфера Земли. Давление на поверхности в 93 раза больше, чем давление на Земле, равносильно погружению на километровую глубину в пучину океана. Температура 737 K (464 ^oC) [4]. В начале 90-х американской станцией «Магеллан» была выполнена радиолокационная съемка всей поверхности планеты. С 2006 г. исследования Венеры были продолжены европейской станцией Venus Express, которая провела детальное изучение венерианской атмосферы ее облаков и поверхности. Работа аппарата была прекращена в 2015 году.

Несмотря на полученные результаты исследований, Венера остается одной из самых загадочных планет солнечной системы, многие загадки ставят ученых в тупик.

• Ретроградное вращение вокруг своей оси,
• молодой ландшафт планеты,
• причины ураганных ветров,
• неуловимые молнии,
• воротниковые облака,
• атмосферное давление выше земного в 93 раза!

В объеме данной статьи попробуем кратко разобраться с указанными загадками.

Современная наука считает, что Венера молодая планета. Иногда к молодым относят и Меркурий. Даже есть гипотеза, по которой Меркурий якобы когда-то являлся спутником Венеры. Судя по количеству кратеров на поверхности Меркурия, эту планету вряд ли стоит относить к молодым. Вот на Венере весьма малое число ударных кратеров, что и является косвенным подтверждением ее молодости. На планете не обнаружено следов движения тектонических плит. Аналитики оценивают ее возраст приблизительно 500-700 миллионов лет. Мне кажется, что аналитики в данном случае не совсем правы. Слишком мал возраст для почтенной планеты, несмотря на то, что внешние признаки указывают на ее молодость. Но есть существенные противоречия, которые не увязываются с указанным возрастом.

• Как могла родиться планета, 500 млн. лет назад, когда протопланетное вещество уже было разобрано?
• Как молодая планета могла встать точно на круговую орбиту, эксцентриситет равен 0,0068, самый маленький среди всех планет?
• Кто и каким образом сориентировал ось вращения почти перпендикулярно плоскости орбиты вращения вокруг Солнца; отклонение от вертикали составляет 3,4º.

Возраст Венеры

Методом зондирования было установлено, что поверхность Венеры достаточно молодая, ее ландшафт существенно отличается от других планет и спутников. Есть гипотеза, что «около 500 млн. лет назад древняя поверхность Венеры была "погребена" под вулканическими выбросами» [5].

Последние исследования космического аппарата ЕКА Venus Express говорят о том, что имеются значительные изменения в количестве диоксида серы в атмосфере планеты. Увеличение концентрации сернистого газа говорит о том, что на Венере могут извергаться вулканы и сегодня [6]. С помощью инфракрасной спектроскопии, были выявлены геологические поднятия с повышенной температурой, потенциальные вулканы.

Около 500 млн. лет назад, а возможно и раньше, произошло основательное обновление ландшафта. В этот период произошла катастрофа, когда планета столкнулась с огромным астероидом. При ударе выделилось столько энергии, что кора Венеры практически расплавилась, Об этой катастрофе напоминают лавовые равнины (90%) на ее поверхности. Кроме этого из недр планеты выделилось огромное количество газов углерода, азота, сернистых соединений и других продуктов, которые окутали ее в виде плотной атмосферы, возник парниковый эффект. С этого момента планета практически потеряла осевое вращение, а ее ось встала почти перпендикулярно плоскости орбиты. Наступила новая эра в развитии Венеры.

Ураганные ветры Венеры

Рис. 2. Снимок сделан в ультрафиолетовом свете зондом «Пионер-Венера1» в 1979 г.

Цитата: «О нерешённых проблемах, связанных с атмосферой планеты, высказался сотрудник Института исследований Солнечной системы общества Макса Планка (ФРГ) Дмитрий Титов: «Практически вся её атмосфера вовлечена в один гигантский ураган: она вращается вокруг планеты со скоростью, достигающей 120-140 метров в секунду у верхней границы облаков. Мы пока совершенно не понимаем, как это происходит и что поддерживает это мощнейшее движение» [7].

Прежде чем дать ответ на причину быстрого вращения верхней части атмосферы Венеры, кратко обозначим ее состав. Атмосфера Венеры состоит из углекислого газа и азота, противоположна в процентном содержании земной (углекислый газ 96%, азот 4%), присутствуют следы кислорода и водяного пара (0.1% и 0.02%). Атмосфера простирается до высоты 250 км. Почему такое огромное количество углекислого газа? Это объясняется тем, что на Венере нет флоры, которая перерабатывала бы его в биомассу [8].

Прочел одну фразу в Википедии: «Несмотря на медленное вращение планеты, перепада температур между дневной и ночной стороной планеты не наблюдается — настолько велика тепловая инерция атмосферы» [9]. Полагаю, что слова «медленное» и «перепад температур не наблюдается», сбивают мысли ученых об источнике ураганных ветров в атмосфере Венеры. Откуда возникла такая предвзятая мысль? Я провел маленькое исследование: вбил данную фразу в поисковик Google, который мне выдал 886 сайтов. После чего я перелистал 10 страниц, а это 100 сайтов, и в каждом из них слово в слово повторялась данная фраза. Вот так пишутся статьи, рефераты и диссертации.

Но вернемся к ураганным ветрам. Казалось бы, если температура одинаковая с солнечной и теневой стороны, то откуда могут возникнуть разности давлений, по причине которых и существуют эти ураганы и так ли это на самом деле?

Обратимся к рисунку 2. В центральной части контрастно просматриваются границы неправильного треугольника АВС. Такая картина просматривается и на других снимках, выполненных в ультрафиолете. На рис. 1b я вычленил эту фигуру, своеобразный Бермудский (венерианский) треугольник, расположенный на всем полушарии. На снимке также четко просматривается створ, образованный двумя кривыми DE и FG, на севере и юге просматриваются еще несколько граничных кривых.

Проанализируем данный снимок. Контрастный, темный цвет треугольника явно указывает на границы перемещения воздушных масс, притом темные вкрапления говорят о примесных частицах – пыли и аэрозолей. На поверхности ветер слабый, в среднем от 0,3 до 1,0 м/с, но в условиях плотной атмосферы этого достаточно, чтобы поднимать тонкокодисперсную пыль. Поскольку основная масса этих частиц находится в конусе створа линий DE и FG, то это говорит об их поднятии из низлежащих слоев атмосферы, что может быть подтверждением вертикального и горизонтального перемещения воздушных масс. Теперь зададимся вопросом, какие причины могут вызвать восходящие и горизонтальные потоки на огромном пространстве? Причина одна, над данными территориями пониженное давление. Понятно, что основной причиной разрежения является нагрев дневной стороны Солнцем.

На Венере день и ночь весьма продолжительны (121,5 земных суток), то перепад температур и давлений в верхних слоях атмосферы также весьма существенный. Перегретая атмосфера расширена, давление в ней понижено, и в эту обширную область интенсивно затягивается более холодная атмосфера теневой стороны. Причем, на востоке она опускается вниз в виде огромного рукава, зажатого с севера и юга воротниковыми облаками.

Вот по этой причине возникает ураганный ветер, который постоянно курсирует в верхних слоях атмосферы с востока на запад со скоростями до 100-140 м/с. Такое явление характеризуется, как супер ротация атмосферы.

Спектрофотометрический анализ показывает, что на высоте 50-70 км основная часть солнечного излучения поглощается атмосферой. Именно на данных высотах и вращается атмосфера Венеры. Это и есть тот генератор, поддерживающий конвективные, турбулентные перемещения и вращение атмосферы с периодом около 4 земных суток.

Воротниковые облака

Воротниковые облака – это чисто венерианское происхождение. Воздушные массы движутся не только в восточном направлении, но и в направлении полюсов. Воздушные массы теплой атмосферы тропиков, сталкиваясь с более плотной и холодной атмосферой полюсов, создают фронты конденсации серной кислоты и какой-то части паров воды и других соединений, в результате возникают мощные облака. Эти облака как воротник «жабо» опоясывают приполярные области. Часть теплого воздуха проникает и на полюса, где формируются огромные вихри. Такие вихри были запечатлены зондом «Magellan».

Судя по информации Европейского Космического Агентства, вращение Венеры замедляется. Как заметил Hakan Svedhem учёный проекта Venus Express: «спектрометр VIRTIS, расположенный на борту Venus Express, обнаружил, что исследуемые объекты рельефа были сдвинуты на 20 километров относительно того места, где ожидалось их появление согласно расчётам по данным космического корабля Magellan» [4].

Возможно движение «против всех» Светилу не нравится, поэтому не исключена остановка вращения Венеры, но закрутка в другую сторону уже не получится, гравитационное взаимодействие с Солнцем не позволит этого сделать.

«Электрический дракон Венеры» или неуловимые молнии Венеры

До сего времени на Венере не обнаружены молнии. Несмотря на то, что космические аппараты постоянно фиксируют грозовые разряды в атмосфере планеты, но световую вспышку еще ни разу не удалось зафиксировать.

Первым аппаратом, оповестившим, что на Венере существуют грозовые разряды, была советская станция «Венера 2», обнаружившая их как помехи в радиопередаче. Это явление получило название «электрический дракон Венеры». Станция «Венера-11» в 1978 г. зарегистрировала в атмосфере планеты 25 ударов молнии в секунду. После этой экспедиции ученые начали искать ответ, почему венерианские грозы происходят чаще земных, но прямого, визуального, фотографического засвидетельствования еще не было. Почему?

На мой взгляд, причина кроется не только в плохой видимости из-за плотных облаков, но и в длительности происходящего явления. Если на Земле мы регулярно наблюдаем извивающиеся молнии, проскакивающие на расстояния нескольких километров, то на Венере молнии в разы короче. Если учесть скорость распространения электрического разряда одинаковой на Земле и на Венере, то короткая молния выделит меньше света. На Венере молнии очень короткие и выделяют в разы меньше света, плюс не прозрачная и плотная атмосфера – вот по этой причине они до сих пор не зафиксированы ни одной камерой спутников.

Причина короткоживущих молний на Венере в плотности атмосферы. При огромной плотности столкновения частиц и молекул происходят во много раз чаще. Отсюда электрический трибозаряд возникает чаще, накапливается быстрее и на гораздо меньшем расстоянии. Кроме того, посредников для передачи (замыкания) разнополярных зарядов в соответствующее количество раз больше, плюс высокая температура. Все вышеперечисленные факторы указывают на то, что на Венере молнии во много раз короче и слабее (по количеству световой энергии), чем на Земле, но возникают чаще.

Венерианские молнии из-за отсутствия воды, набирают электрический заряд быстрее. Благодаря «сухости» и плотности атмосферы значительная разность потенциалов возникает на небольших расстояниях, порядка нескольких десятков метров, после чего происходит пробой. В некоторых случаях длина молнии может достигать и сотен метров. Сравните на Земле, молнии не бывают короче нескольких сот метров.

На Венере могут быть даже совсем не протяженные, линейные разряды, а очаговые, локально замкнутые.

Аналогичные разряды молний возникают и на планетах гигантах – Юпитере, Сатурне и Уране.

Для обнаружения молнии на Венере необходимо в прямом смысле с ней повстречаться, только тогда камера может зафиксировать след электрического разряда. Возможно, исследователям в будущем повезет больше, чем их предшественникам, для этого необходимо устраивать специальные охоты на известное – неизвестное явление венерианской природы! Единственное препятствие – это слишком дорогая охота.

Магнитное поле планеты

У Венеры жидкое ядро и расплавленная магма. Несмотря на признаки, похожие на земные, у нее отсутствует дипольное магнитное поле. Ученых, стоящих на позициях генерации магнитного поля в ядре методом электромагнитного динамо это озадачивает. Моя позиция в данном вопросе однозначна, электрический ток возникает на границе расплава мантии и коры. Поскольку Венера практически лишена осевого вращения, то расплавленная мантия не перемещается, она статична относительно коры, поэтому не возникают и электрические токи, соответственно и нет дипольного магнитного поля.

Откуда давление?

В 1970 году станция «Венера 7» впервые передала данные о давлении атмосферы на поверхности Венеры. Давление оказалось в 93 раза выше земного. Перед этой экспедицией несколько аппаратов были раздавлены, не долетев до поверхности.

Напрашивается вопрос: откуда такое огромное давление атмосферы, когда ускорение свободного падения равно 8,87 м/с² (0,904 g), меньше чем на Земле? Соответственно, отсюда вытекает логический ответ: притяжение на Венере должно быть гораздо больше земного! Это притом, что объем и масса Венеры несколько меньше Земли. Венера, также как Меркурий, Марс и другие планеты не хочет подчиняться закону всемирного тяготения! Получается, что физические параметры Венеры подсчитаны неверно!

Считается, что на Венере такая же сила притяжения, как на Земле. Вот по этой характеристике я не соглашусь с уважаемыми учеными.

На вопрос читателя с форума, который является эпиграфом данной статьи: «Почему планета Венера в 100 раз сильнее притягивает свою атмосферу?», мой ответ следующий:

1) температура поверхности Венеры превышает земную в 2,5 раза, отсюда сила тяжести существенно больше, чем на Земле;

2) значение гравитационной постоянной (энергетический коэффициент) должно быть гораздо больше,

3) однородность атмосферы.

Как было указано выше, температура у поверхности составляет 737 К при давлении около 93 бар. Как высокая температура поверхности может влиять на создаваемое давление? Только за счет излучения энергия поверхности передается атмосфере. Некоторые читатели привлекут для сравнения земные условия, когда при нагревании газ становится разреженнее и устремляется вверх, например, дым от костра. Со своей стороны могу добавить, что в некоторых случаях возникает «эффект плавучести» даже у твердых, массивных тел (см. статью: «Гравитационная температура» [10]). Данный эффект возникает из-за неоднородности нагретых газов или частей твердого тела.

На Венере весь газ разогрет примерно одинаково, что говорит о повышенной частоте электромагнитного излучения взаимного «общения» с поверхностью планеты. На моем сленге – это действие повышенной гравитации (ст.: «Атмосфера Земли»[11] и др.). Основными газами, составляющими атмосферу, являются двуокись углерода и азот, причем углекислый газ составляет 96,5%.

Однородность атмосферы говорит о ее равновесности, т.е. молекулы венерианской атмосферы движутся все, примерно, с одной скоростью. Это означает, что они притягиваются или падают на поверхность данной планеты с одним ускорением и не создают мощных, конвективных вертикальных потоков. Молекулы атмосферы, расталкивая друг друга, пытаются приблизиться к поверхности, но упасть на нее не могут, поскольку обладают определенными скоростями движения из-за той же самой гравитации [12]. Вторым моментом высокого давления является огромное количество газа (венерианская атмосфера превосходит земную в 105 раз). Плотность атмосферы у поверхности Венеры всего в 14 раз меньше плотности воды!

Уточним  физические параметры

Параметры (справочник):

R=1,08208930·10¹¹ м – большая полуось

M_V=4,8675·10²⁴ кг – масса

V=9,38·10¹¹ км³ (9,38·10²⁰ м³) – объем

r=6,0518·10⁶ м – радиус

ν=3,502·10⁴ м/c – орбитальная скорость

Θ=737 К – температура

Сила притяжения Венеры к Солнцу равна:

                                                                                                                                              (1)

Энергетический коэффициент G_SV (для Солнца и Венеры) будет равен:

                                                                                                                                              (2)

Заменим G на G_SV в законе всемирного тяготения и решим уравнение относительно массы Венеры. В расчете используем массу Солнца (M_S=1,922·10²⁹ кг) [13].

                                                                                                                                              (3)

Отсюда плотность ρ=M/V=4,53175·10²⁴/9,38·10²⁰ м³=4831,3 кг/м³                                 (4)

Найдем энергетический коэффициент для Венеры.

G_E=Θ/Θ _max=737/4,3924·10¹²=1,6779·10^-10                                                                         (5)

Найдем силу тяжести на поверхности Венеры.

                                                                                                                                              (6)

Подставим новые значения G_SV, массы Венеры в формулу закона всемирного тяготения.

                                                                                                                                             (7)

Для сравнения, сведем вновь полученные физические параметры и справочные параметры Венеры в таблицу.

Таблица 1

Венера	Масса, (кг)	Энергетический коэффициент, GE	Ускорение своб. падения, g (м/с2)	Плотность, ρ (кг/м3)
Параметры Новые	4,53175·1024	1,6779·10-10	20,761	4831
Параметры справочные	4,8675·1024	G (Нм2/кг2) 6,67·10-11	8,8867	5427

Вновь полученные данные массы, энергетического  коэффициента, силы тяжести и плотности расходятся со справочными. Масса и плотность несколько снизились, т.к. разогретая планета действительно должна иметь плотность меньше чем Земля. Зато энергетический коэффициент (2,5 раза) и сила тяжести (2,3 раза) существенно увеличились. Расхождения связаны с тем, что на поверхности Венеры высокая температура, поэтому сильно возрос энергетический коэффициент и, соответственно, сила тяжести, что и является основной причиной огромного давления на поверхности Венеры. Скорей всего средняя температура несколько завышена, вернее она отражает температуру на дневном полушарии. В разных источниках говорится, что температуры дневного и ночного полушарий мало отличаются, но я полагаю, что это не совсем так. Ночь на Венере длится 121 земных суток и за такое продолжительное время, несмотря на парниковый эффект, температура должна снижаться. На это косвенно указывают те самые ураганные ветры. Если бы не было разности давлений, а они возникают от разности температур, то не было и таких скоростных течений атмосферы. Насколько должна снижаться температура? Требуются дополнительные исследования и новые данные, после чего можно сделать более точный расчет.

P.S. Прямым доказательством того, что на Венере сила притяжения больше, чем на Земле является толщина атмосферного слоя. На Венере она достигает высоты 250 км, а на Земле простирается до 1300 км. Это притом, что масса Земли больше, сила тяжести больше, а атмосферу Земля отпускает в космические дали. Как такое может быть?

Давайте элементарно промоделируем, пусть Земля притянет свою атмосферу с такой же силой, что и Венера и увидим ее «немощность» против Венеры. Условная граница между атмосферой Земли и Космосом находится на высоте 100 км над уровнем моря, так называемая линия Кармана [14]. Сожмем всю атмосферу в 100 раз и выйдем на рубеж в 1 км. На высоте более 1 км наши самолеты уже не полетят. А если смоделируем по основной массе атмосферы, то получим… Основная масса атмосферы Земли по Куликову [15] находится в тропосфере (11-12 км) 75%, до 90 % в 16-ти километровом слое.

В венерианской тропосфере находится 90% всей массы, располагающейся в 28-ми километровом слое [16]. Поднимемся до 50 км, где давление в венерианской атмосфере в 100 раз меньше, и получим 5-ти километровый слой атмосферы на Земле, сжатый силой гравитации Венеры до 100 бар!

Отсюда напрашивается элементарный вывод, что ускорение свободного падения на Венере никак не может быть меньше, чем на Земле. По моим расчетам сила тяжести на Венере в 2,3 раза больше, чем на Земле – это минимум. Поэтому, килограммовая гиря на Венере будет весить не 880 грамм, как указывают источники, а 2,3 кг!

Источники

1. О реальных причинах изменения климата на Земле, (вопрос из комментария) / URL: http://2012over.ru/o-realnikh-prichinakh-izmenenija-klimata-na-zemle.html
2. Венера-4, Википедия/ URL: https://goo.gl/5puH3i
3. Комос-журнал, Венера-13 / URL: http://www.cosmos-journal.ru/articles/1351/
4. Venus Fact Sheet (факты о Венере) / URL: https://nssdc.gsfc.nasa.gov/planetary/factsheet/venusfact.html
5. Семенов С., Загадочная Венера обошлась без катастроф / URL: https://utro.ru/articles/2006/03/17/531196.shtml
6. Ученые получили новые доказательства активных вулканов на Венере, Security.ru / URL: http://cybersecurity.ru/space/165644.html
7. Атмосфера, Планеты земной группы / URL: http://sch1262.ru/planets/venera.html
8. Арт С., Фантазии о мироздании, Три грации солнечной системы, т.1, Киев, 2015
9. Венера, Википедия / URL: https://goo.gl/rrUJio
10. Ершов Г.Д., Гравитационная температура, Гравитация / URL: http://gennady-ershov.ru/na-zemle/gravitacionnaya-temperatura.html
11. Ершов Г.Д., Атмосфера Земли, Гравитация / URL: http://gennady-ershov.ru/na-zemle/atmosfera-zemli.html
12. Ершов Г.Д., Почему не падают облака, Гравитация / URL: http://gennady-ershov.ru/na-zemle/pochemu-ne-padayut-oblaka.html
13. Ершов Г.Д., Планеты земной группы, Гравитация / URL: http://gennady-ershov.ru/planety/planety-zemnoj-gruppy.html
14. Атмосфера Земли Википедия / URL: https://goo.gl/7MijST
15. Куликов К.А., Вращение Земли, «Недра», М. 1985.
16. Атмосфера Венеры, Википедия / URL: https://goo.gl/th70Zv
17. Chamberlain J., Theory of planeta atmospherees, Department of Space Science and Astronomy, Rice University, Houston, Texas, 1978 (Чемберлен Дж., Теория планетных атмосфер, (пер. с англ. Мулярчик Т.М., Семенов А.И.), Мир, М. 1981
18. Ершов Г.Д., Гравитация Земли. Фотонно-квантовая гравитация, «Scientific-Researches» №5 (5), 2016, с. 79-94 / URL: http://tsh-journal.com/wp-content/uploads/2016/11/VOL-1-No-5-5-2016.pdf

Назад  Вперед