Даже в самом слабом свете Венера всегда затмевает все остальные звезды и планеты, видимые с Земли, а то и больше!
Ключевые выводы
- Несмотря на то, что это вторая планета от Солнца, Венера не только самая горячая планета в Солнечной системе, но и самый экстремальный мир в наших окрестностях по многим параметрам.
- Если бы на Венере все пошло немного иначе, она могла бы стать обитаемым, похожим на Землю миром, а если бы Земля пошла немного по-другому, возможно, мы стали бы как Венера.
- Вместо этого Венера является самой яркой планетой, если смотреть с обитаемой Земли, и ни одна другая звезда или планета не может сравниться с ней.
Если вы вставали рано и смотрели на небо на востоке перед восходом Солнца, вы, возможно, заметили, что есть одна светящаяся точка, которая затмевает все остальные не только вокруг нее, но и во всем мире. небо. Эта точка - планета Венера, планета настолько яркая и светящаяся, что затмевает все другие объекты на ночном небе, кроме Луны. Любая другая звезда и планета бледнеют по сравнению с Венерой, если смотреть с Земли, и это независимо от того, находится ли Венера ближе всего к Земле или дальше всего от Земли на своей орбите.
На приведенной выше фотографии показана Венера рядом с Марсом - «самостоятельная яркая планета », - как она появилась во время соединения 12 июля 2021 года. В тот момент Венера казалась примерно в 200 раз ярче Марса, или почти шесть полных астрономических величин: равна разнице яркостей между Полярной звездой и планетой Нептун. Хотя ее постоянная яркость, пожалуй, самая примечательная особенность Венеры, это не просто самая яркая планета, которую мы можем видеть с Земли, а скорее экстремальная, замечательная планета во многих отношениях. Вот что придает Венере ее замечательный, уникальный статус в Солнечной системе.
Богатая облаками атмосфера Венеры лежит высоко над плотным, толстым, чрезвычайно горячим поверхностным слоем. Нижние облачные покровы не начинаются, пока вы уже не подниметесь на десятки километров, и сохраняются в нескольких слоях до самой высокой дымки на высоте ~ 90 километров. Эти облака, состоящие в основном из серной кислоты, пожалуй, самая поразительная особенность атмосферы Венеры.
1.) Атмосфера Венеры Каждая планета Солнечной системы подвержена нескольким различным эффектам: гравитационное притяжение массы внутри планета, с одной стороны, и частицы и излучение, испускаемые Солнцем, с другой стороны. Эти два явления противоречат друг другу, когда дело доходит до атмосферы планеты: солнечный ветер и радиация работают, чтобы лишить планету атмосферы, в то время как гравитационное притяжение планеты работает, чтобы вырастить планету на ранних стадиях формирования и удержать как можно больше. его атмосферы как можно дольше позже.
Хотя Меркурий был достаточно близок к Солнцу и достаточно мал, чтобы его атмосфера была полностью лишена давным-давно, Венера была дальше и более массивна, и ей удавалось удерживать свои более массивные молекулярные частицы, особенно его углекислый газ. Предполагается, что давным-давно на Венере имел место безудержный парниковый эффект, что привело к ее плотной, густой, горячей атмосфере, в которой преобладали облака углекислого газа и серной кислоты.
Верхние слои атмосферы Венеры ионизируются из-за солнечного излучения, и этот ионизированный слой, а также магнитное поле, возникающее в результате движения заряженных частиц внутри него, защищает остальную часть Венеры от солнечной радиации. эффекты: подобно тому, как магнитное поле Земли защищает атмосферу нашей планеты. Однако эта защита не распространяется на все; более легкие виды газов - включая водяной пар - постоянно уносятся солнечным ветром и видны в хвосте магнитосферы Венеры.
Инфракрасный снимок ночной стороны Венеры, сделанный космическим кораблем Акацуки. Ее яркость выше, чем у любой другой планеты, видимой с Земли, и она приближается к нашему миру ближе, чем любая другая планета. При ближайшем рассмотрении она кажется самой большой на небе из всех планет; на самом дальнем плане многие другие планеты могут казаться больше. Однако Венера всегда самая яркая.
2.) Облака Венеры Многочисленные толстые слои сернокислотных облаков играют огромную роль в том, что Венера доходит до крайностей. В то время как на Земле нагревают нашу планету прежде всего парниковые газы в нашей атмосфере газы, такие как водяной пар, углекислый газ и метан, которые прозрачны в оптическом диапазоне, но поглощают и переизлучают свет в инфракрасном диапазоне облака Венеры являются основными теплоулавливающий агент на нашей сестринской планете. На Земле на облака приходится только около 25% тепла, удерживаемого на нашей планете; на Венере - более 90%.
Кроме того, облака как на Земле, так и на Венере обладают высокой отражательной способностью, но Земля всегда только частично покрыта облаками, и многие облака Земли представляют собой тонкие высокие перистые облака, которые отражают только ~ 10% падающий солнечный свет, в отличие от густых низких слоисто-кучевых облаков, которые могут отражать около 90% света. Венера, напротив, имеет несколько слоев облачных покровов, охватывающих высоту около 20 километров, так что 0% поверхности видно из космоса в любое время, в отличие от примерно 50% для планеты Земля. Этот облачный покров также играет жизненно важную роль в яркости Венеры, видимой с Земли.
Спускаемые аппараты Советского Союза серии «Венера» - единственные космические аппараты, которые когда-либо совершали посадку и передавали данные с поверхности Венеры. Самый долгоживущий из всех посадочных модулей превысил двухчасовую отметку, прежде чем инструменты перегрелись и контакт был потерян. На сегодняшний день ни один космический аппарат не продержался дольше на поверхности Венеры, где температура достигает 900 градусов по Фаренгейту (482 C).
3.) Температура Венеры Хотя Венера находится почти в два раза дальше от Солнца, чем Меркурий, и получает только около 29% излучения - на единицу площади, которую получает Меркурий, Венера, а не Меркурий, является самой горячей планетой Солнечной системы. В то время как Меркурий, практически безвоздушный мир, может нагреваться до 427 ° C (800 ° F) на полном Солнце, а его ночная сторона может опускаться до -180 ° C (-290 ° F), Венера постоянно остается между 440-440 ° F. 480 ° C (820-900 ° F): всегда горячее, чем Меркурий в его самом горячем состоянии.
В то время как парниковый эффект Земли увеличивает температуру нашей планеты только примерно на 33 °C (59 °F), эффект Венеры огромен, увеличивая ее температуру примерно на 450 °C (810 °F) по сравнению со сценарием, в котором она совершенно безвоздушный мир. На поверхности Венеры всегда достаточно жарко, чтобы расплавить свинец; наши самые долгоживущие посадочные модули проработали менее 3 часов после приземления на поверхность. Хотя поверхность Венеры может быть самым адским местом в нашей Солнечной системе - во многих отношениях даже более экстремальным, чем вулканическая поверхность спутника Юпитера Ио - примерно в 60 километрах выше, она удивительно похожа на Землю. С такими же давлением и температурой, как и на поверхности Земли, Венера, возвышающаяся над вершинами облаков, может уже быть домом для простых, но выносливых микробных форм жизни.
Семь внеземных планет Солнечной системы: Меркурий, Венера, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун, с точными размерами, видимыми с Земли, но с отрегулированной яркостью. Сатурн во много раз слабее Юпитера, несмотря на то, что у него почти такой же размер и почти такая же отражательная способность: функция его гораздо большего расстояния как от Солнца, так и от Земли. Между тем Венера в 63 000 раз ярче самой тусклой планеты, Нептуна.
4.) Отражательная способность Венеры. Вот тут-то и начинается самое интересное. У каждого объекта в Солнечной системе есть то, что известно как альбедо: мера того, насколько отражающей является его поверхность. Есть два типа альбедо, о которых говорят ученые:
альбедо Бонда, которое представляет собой отношение общего отраженного излучения к общему приходящему (солнечному) излучению, и
Геометрическое альбедо, которое показывает, сколько света фактически отражается по сравнению с плоской, идеально отражающей поверхностью.
По обоим параметрам Венера является самой отражающей планетой в Солнечной системе, с альбедо, каждое из которых более чем вдвое превышает ближайшую к ней планету. В то время как безвоздушные миры, такие как Меркурий или Луна, отражают только около 11-14 % всего падающего света, аналогично тому, что отражала бы Земля, если бы она была безвоздушной и свободной от ледяных шапок, Венера отражает от 75 до 84 % всего света, в зависимости от как это измеряется. Благодаря высокому уровню отражательной способности она кажется ярче, чем любая другая планета Солнечной системы, и только несколько богатых льдом лун, таких как Энцелад Сатурна, обладают более высоким общим альбедо.
Фазы Венеры, если смотреть с Земли, могут помочь нам понять, как Венера всегда выглядит с точки зрения Земли. Достигая максимального удлинения в 47 градусов от Солнца, Венера является самой большой и яркой в фазе тонкого серпа, но когда она дальше и меньше, она полнее, оставаясь самым ярким объектом, кроме Луны, в ночном небе Земли..
5.) Внешний вид Венеры с Земли Есть несколько разных причин, вместе взятых, почему Венера всегда является самой яркой планетой на Земле. ночное небо. Во-первых, Венера относительно велика (почти такого же размера, как Земля) для каменистой планеты, а также относительно близка к Солнцу; по общему количеству падающей на его поверхность солнечной радиации больше получает только Юпитер. Во-вторых, Венера - самая отражающая планета в Солнечной системе; наибольший процент поступающей солнечной радиации отбрасывается обратно в космос.
Но в-третьих, это близость Венеры к Земле. Ближе всего Венера находится на расстоянии 41 миллиона километров (25 миллионов миль) от Земли, ближе, чем любая другая планета. Даже самая удаленная Венера находится всего в 261 миллионе километров (162 миллиона миль) от Земли: намного ближе, чем Юпитер когда-либо подходил к Земле. (Следующее максимальное сближение Юпитера с Землей произойдет в 2022 году, когда расстояние составит 591 миллион километров, или 367 миллионов миль.)
Несмотря на то, что Венера демонстрирует полный набор фаз, ее серповидная фаза при максимальном сближении с Землей - это когда она самая яркая, но лишь немного слабее, когда находится дальше всего, когда входит в свою полную фазу. Даже в самом ярком свете другие яркие планеты - Юпитер и Марс - не могут соперничать с Венерой, даже в самом слабом.
Орбиты планет внутренней части Солнечной системы не совсем круглые, но они довольно близки, причем Меркурий и Марс имеют самые большие отклонения и самые большие эллиптичности. Если бы вы провели воображаемую линию, соединяющую Землю с Меркурием, вы бы увидели, что видимое положение Меркурия в большинстве случаев перемещается с запада на восток, но во время ретроградного движения, когда он обгоняет Землю, его положение вместо этого сместится из с востока на запад: явление, которое может испытать только внутренняя планета.
6.) Роль Венеры в общей теории относительности Первый намек на то, что что-то «не так» с ньютоновской гравитацией в нашей Солнечной системе пришли в середине 19 века, наблюдая за орбитой Меркурия. В течение последних нескольких столетий мы наблюдали за Меркурием на его эллиптической орбите вокруг Солнца и видели, как его перигелий - или точка его наибольшего сближения с Солнцем - продвигались по его орбите. Общая скорость, с которой продвигался перигелий, составляла 5600 угловых секунд за столетие, и эта скорость была немного больше для ньютоновской гравитации.
5025 из этих угловых секунд за столетие было связано с прецессией равноденствий: эффектом прецессии орбиты Земли. Следующим ключом к пониманию проблемы был расчет влияния всех остальных планет на орбиту Меркурия. Хотя каждая планета вносит свой вклад, в общей сложности ~ 532 угловых секунды за столетие, наибольший вклад вносит Венера: 277 угловых секунд за столетие, что почти вдвое больше, чем у следующего по величине вкладчика, Юпитера (~ 150). и более чем в три раза превышает вклад Земли (при ~ 90).
«Недостающие» 43 угловые секунды за столетие были именно тем, что смогла объяснить Общая теория относительности Эйнштейна, но без столь точного количественного определения вклада других планет, особенно Венеры, понимая роль, которую Общая теория относительности Игра относительности была бы невозможна.
Прохождение Венеры (вверху) и Меркурия (внизу) по краю Солнца. Обратите внимание, как атмосфера Венеры преломляет солнечный свет вокруг себя, в то время как отсутствие атмосферы на Меркурии не показывает таких эффектов. Безвоздушная планета, такая как Меркурий, будет иметь совершенно плоский транзитный спектроскопический спектр, в то время как планета, подобная Венере, будет демонстрировать признаки поглощения и/или излучения.
7.) Венера и рождение транзитной спектроскопии Будучи второй планетой от нашего Солнца, Венера является одной из двух планет (наряду с с Меркурием), который проходит перед солнечным диском с нашей точки зрения здесь, на Земле. Однако, в отличие от транзитов Меркурия, где Меркурий просто выглядит как непрозрачный диск, вырисовывающийся на фоне Солнца, солнечный свет, кажется, «огибает» край Венеры, когда транзит начинается и заканчивается. Наблюдения за транзитами Венеры, которые происходят в среднем только два раза в столетие, были первым свидетельством человечества о том, что Венера обладала - в то время как Меркурий не имел - существенной атмосферы.
Но мы можем сделать гораздо больше, чем просто обнаружить существование атмосферы во время транзитов: мы можем фактически измерить ее атмосферное содержание, молекула за молекулой. Впервые продемонстрированный во время прохождения Венеры в 2004 году, этот метод теперь является жизненно важной частью наук об экзопланетах, поскольку мы пытаемся использовать транзитную спектроскопию для различения атмосферных составляющих планет вокруг других звезд. Хотя, в принципе, это было возможно задолго до этого, только здесь, в 21 веке, приборостроение догнало наши научные мечты.
Система TRAPPIST-1 содержит наиболее похожие на земные планеты планеты из всех известных в настоящее время звездных систем, и показана шкала температур, эквивалентная нашей собственной Солнечной системе. Однако эти семь известных миров существуют вокруг маломассивного постоянно вспыхивающего красного карлика. Вполне вероятно, что атмосферы больше нет ни у кого из них, хотя JWST обязательно проверит.
8.) Уроки Венеры для экзопланет Сегодня мы смотрим на Венеру и видим ее такой, какая она есть сейчас: горячей, яркой, и окутан толстой, плотной, богатой тяжелыми элементами атмосферой. Но это дает нам одну из четырех основных потенциальных судеб для каменистой планеты внутри морозной линии звезды.
- Подойдите слишком близко к своей родительской звезде, и вы окажетесь в приливно-отливной зоне и/или потеряете всю свою атмосферу, как Меркурий в обоих случаях.
- Отойдите слишком далеко от своей родительской звезды, особенно если вы слишком малы, и вы станете холодным, замороженным и негостеприимным для жизни, как Марс.
- Если с вашей атмосферой, вашими размерами и расстоянием от Солнца все пойдет как надо, у вас может быть жидкая вода на вашей поверхности и устойчивый, долгосрочный выстрел в жизнь.
- Но вы все еще можете обладать тонкой атмосферой, избежать приливной блокировки и перейти от мира с земным потенциалом к превращению в адскую дыру, подобную Венере: если ваша планета испытает безудержный парниковый эффект.
Если бы на Венере все пошло иначе, возможно, она тоже могла бы стать миром с влажной, богатой жизнью, самоподдерживающейся биосферой в долгосрочной перспективе. Возможно, в далеком прошлом на Венере все было совсем по-другому, и, возможно, на этой планете существует богатая история древней ранней жизни. Когда мы размышляем о том, что может быть там, на планетах за пределами нашей Солнечной системы, нам нужно искать не только «другие Земли», которые могут быть там, но и другие Венеры, а также любые эволюционные шаги, которые могут быть обнаружены. возможно, по пути.
Земля справа и Венера, видимые в инфракрасном диапазоне слева, имеют почти одинаковые радиусы, при этом Венера примерно на 90-95% физического размера Земли. Однако из-за непосредственной близости к Солнцу Венеру раньше постигла совершенно иная судьба. Вполне возможно, что примерно через миллиард лет Земля, наконец, последует этому примеру.
В общем, Венера - планета, полная крайностей. Он обладает самой густой атмосферой из всех известных каменистых земных планет. Он достигает самых высоких температур поверхности среди всех планет Солнечной системы. Это самая отражающая планета в Солнечной системе, превосходящая даже газовых гигантов. И - представляет особый интерес для наблюдателей на Земле - это всегда самая яркая точка света, видимая на ночном небе. Всякий раз, когда она не находится прямо за Солнцем, будь то после заката или перед рассветом, никакая другая звезда или планета никогда не затмевает ее.
Итак, учитывая все, что мы теперь знаем, почему Венера является самой яркой планетой в Солнечной системе?
Это связано с комбинацией его большой, похожей на Землю площади поверхности, его относительно близкого расположения к Солнцу, его очень отражающей, богатой облаками атмосферы и того факта, что даже на самом удалении, это никогда не превышает 1,75 астрономических единиц от планеты Земля. Даже когда Юпитер и Марс, следующие за ним по яркости планеты, имеют абсолютную яркость, они все равно не могут конкурировать с Венерой в самом слабом свете. В следующий раз, когда вы посмотрите вверх и увидите беспрецедентно яркую светящуюся точку, зафиксированную на небе после заката или перед рассветом, вы точно поймете, почему Венера по сравнению со всеми другими звездами и планетами, видимыми с Земли, всегда кажется затмевающей торговый центр.