Dia bom. Decidi começar a publicar meu livro sobre a exploração de Vênus em formato web. Esta é a primeira parte do publicado (primeiro capítulo). Se tudo correr bem, tentarei lançar o livro inteiro. Se aqui eles decidirem que este não é um formato, estou pronto para deletar tudo. Vai!
Várias linhas misteriosas
Ao longo do século XX, nossas idéias sobre Vênus mudaram dramaticamente. Graças aos esforços conjuntos de cientistas de muitos países, uma aura de obscuridade foi quebrada de nosso companheiro mais próximo. A história do estudo da Estrela da Manhã lembra uma boa história de detetive.
Tem um enredo, um emaranhado de segredos, um clímax e um desenlace. Testemunhas oculares que apontaram na direção errada e fatos que inicialmente não foram levados a sério. Qual foi o primeiro passo para desvendar os segredos do nosso vizinho?
Se você olhar para o quadro geral, a história moderna do estudo de Vênus - a história que deu início à compreensão do que é o planeta - começou em abril de 1932, em uma noite clara e clara. No sudoeste da Califórnia, há uma bela cordilheira - San Gabriel. Uma de suas atrações é o Observatório Astronômico Alpino do Monte Wilson. Ele está localizado a uma altitude de cerca de 1740 metros acima do nível do mar. Na época dos eventos descritos, um espectrógrafo infravermelho totalmente novo foi montado em seu telescópio principal, e os funcionários do observatório passaram noites sem dormir, obtendo as características espectrais dos corpos celestes. Outro experimento, encenado pelos astrônomos Theodore Dunham e Walter Adams, teve como objetivo encontrar água na atmosfera de Vênus.Para aumentar a precisão, decidimos nos limitar a estudar uma pequena banda espectral na região do infravermelho próximo.
Naquela época, a teoria espectrométrica estava bem desenvolvida e aplicada com sucesso na Terra e no estudo de objetos astronômicos brilhantes como o sol. Além disso, no século 19, foi possível identificar as bandas de absorção de amônia perto de Júpiter e outros planetas gigantes. Mas ao determinar a composição das atmosferas de Vênus ou Marte mais próximas de nós, ela ainda não poderia ajudar. O sinal de outros planetas era muito fraco, era muito fácil confundi-lo com as linhas que apareciam na coronosfera do sol ou na atmosfera da Terra. Mas, nesta noite limpa e clara de primavera, o sucesso finalmente chegou. No entanto, também aqui não foi sem acaso, boa sorte. Sabendo sobre o experimento, Kenneth Meese, chefe dos Laboratórios de Pesquisa Kodak, deu aos experimentadores um conjunto de chapas fotográficas feitas especialmente. Um lote de placas de contraste sensibilizadas foi particularmente bem-sucedidoapresentando alta sensibilidade, alto contraste e excelente resolução. Não havia outras emulsões deste tipo que atendessem a esses parâmetros pelo menos a metade. Foi graças a eles que a descoberta foi feita.
Após o desenvolvimento da placa, não foram encontrados vestígios de absorção de água, mas as linhas de absorção de algum gás apareceram com bastante clareza (Fig. 21). Gás desconhecido. Não havia tais linhas nos livros de referência. Ninguém o viu em experimentos terrestres, mas esse gás apareceu claramente na atmosfera de Vênus.
Felizmente, a análise espectral não se baseia apenas na comparação das bandas obtidas com as já conhecidas. Baseia-se nas propriedades fundamentais da matéria e, mesmo pela disposição das linhas, pode-se dizer muito sobre a molécula que causou a absorção. O gás desconhecido revelou-se similar em suas características ao dióxido de carbono comum.
Uma nova questão surgiu - por que essas linhas não eram visíveis em experimentos comuns? Uma das respostas foi que as linhas de absorção nesta faixa são muito fracas e pouco visíveis nas concentrações de CO2 com as quais normalmente trabalham. Para testar essa hipótese, o Observatório Mount Wilson fabricou um tubo lacrado de 21 metros de comprimento. O ar do tubo foi bombeado para fora e o dióxido de carbono foi bombeado sob pressão.
Até 10 atmosferas, nenhuma absorção foi observada na faixa estudada. Com um aumento ainda maior da pressão, apareceu uma linha muito fraca e difusa, extremamente próxima da linha observada no espectro de Vênus. A hipótese foi confirmada - a absorção foi causada pelo dióxido de carbono. Agora era necessário determinar sua concentração. Deve-se notar que o método espectrométrico não pode estimar diretamente a porcentagem de gás na atmosfera. É relativamente fácil estimar a chamada espessura reduzida da camada de gás. Este valor totalmente condicional foi introduzido para simplificar os cálculos. Suponha que o gás pare de se expandir repentinamente e em todos os pontos tenha uma pressão constante de 1 atmosfera. Qual é a altura da camada de gás que fornece essa absorção? Ou um exemplo: se tomarmos o experimento com o tubo como base, mas assumir queSe o tubo não puder suportar pressões de mais de uma atmosfera, quanto tempo o tubo precisará ter para garantir a absorção especificada? O comprimento desse tubo seria numericamente igual à espessura reduzida da camada de gás. A experiência com o tubo permitiu determinar o valor mínimo - não inferior a 400 metros. Estimativas refinadas feitas a partir deste espectrograma mostraram um resultado ainda mais espetacular - 3,2 km. Este é um valor muito grande. Para efeito de comparação: todo o oceano de ar da Terra corresponde à espessura reduzida de 8,5 km, e a espessura reduzida de dióxido de carbono na atmosfera terrestre é de apenas 220 cm.A experiência com o tubo permitiu determinar o valor mínimo - não inferior a 400 metros. Estimativas refinadas feitas a partir deste espectrograma mostraram um resultado ainda mais espetacular - 3,2 km. Este é um valor muito grande. Para efeito de comparação: todo o oceano de ar da Terra corresponde à espessura reduzida de 8,5 km, e a espessura reduzida de dióxido de carbono na atmosfera terrestre é de apenas 220 cm.A experiência com o tubo permitiu determinar o valor mínimo - não inferior a 400 metros. Estimativas refinadas feitas a partir deste espectrograma mostraram um resultado ainda mais espetacular - 3,2 km. Este é um valor muito grande. Para efeito de comparação: todo o oceano de ar da Terra corresponde à espessura reduzida de 8,5 km, e a espessura reduzida de dióxido de carbono na atmosfera terrestre é de apenas 220 cm.
Em 1940, o astrônomo Rupert Wildt deu um passo adiante. Ele examinou as janelas de absorção e emissão de CO2 e, conhecendo o coeficiente de reflexão de Vênus a partir de observações telescópicas, obteve que a temperatura na superfície pode chegar a 135 ° C. Na verdade, é ele quem é o autor da teoria de o efeito estufa, mas naqueles anos seu artigo passou quase despercebido ... Ela ganhou uma segunda vida em 1952, quando Gerard Kuiper se preparava para a reimpressão de seu livro "Atmosferas da Terra e Planetas". Tendo encontrado este artigo, ele revisou os cálculos novamente e, usando dados mais modernos sobre Vênus, deduziu que a temperatura deveria estar em torno de 77 ° C.
Em 1956, as primeiras observações da própria emissão de rádio de Vênus foram realizadas por McClough, Mayer e Slonaker na faixa de 3,15 cm no radiotelescópio de 15 metros do Laboratório de Pesquisa Marinha dos EUA. O resultado surpreendeu a todos. De acordo com o resultado, a temperatura de Vênus acabou sendo cerca de 287 ° para o lado sombrio do planeta, o que excedeu significativamente quaisquer outros cálculos e medições. Decidimos alterar o comprimento da onda de rádio em 9,4 cm.
Foram realizadas duas observações e obtidos os indicadores - 157 ° e 467 ° , respectivamente. O experimento seguinte, conduzido por Gibson e McIwan em janeiro de 1958, em um comprimento de onda de 8,6 mm deu uma temperatura de 137 ° C 160 ° C. Mas quando em setembro de 1959 Kuzmin e Salomonovich decidiram realizar um experimento semelhante no recém-lançado Soviete 22 - radiotelescópio metros, para 8 mm obtivemos um resultado visivelmente "mais frio" - 42 ° C.
Os dados do radar chegaram bem a tempo. No final da década de 1950, os métodos espectroscópicos para estudar Vênus estavam em crise. Naquela época, várias dezenas de linhas de absorção eram conhecidas na atmosfera de Vênus, mas todas pertenciam ao dióxido de carbono. Não foi possível identificar outros gases por muito tempo.
Relatos da descoberta de novos gases na atmosfera venusiana às vezes brilhavam como faíscas, mas rapidamente se extinguiram. Por exemplo, o astrônomo soviético Kozyrev em 1954, ao estudar a luz das cinzas de Vênus, recebeu um grande número de novas linhas de absorção, o astrônomo americano Newkirk confirmou seus dados. Algumas das linhas que Kozyrev identificou com as linhas de nitrogênio altamente ionizado, e se isso fosse verdade, seria a primeira descoberta de nitrogênio na atmosfera de outro planeta. Em seguida, eles tentaram explicar algumas das linhas com oxigênio ionizado. Como resultado, descobriu-se que era dióxido de carbono ionizado.
O mais desagradável é que não foi possível provar com segurança a presença de água na atmosfera de Vênus. Todas as observações destinadas a isso mostraram um resultado negativo ou uma concentração que poderia ter sido produzida por traços de umidade na atmosfera terrestre. Além disso, não foi detectado nem mesmo por métodos indiretos. Por exemplo, sob a influência da radiação ultravioleta do Sol, água e dióxido de carbono podem formar formaldeído, mas o formaldeído na atmosfera de Vênus também não pode ser detectado. Ou tal fato: o alto teor de dióxido de carbono indicava que o chamado equilíbrio de Yuri foi perturbado na atmosfera de Vênus. Nas condições da Terra, o dióxido de carbono está ativamente ligado aos oceanos do mundo, transformando-se em rochas sedimentares. Além disso, a água atua como um catalisador nesse processo. E se há água no planeta, então deveria haver muito menos carbono e gás ácido.No entanto, as nuvens sobre Vênus com um bom telescópio eram perfeitamente visíveis, e se não consistiam de água, então de quê? Talvez ainda seja da água, mas não pode ser identificado com precisão devido à umidade na atmosfera da Terra, afetando as leituras do espectrógrafo?
Era necessário fazer algo sobre esta situação. Digamos, tente montar um experimento de forma que a água da atmosfera terrestre não possa influenciar o resultado. Em 1959, uma tentativa muito interessante foi feita. Na década de 1950, o US Navy Research Center conduziu um extenso programa para lançar balões estratosféricos tripulados (Fig. 22). Inicialmente, o vôo foi realizado para estudar a atmosfera da Terra, mas um grupo de cientistas da Universidade Johns Hopkins propôs um projeto para obter espectros infravermelhos de Marte e Vênus - para procurar água neles. A proposta foi aceita e os trabalhos iniciados. Um telescópio especialmente modificado com um espectrógrafo foi instalado no balão estratosférico. A orientação preliminar deveria ser realizada por uma pessoa, então o telescópio apontando para o planeta era controlado por um sistema especial de rastreamento automático. A primeira tentativa ocorreu em 1958,seu alvo era Marte. Devido a um defeito na concha de um balão estratosférico, o vôo teve que ser adiado, e a oportunidade de estudar Marte este ano foi perdida. Em 1959, foi a vez de Vênus.
No final de novembro de 1959, o balão estratosférico com o piloto Ross e o observador Moore atingiu uma altitude de 24 km. Nessa altitude, a quantidade de vapor d'água na atmosfera terrestre não ultrapassava 0,1% do valor total. Ross e Moore apontaram o telescópio para um alvo e foram capazes de capturar vários espectros infravermelhos de Vênus. A tarefa não foi fácil. As vibrações da nacela às vezes eram tão fortes que era necessário parar completamente de funcionar. Segundo os diretores do experimento, até o fato de terem conseguido pelo menos alguns resultados já era surpreendente. Mas houve um resultado: ele identificou várias linhas de absorção de água. Infelizmente, a faixa de valores revelou-se muito grande, o que levantou dúvidas sobre os dados obtidos.
Ainda em 1959, outro evento significativo ocorreu, graças ao qual outra peça apareceu no mosaico venusiano: a chamada cobertura (eclipse) por Vênus de uma das estrelas mais brilhantes do céu - Regula (Alpha Leo). Esses eclipses são extremamente raros. No século 20, naquela época, apenas três desses eventos foram registrados. A cobertura de Régulo por Vênus foi calculada com antecedência, e grandes observatórios estavam se preparando para isso. Foi um grande sucesso que o tempo estivesse bom em muitos pontos de observação. Como você sabe, quando uma estrela se aproxima da borda do disco planetário, sua luz começa a enfraquecer. Neste caso, a atenuação é causada não por espalhamento, mas pela refração da luz. Passando pela atmosfera de Vênus, a luz desvia de um caminho reto. Conhecendo as bases físicas da refração, pode-se calcular com muita precisão os parâmetros da alta atmosfera do planeta. Verdade,há um "mas": esses dados podem fornecer apenas um certo coeficiente (densidade absoluta da atmosfera) associado à temperatura e ao peso molecular do gás que causa a refração. E só conhecendo a composição exata da atmosfera, você pode facilmente calcular sua temperatura e densidade na altitude em que o revestimento ocorreu.
O nitrogênio era considerado o principal gás da atmosfera venusiana; tomando sua massa molar, obtivemos a distribuição de densidade e temperatura nas camadas superiores. Esses dados foram incluídos nos primeiros modelos da atmosfera de Vênus.
Veículos interplanetários automatizados podem, quando usados corretamente, fornecer respostas para muitos enigmas. Para avaliar o conhecimento atual e analisar experimentos, o Conselho de Pesquisa Espacial da Academia Nacional de Ciências dos Estados Unidos decidiu em 24 de julho de 1960 realizar uma conferência especial para discutir os parâmetros das atmosferas de Marte e Vênus. Era para esses planetas que os veículos terrestres deveriam ser enviados em primeiro lugar. Dada a importância da questão, também foi decidido realizar uma conferência adicional em Pasadena no final de dezembro de 1960 - início de fevereiro de 1961. Esta conferência, que contou com a presença de todas as cores dos cientistas planetários americanos, é interessante porque, de acordo com os relatórios que nela foram proferidos, as ideias sobre os planetas do início da era espacial são claramente visíveis. Não havia nenhuma dúvida particular sobre Marte, o que não pode ser dito sobre Vênus. A conferência revelou claramente:não existe uma teoria consistente que descreva a estrutura da atmosfera venusiana! Cada cientista planetário defendeu sua própria versão, e nenhuma hipótese estava livre de problemas internos. Entre as suposições científicas, às vezes havia algumas muito interessantes. Em particular, gostaria de mencionar a teoria muito extravagante do Dr. Hoyle. Nele, Vênus foi coberto pelo oceano, no qual a água estava sob uma enorme camada de óleo.
E esta hipótese também foi bem desenvolvida e fez um bom trabalho ao explicar alguns dos dados disponíveis.
Naquela época, três teorias da estrutura da atmosfera de Vênus podem ser consideradas as principais. Todos eles foram desenvolvidos para explicar a alta temperatura de brilho recebida pelos rádiosastrônomos. Aqui você precisa entender claramente o que está sendo discutido. Até então, havia apenas oito pontos no gráfico da emissão de rádio de Vênus, dependendo do comprimento de onda. A precisão dessas medidas, infelizmente, era baixa devido ao ruído intrínseco do receptor, os experimentos foram realizados no limite de sensibilidade dos instrumentos. Mas eles geralmente mostraram que a emissão de Vênus em diferentes frequências de emissão de rádio é diferente.
Na faixa de milímetros, a temperatura era relativamente baixa, 50-70 graus Celsius, mas poderia exceder significativamente 300 ° C na faixa de centímetros. Era preciso entender de onde vem essa radiação. Para explicar o quadro emergente, dois tipos de hipóteses foram desenvolvidos: um fundo quente e um topo frio e, consequentemente, um topo quente e um fundo frio (Fig. 23).
O fundo quente significava a superfície do planeta. E era ela, de acordo com a teoria do primeiro tipo, que estava em brasa até temperaturas monstruosas; a radiação fria vinha de camadas superiores da atmosfera - por exemplo, das nuvens. A hipótese da estufa foi a representante clássica do primeiro tipo. Carl Sagan elaborou tudo com muito cuidado. O dióxido de carbono por si só, ao que parece, não poderia causar tal aquecimento, isso saiu dos cálculos de Wildt e Kuiper. Carl Sagan repetiu cuidadosamente os cálculos e mostrou que a absorção de dióxido de carbono por si só não poderia explicar os dados experimentais de forma alguma. Mas se você adicionar um pouco de vapor d'água à atmosfera de Vênus, tudo mudará. O vapor de água é um gás de efeito estufa muito bom. Ele poderia atrasar a radiação na faixa do infravermelho, o que causava forte aquecimento da superfície.
A hipótese da estufa pintou um mundo muito enfadonho. A temperatura da superfície é superior a 300 ° C, a pressão pode atingir várias atmosferas. Vênus deve ser seco, calmo, escuro e quente. O sol só podia ser visto como um disco avermelhado. A hipótese da estufa deixou pouca esperança para uma vida venusiana. No início da década de 1960, era ela quem se trabalhava melhor do que qualquer outra, embora também tivesse vários inconvenientes.
Por exemplo, o fato de Vênus ter problemas com água. Ernst Epik criticou a hipótese da estufa e propôs a sua própria. Ele a chamou de Eolosférica, em homenagem a Éolo, o antigo deus grego do vento. O fato é que a curva polarimétrica das nuvens era muito mais parecida com a curva da poeira do que da água. De acordo com essa hipótese, as nuvens que todos observaram não eram nuvens, mas uma grande tempestade de poeira que varreu todo o planeta. Cobriu a superfície de Vênus com um manto gigante e, devido ao atrito dos grãos de areia na superfície, a temperatura aumentou.
No entanto, ao calcular os dados de pressão e temperatura na superfície de Vênus, eles se mostraram semelhantes aos resultados obtidos na hipótese da estufa. Assim como na hipótese da estufa, descobriu-se que a temperatura da superfície é superior a 300 ° C, a pressão é de até 4 atmosferas. Seco, mas muito empoeirado e com muito vento. Infelizmente, ambas as teorias não deixavam esperanças quanto à existência de vida em Vênus.
No entanto, havia também a teoria do "topo quente" - a ionosférica. Segundo ele, a temperatura mais baixa pertencia à superfície e a mais alta era causada pela radiação da ionosfera do planeta. Nesse caso, Vênus teria de fato uma temperatura perfeitamente tolerável - cerca de 27 graus Celsius. E é bem possível, e vida. De muitas maneiras, essa hipótese foi baseada em uma suposição anterior construída na teoria da origem dos planetas no sistema solar.
Vênus parecia ser um gêmeo nebuloso da Terra, na situação que se desenvolveu em nosso planeta há milhões de anos, no período Carbonífero. Clima quente e úmido com abundância de umidade, céu nublado e um mundo orgânico semelhante ao do final da era paleozóica. Lá, pensaram cientistas de mentalidade romântica, jardins tropicais crescem e os ancestrais dos dinossauros caminham. Um mundo perdido que aguarda seus professores Challenger. Afinal, era um planeta totalmente desconhecido! Escritores e artistas retrataram o mundo que excita a imaginação em todas as suas cores.
Em 1961, o longa-metragem "O Planeta das Tempestades", dirigido por Pavel Klushantsev, foi lançado na URSS (Fig. 24). Klushantsev foi um documentarista de muito sucesso com uma abordagem científica meticulosa. Este foi seu único longa-metragem baseado na história homônima de Alexander Kazantsev. No início do filme, ele advertia honestamente o público: “As informações científicas sobre o planeta Vênus são escassas e contraditórias. Só a fantasia é capaz de olhar para o mundo desconhecido. Pode não ser igual ao nosso filme. Mas acreditamos na proeza vindoura do povo soviético, que verá o planeta das tempestades com seus próprios olhos. "
No filme, os espectadores viram paisagens alienígenas, viagens subaquáticas, flora e fauna agressivas. Eles viajaram e escaparam com os heróis do vulcão ... E então não havia ninguém em nosso planeta que pudesse provar com segurança que não era assim. Três suposições. Três mundos diferentes. Nenhuma hipótese poderia conter todos os dados disponíveis. Cada um deles explicou bem alguns fatos e foi completamente refutado por outros. Dados mais detalhados eram necessários para entender qual hipótese estava correta.
Este é um fragmento do meu livro “Vênus. Planeta indomável ". Além disso, agora há uma coleção para meu novo livro. Pode ser apoiado aqui .