Книга: Солнечная система (Астрономия и астрофизика)

Радиолокационные карты и география Венеры

Планетную радиолокацию можно отнести к главным достижениям техники конца XX в. В начале 1970-х появилась первая радиокарта Венеры. Она давала распределение коэффициента радиоотражения, который, в принципе, прямо не связан с оптически темными и светлыми районами поверхности. Наземные радиолокационные исследования Венеры наиболее удобно проводить вблизи ее нижнего соединения, когда планета наиболее близка к Земле. В верхнем соединении планета слишком далека от нас. Поэтому первая наземная радиолокационная карта могла охватить только одно полушарие планеты (точнее, 30% всей ее территории).

Первые топографические карты были невыразительными, так как Венера оказалась равнинной планетой. Подробности появились вместе с новым мощным инструментом космических исследований — радиолокатором бокового обзора. Такие локаторы были установлены на советских аппаратах «Венера-15 и -16», выведенных в 1983 г. на полярные эллиптические орбиты с перицентром вблизи северного полюса планеты. За каждый виток орбиты аппараты картировали полосу поверхности шириной 150 км. и длиной в четверть окружности планеты. В общей сложности было картировано 66% территории северного полушария Венеры, включая район полюса с разрешением до 1 км. Еще лучшее разрешение, до 120 м., было получено локацией с американского аппарата «Магеллан», который работал на орбите спутника Венеры с 1990 по 1994 г.

Если бы поверхность Венеры была покрыта водой до «нулевого» уровня, т.е. до 6051 км. по радиусу, то 92% ее поверхности скрылось бы под неглубоким океаном. Над воображаемой водной поверхностью выступали бы только три массива — в северной, восточной и западной частях планеты. Рельеф Венеры характеризуется равнинными районами, горами и низменностями. По аналогии с Землей горные районы Венеры можно называть материками. Их суммарная площадь невелика. К ним относятся три большие области: земля Иштар, где расположены плато Лакшми и высочайшие на Венере горы Максвелла (центр у 63°с.ш., 2,5°в.д.); крупнейший материк — земля Афродиты, простирающийся в южном полушарии почти до 10-й параллели; область Бета (центр 30°с ш., 283°в.д., на левом краю), склоны которой известны по снимкам «Венеры-9 и -10». Горные районы Венеры похожи на горные районы Земли, но занимают всего 8% поверхности планеты.

Несколько большую площадь имеют низменности: 27%. К ним относятся Аталанта (центр 63°с.ш., 163°в.д.), представляющая большую равнину диаметром 2500 км., углубленную почти на 2 км. относительно среднего уровня, а также некоторые другие районы. Остальная поверхность находится на промежуточных высотах и представляет собой волнистые равнины, вероятно, вроде тех, что представлены на снимках «Венеры-13». В северо-восточной части земли Афродиты имеются многочисленные горные цепи высотой 1,5—2 км., разделенные интервалами около 1000 км.

Большая часть коры Венеры очень древняя; в пользу этого говорит сравнение кривых распределения метеоритных кратеров по размерам для Земли и Венеры. Возможно, кора Венеры более стабильна, тогда как Земля потеряла значительную часть древней коры в процессе ее переработки. По своей геологической истории Венера и Земля различаются. Тектоническая деятельность Венеры, по-видимому, менее активна, но локальные ее проявления очень заметны, например, земля Иштар, о которой речь пойдет ниже.

Земля и Венера — единственные планеты, носящие женские имена. Когда пришла пора называть детали на карте Венеры, было решено, что всем им (за одним исключением) будут присваиваться только женские имена из языков всех народов мира, принадлежащие историческим, мифологическим и литературным героиням.

Рис. Фото горы Маат высотой 8 км.

Если считать Альфу и Бету также женскими именами, то единственным исключением стало название «горы Максвелла», о которых речь пойдет впереди. Уточнение структуры области Альфа позволило привязать нулевой меридиан к небольшому, но заметному кратеру. Для начала координат среди женских имен было остроумно выбрано имя Ева.

Структура Альфы (25°ю.ш., 0°в.д., светлая область) — это волнистое плато размером около 1300 км. с небольшим понижением в центре. Альфа относится к древней части коры Венеры. Рельеф этой области образован многократным и длительным процессом сжатия, создавшим сложно ориентированную складчатость поверхности. Альфа возвышается до 2,5 км. над окружающей местностью (с юга это равнина Лавинии). Плато имеет сильно раздробленную поверхность. За время существования Альфы, достигающее 1 млрд. лет, процессы сжатия образовали систему пересекающихся долин и гряд. Такой рельеф получил название «тессера». На рис. крупным планом показан участок Альфы размером. Такие же тессеры встречаются и в других районах планеты.

Рис. Область Альфа с кратером Ева.

Рис. Чуть ниже центра область Альфа с кратером Ева (долгота центрального меридиана 0°). Высоко на севере располагаются плато Лакшми и горы Максвелла (светлое пятно).

Наибольший из «континентов», или «материков» — Земля Афродиты, расположенная в экваториальной области, имеет протяженность около 18 тыс. км. и охватывает долготы 60—220°. В широтном направлении она простирается от 10°с.ш. до 45°ю.ш. (более 5000 км.), а ее восточная оконечность Атла тянется до 30°с.ш. Площадь континента по уровню 6052,2 км. составляет 41 млн. км^2., что близко к площади Африки. (В сумме континенты Венеры занимают лишь 5—7% территории, в зависимости от того, по какому превышению над средним уровнем считать). Здесь расположено большое число ярких в радиолучах кольцевых образований. Их глубина невелика, всего сотни метров.

Рис. Светлая полоса, пересекающая полушарие вдоль экватора, это крупнейшая возвышенность на Венере — Земли Афродиты (долгота центрального меридиана 180°).

На южной окраине Земли Афродиты находится необычное образование — каньон Артемиды (разомкнутое кольцо в юго-западной части). Это что-то вроде огромного кратера-фантома сравнительно правильной формы и диаметром около 2600 км., с сильно разрушенным двойным валом и ярким в радиолучах пятном в центре (34°ю.ш., 135°в.д.). Рифтовая система каньона Артемиды напоминает сильно разрушенный срединноокеанический хребет на Земле.

Рис. Каньон Артемиды.  

Типичные равнины Венеры — обширные Равнины Седны и Гиневры. По многим признакам центральную и южную части равнины Седны можно отнести к вулканическим образованиям. Вероятно, она похожа на базальтовые равнины Марса и Луны. Равнину Седны составляют холмистые районы. Равнины Венеры можно лишь условно считать плоскими. На них встречается большое разнообразие рельефа. Гряды, вытянутые с северо-запада на юго-восток и разделенные интервалами примерно в 1 км., представляют рельеф в районе 30°с.ш., 333°в.д.

Рис. Равнина Гиневры.

Во многих районах Венеры встречаются кратеры несомненно метеоритного происхождения. Так, в 2000 км. к западу от Альфы, на равнине Лавинии расположена группа из трех больших ударных кратеров диаметрами от 37 до 63 км. По-видимому, они имеют общее происхождение и порождены большим метеоритным телом, распавшимся в атмосфере на три части. Высокая раздробленность материала валов кратеров увеличивает эффективность отражения радиоволн, поэтому валы кажутся светлыми. И наоборот, темный фон указывает на относительно гладкую поверхность окружающей равнины.

На Венере обнаружено 850 метеоритных кратеров диаметрами от 1,5 до 280 км.; они сравнительно равномерно распределены по поверхности. Плотная атмосфера рассеивает импульс, которым обладает метеоритное тело. Поэтому основное число метеоритных кратеров должно было образоваться в очень отдаленную эпоху, когда масса атмосферы была значительно меньше. Впрочем, крупные метеоритные тела с массой более 10⁸ кг. могут пробить атмосферу Венеры даже теперь. Но таких тел мало. По результатам, полученным с «Магеллана», было установлено, что метеоритные кратеры Венеры похожи на молодые ударные кратеры Земли, но гораздо старше их; они отражают события последних 500 млн. лет. Многие удары сопровождались обильными лавовыми излияниями; таков кратер Изабелла.

Рис. Кратер Изабелла.

Следы намного более ранних событий на поверхности планеты не сохранились. Во всяком случае похоже, что полмиллиарда лет назад усиление вулканизма на Венере значительно обновило ее поверхность. Ныне вулканы планеты изливают около 0,5 км³ лавы в год, что близко к показателям Земли.

Вулканизм Венеры — важный фактор ее жизни. Вулканы там обычно небольшие, около 20 км. в диаметре, хотя имеются и более крупные: у 150 вулканических объектов диаметры превышают 100 км., а общее число вулканов — более 1600. Формы многих из них необычны. Среди них есть «короны» (концентрические валы), «арахноиды» (радиальные структуры с концентрическими валами), извилистые лавовые каналы, достигающие в длину 1000 км., и другие. Все данные указывают на присутствие огромных резервуаров лавы под поверхностью планеты. Вулканизм Венеры относится к восходящим мантийным потокам и системе «горячих пятен». У Венеры вулканизм распределен практически глобально, тогда как на Земле он концентрируется вдоль границ плит. Несколько повышена плотность вулканов в районах, охватывающих около 20% территории вдоль экватора Венеры.

Внимание исследователей привлекли необычные, совершенно круглые образования, с плоской, а иногда проваленной верхушкой и очень крутыми склонами. Семь таких «тарелок» диаметрами, в среднем, около 25 км. вытянуты в линию, вероятно, вдоль глубокой трещины, сквозь которую поднималась магма. Они расположены у восточного края Альфы, который виден на том же рисунке, и напоминают толстые блины с крутыми краями. Предполагается, что они образовались при излияниях очень вязкой лавы, которая медленно растекалась и застывала.

Вулканы Земли во время извержений часто выбрасывают огромные тучи пыли, которая покрывает толстым слоем окрестные районы. Заметить вулканическую пыль в атмосфере Венеры не удалось: ее подоблачная часть всегда была чистой. Но следы пыли на поверхности («хвосты» за некоторыми кратерами) все же удалось найти, причем не только от вулканов.

С севера к равнине Седны примыкает второй по величине материк Венеры — земля Иштар. Ее площадь около 8,5 млн. км² (примерно площадь Австралии). В широтном направлении Земля Иштар тянется на 2500 км., в долготном — почти на 8000 км. Это своеобразный геоморфологический заповедник, объединяющий совершенно несходные элементы рельефа: обширное высокогорное плато Лакшми вулканического происхождения, горы Максвелла, примыкающие к нему с востока, и расположенный на восточной оконечности материка район особого рельефа. Плато Лакшми лежит на высоте 3—4 км (2—3 км над окружающим районом). Оно вдвое больше земного Тибета. На его поверхности можно видеть несколько крупных вулканических кальдер. Наиболее крупные — Сакаджавейя (64,5°с.ш., 336°в.д.) и Коллет (66°с.ш., 323°в.д.) размерами около 100 и 160 км. По ряду признаков они близки к щитовым вулканам. Рельеф горных районов Земли Иштар чрезвычайно сложен. Общего мнения о тектонических процессах образования Земли Иштар пока нет.

Рис. Земля Иштар плато Лакшми и горы Максвелла.

Другая достопримечательность этой области — горы Максвелла, примыкающие к плато Лакшми с востока. Ставшее исключением для топонимики Венеры мужское имя Джеймса Клерка Максвелла (1831—1879), теоретически открывшего радиоволны, было присвоено высочайшим горам планеты, чтобы подчеркнуть роль радиолокации в исследованиях Венеры. Горы Максвелла находятся в центральной части земли Иштар. На западе можно видеть выступающий язык плато Лакшми. Центральная часть горного массива находится на уровне 7 км. над плато, причем крутизна склона с западной стороны очень велика; даже усредненная по радиоизмерениям она достигает 18°. Во многих отношениях горы Максвелла напоминают горы Акны и Фрейи, обрамляющие плато Лакшми с севера и запада, — такая же складчатость рельефа с типичной шириной складок 10—20 км. Высочайшая часть гор Максвелла находится в 50 км. от их подножья со стороны плато. Вершина массива (63°с.ш., 2,5°в.д.) достигает уровня 11 км. над средней поверхностью (радиус 6051,6 км). На 5 км. ниже вершины расположен необычный кратер — патера Клеопатры (66°с.ш., 10°в.д.) с диаметром внешнего вала 100 км. Внутри большого кратера находится еще один с внутренним диаметром 50 км и глубиной 1 км относительно дна внешнего. Общая их глубина 2,5 км.

Рис. Радарный снимок «Магеллана». Горы Максвелла — светлая область. Слева внизу — плато?Лакшми, справа — тессера Фортуны. Тёмный кратер правее и выше центра — Клеопатра. Чёрные полоски — незаснятые места.

Происхождение этого кратера вызывает споры. Если он метеоритный, то как удалось очень большому метеориту угодить почти точно в высочайшую вершину? Если же это вулканическая кальдера, то почему она находится в стороне от вершины? Против вулканической гипотезы говорит отсутствие радиальных лавовых потоков, но оказалось, что такой же вид имеет вулкан Пакка в Кении (Африка). Все же большинство планетологов считает, что Патера Клеопатры — это ударный кратер гигантских размеров. На его северо-восточном склоне виден прорыв вала, через который лава вытекала и заливала всю восточную часть района. Излияние лавы могло быть следствием вскрытия ее резервуаров при ударе метеоритного тела. Возможно также, что при ударе расплавились горные породы, что вызвало извержение.

По-видимому, тектоническая активность Земли Иштар относится к прошлому. Возраст плато Лакшми и прилегающих районов оценен в 0,5—1 млрд. лет. Это подтверждает, что метеоритные кратеры на Венере сохраняются до 500 млн. лет, в то время как на Земле они разрушаются за несколько миллионов лет.

В 4000 км. к юго-западу от Земли Иштар находится область Бета. Этот массив состоит из двух сходных по размерам частей: горы Реи и горы Тейи. Вид восточного склона Беты известен: там опустились «Венера-9 и -10». С большой вероятностью можно считать Бету огромным щитовым вулканом. На светлом фоне горы Тейи выделяется черное пятно, похожее на вулканическую кальдеру на вершине горы. Отходящие в стороны лучи — это, вероятно, следы лавовых потоков. Массив Бета достигает в высоту 4—5 км. над средним уровнем планеты. Исходя из видимых разрушений, специалисты считают гору Реи старым образованием, а гору Тейи — более молодым. Проявления современного вулканизма возможны именно в районе Беты.

Рис. Область Бета.

Таким образом, радиолокационная техника позволила осуществить то, о чем так долго мечтали астрономы: увидеть поверхность Венеры.