Русский
Русский
English
Статистика
Реклама

Венера

Венера. Неукротимая планета -веб версия

25.04.2021 16:15:44 | Автор: admin
image

Добрый день. Я решил начать публиковать мою книгу про исследование Венеры в веб формате. Это первая часть из опубликованного (первая глава). Если все будет хорошо, то попробую выложить книгу целиком. Если же здесь решат, что это не формат, готов все удалить. Поехали!

Несколько таинственных линий


За двадцатый век наши представления о Венере изменились кардинально. Благодаря совместным усилиям учёных многих стран с нашей ближайшей спутницы был сорван ореол неизвестности. История изучения Утренней Звезды напоминает хороший детектив.

У неё есть завязка, запутанный клубок тайн, кульминация и развязка. Свидетели, которые указывали в неверном направлении, и факты, которые изначально не воспринимались всерьёз. Что же послужило первым шагом к разгадке тайн нашей соседки?

Если посмотреть на картину в целом, современная история изучения Венеры история, с которой началось понимание того, что же собой представляет планета, началась в апреле 1932 года, в чистую и ясную ночь. На юго-западе Калифорнии есть красивая горная цепь Сан-Габриэль. Одной из её достопримечательностей является высокогорная астрономическая обсерватория Маунт-Вилсон. Она располагается на высоте около 1740 метров над уровнем моря. На момент описываемых событий на её основном телескопе был смонтирован новенький инфракрасный спектрограф, и сотрудники обсерватории проводили бессонные ночи, получая спектральные характеристики небесных тел. Очередной эксперимент, поставленный астрономами Теодором Данхэмом и Уолтером Адамсом, был направлен на поиск воды в атмосфере Венеры. Для увеличения точности решили ограничиться изучением небольшой полосы спектра в ближней инфракрасной области.

К тому моменту спектрометрическая теория была хорошо разработана и успешно применялась как на Земле, так и для изучения ярких астрономических объектов вроде Солнца. Более того, ещё в XIX веке удалось выявить полосы поглощения аммиака у Юпитера и других планет-гигантов. А вот в определении состава атмосфер ближайших к нам Венеры или Марса она пока не могла помочь. Слишком слабым был сигнал с других планет, слишком легко было спутать его с линиями, возникшими в короносфере Солнца или атмосфере Земли. Но в эту чистую и ясную весеннюю ночь успех наконец-то пришёл. Впрочем, и здесь не обошлось без случайности, удачи. Зная об эксперименте, Кеннет Миз, глава Kodak Research Laboratories, передал экспериментаторам набор специально изготовленных фотографических пластинок. Одна партия сенсибилизированных контрастных пластинок оказалась особенно удачной, отличаясь высокой чувствительностью, высокой контрастностью и замечательной разрешающей способностью. Не существовало других эмульсий данного типа, которые хотя бы наполовину соответствовали этим параметрам. Именно благодаря им и было сделано открытие.

После проявки пластинки следы поглощения воды найти не удалось, зато совершенно чётко проступили линии поглощения какого-то газа (рис. 21). Неизвестного газа. Подобных линий не было в справочниках. Никто не видел его в земных экспериментах, но этот газ явственно проступил в атмосфере Венеры.

image

К счастью, спектральный анализ основывается не только на сравнении полученных полос с уже известными. Он основан на фундаментальных свойствах вещества, и даже по расположению линий можно многое сказать о молекуле, вызвавшей поглощение. Неизвестный газ по своим характеристикам оказался похож на обычную углекислоту.
Возникал новый вопрос почему этих линий не было видно в обычных экспериментах? Одним из вариантов ответа было то, что линии поглощения в этом диапазоне очень слабы и плохо видны при тех концентрациях СО2, с которыми обычно работают. Для проверки этой гипотезы в обсерватории Маунт-Вилсон изготовили герметичную трубу длиной 21 метр. Воздух из трубы был выкачан, и под давлением в неё стали закачивать двуокись углерода.

Вплоть до 10 атмосфер поглощения в изучаемом диапазоне не наблюдалось. При ещё большем увеличении давления появилась очень слабая и размытая линия, чрезвычайно близкая к линии, наблюдаемой в спектре Венеры. Гипотеза получила подтверждение поглощение вызывал углекислый газ. Теперь нужно было определить его концентрацию. Необходимо отметить, что спектрометрический метод не может прямо оценить процентное содержание газа в атмосфере. Относительно легко оценить так называемую приведённую толщину газового слоя. Эта полностью условная величина введена для упрощения расчётов. Предположим, что газ вдруг перестал расширяться и во всех точках имеет постоянное давление в 1 атмосферу. Какой высоты будет слой газа, обеспечивающий данное поглощение? Или такой пример: если взять за основу эксперимент с трубой, но предположить, что труба не может выдержать давления более одной атмосферы, то какой длины потребуется труба для обеспечения заданного поглощения? Вот длина этой трубы и была бы численно равна приведённой толщине газового слоя. Эксперимент с трубой позволил определить минимальное значение не менее 400 метров. Уточнённые оценки, сделанные по данной спектрограмме, показали ещё более эффектный результат 3,2 км. Это очень большая величина. Для сравнения: весь воздушный океан Земли соответствует приведённой толщине 8,5 км, а приведённая толщина углекислого газа в земной атмосфере всего 220 см.

В 1940 году астроном Руперт Вильдт сделал ещё один шаг. Он рассмотрел окна поглощения и излучения СО2 и, зная коэффициент отражения Венеры по телескопическим наблюдениям, получил, что температура на поверхности может достигать 135 С. По сути, именно он и является автором теории парникового эффекта, но в те годы его статья прошла практически незамеченной. Вторую жизнь она получила в 1952 году, когда Джерард Койпер готовил к переизданию свою книгу Атмосферы Земли и планет. Найдя эту статью, он заново пересмотрел расчёты и, используя более современные данные по Венере, вывел, что температура должна составить около 77 С.

В 1956 году было проведено первое наблюдения собственного радиоизлучения Венеры МакКлауфом, Майером и Слонейкером в диапазоне 3,15 см на 15-метровом радиотелескопе Морской исследовательской лаборатории США. Результат всех поразил. По полученному результату температура Венеры оказалась порядка 287 С для теневой стороны планеты, что заметно превышало любые другие расчёты и измерения. Решили изменить длину радиоволны на 9,4 см.

Было проведено два наблюдения и получены показатели 157 С и 467 С соответственно. Следующий эксперимент, проведённый Гибсоном и МакИваном в январе 1958 года, на длине волны 8,6 мм дал температуру 137 С 160 С. Но когда в сентябре 1959 года Кузьмин и Саломонович решили провести подобный эксперимент на только что запущенном в строй советском 22-метровом радиотелескопе, для 8 мм получили заметно более холодный результат 42 С.

Данные радиолокации пришлись весьма вовремя. К концу 50-х годов XX века спектроскопические методы изучения Венеры испытывали кризис. К тому моменту были известны несколько десятков линий поглощения в атмосфере Венере, но все они принадлежали углекислоте. Никаких других газов долго не удавалось выявить.
Сообщения об открытии новых газов в венерианской атмосфере порой вспыхивали, как искорки, но быстро перегорали. Например, советский астроном Козырев в 1954 году при изучении пепельного света Венеры получил большое число новых линий поглощения, американский астроном Ньюкирк подтвердил его данные. Часть линий Козырев отождествил с линиями сильно ионизированного азота, и если бы это оказалось правдой, то стало бы первым открытием азота в атмосфере другой планеты. Потом часть линий пытались объяснить ионизированным кислородом. В результате выяснилось, что это была ионизированная углекислота.

Самое неприятное, что никак не удавалось уверенно доказать наличие в атмосфере Венеры воды. Все наблюдения, направленные на это, показывали либо отрицательный результат, либо концентрацию, которую могли дать и следы влаги в земной атмосфере. Причём её нельзя было выявить даже косвенными методами. Например, под воздействием ультрафиолетового излучения Солнца вода и углекислота могли образовать формальдегид, но выявить формальдегид в атмосфере Венеры тоже не удалось. Или такой факт: высокое содержание углекислоты указывало на то, что в атмосфере Венеры нарушено так называемое равновесие по Юри. В условиях Земли углекислый газ активно связывается мировым океаном, преобразуясь в осадочные породы. Причём вода служит катализатором в этом процессе. И если на планете есть вода, то должно быть куда меньше угле кислого газа. Тем не менее облака над Венерой при хорошем телескопе были видны прекрасно, и если они состояли не из воды, то тогда из чего? Может, всё-таки из воды, но её не удаётся точно выявить из-за влаги в атмосфере Земли, воздействующей на показания спектрографа?

С этой ситуацией нужно было что-то делать. Скажем, попробовать так поставить эксперимент, чтобы вода из земной атмосферы не могла влиять на результат. В 1959 году была предпринята весьма занятная попытка. В 50-х годах научно-исследовательский центр ВМС США проводил обширную программу по запуску пилотируемых стратостатов (рис. 22). Изначально в полётах производилось изучение атмосферы Земли, но группа учёных из Университета Джона Хопкинса предложила проект получения инфракрасных спектров Марса и Венеры для поиска на них воды. Предложение было принято, и началась работа. На стратостат установили специально модифицированный телескоп со спектрографом. Предварительное наведение должен был осуществлять человек, затем наведение телескопа на планету контролировалось специальной автоматической следящей системой. Первая попытка состоялась в 1958 году, её целью был Марс. Из-за неисправной оболочки стратостата полёт пришлось отложить, и возможность изучить Марс в этом году была потеряна. В 1959 году пришла очередь Венеры.

image

В конце ноября 1959 года стратостат с пилотом Россом и наблюдателем Муром достиг высоты 24 км. На этой высоте количество водяных паров в атмосфере Земли не превышало 0,1% от общего значения. Росс и Мур направили телескоп на цель и смогли получить несколько инфракрасных спектров Венеры. Задача оказалась непростой. Колебания гондолы порой были так резки, что приходилось полностью прекращать работу. По мнению постановщиков эксперимента, даже то, что удалось получить хоть какие-то результаты, было само по себе удивительно. Но результат имелся: получилось выявить несколько линий поглощения воды. К сожалению, разброс значений оказался слишком велик, что ставило под большие сомнения полученные данные.

Также в 1959 году произошло ещё одно знаменательное событие, благодаря которому появился ещё один кусочек в венерианской мозаике: так называемое покрытие (затмение) Венерой одной из ярчайших звёзд на небе Регула (Альфа Льва). Такие затмения происходят крайне редко. В XX веке на тот момент было зафиксировано всего три подобных события. Покрытие Венерой Регула было рассчитано заранее, и крупные обсерватории готовились к нему. Большой удачей явилось то, что во многих пунктах наблюдения была хорошая погода. Как известно, когда звезда подходит к самому краю планетного диска, её свет начинает ослабляться. При этом ослабление вызывается не рассеиванием, а рефракцией света. Проходя через атмосферу Венеры, свет отклоняется от прямой траектории. Зная физические основы рефракции, можно очень точно вычислить параметры верхней атмосферы планеты. Правда, есть одно но: эти данные могут дать только некий коэффициент (абсолютную плотность атмосферы), связанный как с температурой, так и с молекулярным весом газа, вызывающим рефракцию. И только точно зная состав атмосферы, можно без особого труда вычислить её температуру и плотность на той высоте, на которой происходило покрытие.

В качестве основного газа атмосферы Венеры был принят азот; взяв его молярную массу, получили распределение плотности и температуры в верхних слоях. Эти данные вошли в первые модели атмосферы Венеры.

Автоматические межпланетные аппараты могли при правильном использовании дать ответы на многие загадки. Для оценки текущих знаний и анализа экспериментов Совет по исследованию космического пространства Национальной Академии наук США 24 июля 1960 года решил провести специальную конференцию по обсуждению параметров атмосфер Марса и Венеры. Именно к этим планетам в первую очередь предстояло отправить земные аппараты. Ввиду важности вопроса также было решено провести в Пасадене дополнительную конференцию в конце декабря 1960 года начале февраля 1961 года. Эта конференция, на которой присутствовал весь цвет американских планетологов, интересна тем, что по докладам, прозвучавшим на ней, хорошо видны представления о планетах в начале космической эры. По Марсу особых сомнений не возникало, чего нельзя сказать о Венере. Конференция наглядно выявила: непротиворечивой теории, описывающей структуру венерианской атмосферы, нет! Каждый планетолог отстаивал свою версию, и ни одна гипотеза не была свободна от внутренних проблем. Среди научных предположений порой были весьма занятные. В частности, хотелось бы упомянуть об очень экстравагантной теории доктора Хойла. По ней Венера была покрыта океаном, в котором вода находилась под громадным слоем нефти.
И эта гипотеза тоже была хорошо проработана и неплохо объясняла часть имеющихся данных.

Основными на тот момент можно считать три теории структуры атмосферы Венеры. Все они были разработаны для объяснения высокой радиояркостной температуры, полученной радиоастрономами. Здесь нужно чётко понимать, о чём шла речь. До той поры имелось всего восемь точек на графике радиоизлучения Венеры в зависимости от длины волны. Точность этих измерений, к сожалению, была низка из-за собственных шумов приёмника, эксперименты проводились на пределе чувствительности приборов. Но они в целом показывали, что излучение Венеры на разных частотах радиоизлучения различно.

В миллиметровом диапазоне температура была относительно невелика, градусов 5070 по Цельсию, но могла существенно превышать значение 300 С в сантиметровом диапазоне. Нужно было понять, откуда идёт это излучение. Для объяснения вырисовывающейся картины были разработаны два типа гипотез: горячего низа и холодного верха и, соответственно, горячего верха и холодного низа (рис. 23).
image

Под горячим низом подразумевалась поверхность планеты. И именно она, по теории первого типа, была раскалена до чудовищных температур; холодное излучение шло с более высоких слоёв атмосферы например, от облаков. Классическим представителем первого типа была парниковая гипотеза. Её весьма тщательно проработал Карл Саган. Углекислый газ сам по себе, казалось бы, не мог вызвать такой нагрев, это выходило из расчётов Вильдта и Койпера. Карл Саган тщательно повторил расчёты и показал, что поглощение только в углекислоте никак не могло объяснить экспериментальные данные. Но если добавить в атмосферу Венеры хоть немного водяных паров всё менялось. Водяной пар очень хороший парниковый газ. Он мог задержать излучение в инфракрасном диапазоне, что и вызывало сильный нагрев поверхности.

Парниковая гипотеза рисовала весьма скучный мир. Температура на поверхности более 300 С, давление могло достигать нескольких атмосфер. На Венере должно быть сухо, безветренно, темно и жарко. Солнце можно было бы наблюдать только в виде красноватого диска. Надежд на венерианскую жизнь парниковая гипотеза почти не оставляла. На начало 1960-х годов именно она была проработана лучше любой другой, хотя и у неё имелось несколько недостатков.

Например, тот факт, что с водой на Венере были проблемы. Эрнст Эпик раскритиковал парниковую гипотезу и предложил свою. Он назвал её эолосферной, в честь Эола древнегреческого бога ветра. Дело в том, что поляриметрическая кривая облаков была похожа куда больше на кривую пыли, нежели воды. Согласно этой гипотезе, облака, которые все наблюдали, были не облаками, а грандиозной пылевой бурей, охватившей всю планету. Она закрывала поверхность Венеры гигантской мантией, а за счёт трения песчинок о поверхность повышалась температура.

Впрочем, при расчёте данных по давлению и температуре на поверхности Венеры они оказывались похожи на результаты, получаемые при парниковой гипотезе. Так же, как и в парниковой гипотезе, получалось, что температура на поверхности более 300 С, давление до 4-х атмосфер. Сухо, но очень пыльно и ветрено. Увы, обе эти теории не оставляли надежд на наличие на Венере жизни.

Впрочем, была ещё теория горячего верха ионосферная. По ней более низкая температура принадлежала поверхности, а высокая вызывалась излучением ионосферы планеты. В этом случае на Венере действительно была бы вполне сносная температура около 27-ми градусов Цельсия. А вполне возможно, и жизнь. Во многом эта гипотеза основывалось на более раннем предположении, построенном на теории возникновения планет в Солнечной системе.

Венера представлялась облачным двойником Земли, находящимся в той ситуации, которая сложилась на нашей планете миллионы лет назад, в каменноугольный период. Тёплый и влажный климат с изобилием влаги, пасмурным небом и органическим миром, похожим на тот, что был в конце палеозойской эры. Там, думали романтически настроенные учёные, растут тропические сады и гуляют предки динозавров. Затерянный мир, который ждёт своих профессоров Челленджеров. Ведь это была целая неизведанная планета! Писатели и художники изображали будоражащий воображение мир во всем полноцветии красок.

В 1961 году в СССР вышел художественный фильм Планета Бурь режиссёра Павла Клушанцева (рис. 24). Клушанцев был очень успешным режиссером-документалистом и отличался дотошным научным подходом. Это был его единственный художественный фильм по одноимённой повести Александра Казанцева. В начале фильма он честно предупреждал зрителей: Научные сведения о планете Венера скудны и противоречивы. Лишь фантазия способна заглянуть в неоткрытый мир. Он может оказаться и не таким, как в нашем фильме. Но мы верим в грядущий подвиг советских людей, которые воочию увидят планету бурь.

image

В кинокартине зрители увидели инопланетные пейзажи, подводные путешествия, агрессивную флору и фауну. Они путешествовали и спасались вместе с героями от вулкана И не было тогда на всей нашей планете человека, который мог уверенно доказать, что это не так. Три предположения. Три разных мира. Ни одна гипотеза не могла вместить в себя все имеющиеся данные. Каждая из них хорошо объясняла одни факты и полностью опровергалась другими. Нужны были более детальные данные, чтобы понять, какая из гипотез верна.

Это фрагмент моей книги Венера. Неукротимая планета. Также сейчас идет сбор на мою новую книгу. Его можно поддержать здесь.
Подробнее..

Увлекательная дорога в ад США собираются отправить две миссии на Венеру до 2030 года

03.06.2021 20:19:56 | Автор: admin

Соседка нашей Земли, Венера, многие века притягивает взор землян. Обычные люди просто любуются звездой, ученые же пытаются изучить Венеру. Ранее считалось, что, поскольку планета похожа по многим параметрам на Землю, то там есть жизнь. Помню, читала еще советскую фантастику, авторы которой населяли планету то подобием земных динозавров, рассказывая о том, что Венера проходит ранние этапы становления жизни, то разумными обитателями.

Больше всего, впрочем, запомнился короткий рассказ Рэя Брэдбери Все лето в один день. В нем была показана сложная жизнь колонистов планеты, которые видят Солнце два часа раз в семь лет. Все остальное время идет дождь. Если кто не читал обязательно ознакомьтесь, рассказ короткий, но очень эмоциональный. Как бы там ни было, во второй половине XX века мы узнали, что Венера это раскаленный ад, а не рай, где постоянно идет дождь и бурлит жизнь. И в этот ад собираются отправить две новые миссии.

Что за миссии и кто их организовывает



Первая миссия называется Davinci+, вторая Veritas. Организатор NASA. Глава космического агентства заявил, что обе ставят своей целью изучение особенностей развития Венеры. Специалисты хотят понять, как и почему планета развивалась по текущему пути, достигнув этапа, на котором по поверхности вполне могут существовать лужи расплавленного свинца, а в атмосфере идут дожди из серной кислоты.

Интерес к планете не угасал многие годы, но, конечно, одного интереса мало для исследований нужны деньги. И сейчас НАСА выделило из бюджета средства на два проекта.

DAVINCI+ (Deep Atmosphere Venus Investigation of Noble gases, Chemistry, and Imaging). В его рамках NASA отправляет к Венере аппарат, который будет изучать атмосферу утренней звезды. Научные приборы, размещенные на борту станции, займутся измерением концентрации различных газов и других химических элементов и их соединений.

Кроме того, аппарат оснастят камерами, которые смогут впервые в истории прислать на Землю фотографии высокого разрешения. Фотографировать будут тессеры элементы рельефа планеты, которые представляют собой возвышенные над поверхностью участки. Аппарат сначала изучит верхние слои атмосферы, а затем начнет поиски следов недавней вулканической активности у поверхности. Модуль будет спускаться к поверхности около часа, изучая по мере спуска все, что его окружает. В себе его будет нести межпланетная станция, задача которой доставить модуль на Венеру и сбросить в атмосферу по прибытию на орбиту планеты. После этого станция останется на орбите и будет изучать геологическое строение планеты.


На борту DAVINCI+ установят еще и ультрафиолетовый спектрометр, который позволит детально изучать атмосферу Венеры и ее особенности.

Разработал миссию Центр космических полетов НАСА имени Годдарда. Глава руководитель научного подразделения Центра, которого зовут Джеймс Гарвин (James Garvin).

Ученые надеются, что миссия позволит узнать гораздо больше об атмосфере Венеры, а также о ее поверхности. Что касается последней, то специалисты до сих пор оперируют с данными 30-летней давности. Геологическая активность Венеры остается под вопросом.

Но самое интересное это наличие фосфина в атмосфере планеты, в верхнем слое. Эксперты считают, что самый вероятный сценарий попадания этого соединения в атмосферу живые организмы. Конечно, не исключены и иные пути, но хотелось бы считать, что на Венере все-таки есть жизнь, хотя бы и парящая в облаках.

VERITAS (Venus Emissivity, Radio Science, InSAR, Topography, and Spectroscopy). Ее задача картирование поверхности планеты (насколько это возможно в условиях столь плотной атмосферы и облачности). Систему оснастят радаром, который поможет пробиться к поверхности. Аппарат будет находиться на орбите Венеры. Кстати, одна из его задач поиск источников инфракрасного излучения, что дает ученым возможность искать активные вулканы и тектонические плиты. Ученые надеются на то, что им удастся найти аналоги океанических хребтов и обнаружить другие интересные детали поверхности Венеры.


VERITAS оснастят атомными часами, которые помогут в ходе реализации радионаблюдений и маневров.

Программу подготовила Лаборатория реактивного движения НАСА. Возглавляет ее планетолог лаборатории Сюзанна Смрекар (Suzanne Smrekar).

Планов громадье


Последним аппаратом, изучавшим Венеру, стала межпланетная станция НАСА Малеггал. Она провела подробное радиолокационное картографирование Венеры с ее орбиты. Аппарат запустили в 1989 году, а проработал он до 1994 года.

В 1990 году Магеллан вышел на вытянутую полярную орбиту вокруг Венеры, с минимальной высотой 295 км и максимальной 8500 км. Период обращения составлял 195 минут. За два года аппарату удалось картографировать около 98% поверхности планеты. Есть и стереоизображения, но лишь для пятой части поверхности.

Как оказалось, на Венере не так и много кратеров, но зато есть различные образования вулканического происхождения, включая лавовые равнины и другие объекты. Поверхности Венеры при этом всего 700 млн лет в большинстве случаев, что по геологическим меркам очень мало.

Магеллан изучал и гравитационное поле планеты, что позволило понять особенности Венеры. Начиная с 1994 года орбиту аппарата стали снижать для того, чтобы получить возможность изучать верхние слои атмосферы. 12 октября 1994 года аппарат снизился еще сильнее и контакт с ним был потерян это не катастрофа, а запланированный эксперимент.



После этого Венерой НАСА не занималось, планета стала своего рода отрезанным ломтем. Бюджет не выделялся, соответственно, никаких шагов в направлении разработки миссий никто не принимал. Все изменилось несколько лет назад НАСА объявило конкурс по разработке и выбору наиболее интересных миссий к соседке Земли. Неудивительно, что одна из выбранных экспертами программ ставит своей целью изучение наличия фосфина и возможного обнаружения жизни.

Миссии планируется запустить в 2028 и 2030 годах, так что ждать относительно немного.

Подробнее..

Поиски жизни на Венере

16.09.2020 12:14:05 | Автор: admin
image

В связи с текущим венерианским ажиотажем решил выложить компиляцию из двух глав Тайна облаков и " Романтикам ХХ от прагматиков ХХI века" из своей книги Венера. Неукротимая планета.



Мы многое узнали о Венере в ХХ веке. Стало окончательно известно, как выглядит наша космическая спутница: построены
детальные карты её поверхности, получены панорамы венерианских пейзажей. Но, возможно, у читателей возникли вопросы: Зачем было всё это? Для чего страны тратили сотни миллионов рублей или долларов? Чтобы просто получить несколько фотографий с другой планеты? И это итог всей программы?
Для начала не следует забывать, что основной причиной полётов к Венере была всё-таки не столько чистая наука, сколько романтика первопроходцев. Венера и Марс в начале 60-х годов ХХ века виделись новыми материками, куда ещё не доплыли первооткрыватели, и тогда казалось, что исследовать Венеру и Марс необходимо уже ради того только, чтобы у пионеров-колонизаторов этих планет было бы как можно меньше проблем. И такое мнение бытовало как в СССР, так и в США.

image

Для примера можете посмотреть на советский график (рис. 180) освоения Марса и Венеры. Причём этот график не просто чья-то фантазия нет, он иллюстрирует реальный план, принятый руководством СССР в 1960 году. Пилотируемый полёт на Венеру казался совершенно логичным шагом после АМС. И в целом, несмотря на проблемы с финансированием и на нарушение сроков, работа по данному направлению велась. Более того: пилотируемый полёт на полном серьёзе обсуждался на официальной пресс-конференции, посвящённой итогам работы Венеры-4. Келдыш тогда признал
подобное развитие событий вполне реальным.

Только хотелось бы напомнить, что это произошло до того, как совместная обработка информации с Венеры-4 и Маринера-5 показала реальную картину на Планете Бурь. Так что, возможно, это было последнее обсуждение данного вопроса на официальном уровне.

Увы, очень скоро стало очевидно, что человек не сможет высадиться на поверхность Венеры. Температура под 500С и давление около 100 атм не давали человеку ни единого шанса. Вот только сразу возник вопрос: а зачем, собственно, высаживаться на саму планету? Только из-за того, что мы привыкли жить на поверхности Земли? Что за поверхностный шовинизм? Скажем, на высоте 53 км от поверхности Венеры температура 30 градусов, а давление 0,6 атм (таблица 1). При таких параметрах человек вполне может жить. Также вокруг будет атмосфера из углекислоты, из которой, при определённом желании, можно получать кислород. Воды мало, но при правильной постановке задачи атмосферным колонистам вполне реально обойтись даже подоб ной концентрацией. Главное пропустить через водопоглотитель как можно больше атмосферы.

Более того, гипотеза о возможности жизни на Венере вовсе не умерла, как можно было бы подумать, даже после прямого эксперимента на Венере и гибели ионосферной теории. Примером могут быть несколько статей, опубликованных в 1968 году и основанных на данных Венеры-4 и Маринера-5. Причём они публиковались вовсе не в жёлтых газетах. Нет, это были серьёзные и уважаемые журналы: Science News, Nature, информация из которых была изложена в журнале АН СССР Природа.

Например, профессор Гарольд Моровитц (один из ведущих специалистов НАСА по биофизике) предполагал, что жизнь на
Венере существует, но не на поверхности, а в атмосфере. В облачном слое есть как раз подходящий диапазон температур и давлений, комфортных для жизни. Там достаточно углекислого газа, солнечной радиации и воды другими словами, всех необходимых компонентов для фотосинтеза, констатировал он.

Моровитц полагал, что по форме организмы представляют собой нечто вроде плавающего пузыря, наполненного водородом. Молекулярный водород они могли бы получать из воды при фотосинтезе в земных условиях такие организмы известны. По расчётам, их размеры могли бы составлять порядка 4 см в диаметре или больше.

Возможно, жизнь на Венере, писал Моровитц, возникла на поверхности, когда там были умеренные условия. Когда же условия изменились, организмам пришлось искать подходящие условия в облаках.

В общем, тяжёлые условия на поверхности слабо смутили романтиков, и в конце 60-х годов успело появиться достаточно много проектов венерианских атмосферных городов и поселений. Да и было в таких атмосферных городах что-то действительно неземное. Увы, довольно скоро удалось выяснить, что в атмосфере Венеры важную роль играет серная кислота, и это открытие оказалось уже куда более неприятным. По сути, оно не отменяло идеи плавающих поселений, но делало их куда более сложными в реализации.
Однако человеческая мысль не стоит на месте. Практически сразу появилась другая идея: если человечеству сложно приспособиться к условиям на Венере, нужно Венеру приспособить для человека. Это было ещё сложнее, зато открывало поразительные возможности. Если же посмотреть в будущее и начать фантазировать, то Венера видится очень эффектным полуфабрикатом для создания планеты, похожей на Землю. Для такого процесса есть даже специальное
слово терраформирование. В этом вопросе Утренняя звезда куда лучше Марса, так как последний, даже при самых оптимистичных планах, не сможет долго удерживать плотную атмосферу, аналогичную земной, в которой человек мог бы обходиться без скафандра: у Марса для этого слишком маленькая масса.

Венера же для этих целей выглядит предпочтительнее. На ней есть все элементы, из которых можно создать земную атмосферу и гидросферу. Нет оснований полагать, что текущие венерианские параметры единственно возможные. Уже сам факт более высокой температуры на поверхности Венеры, чем на Меркурии, находящемся куда ближе к Солнцу, намекает на то, что теоретически могут существовать совершенно другие характеристики условий при одинаковой солнечной постоянной. Вполне реально не только повысить, но и понизить температуру об этом говорят, например,
земные расчёты последствий ядерной зимы. По этим моделям, сажа от пожаров городов, попав в стратосферу, должна привести к снижению температуры поверхности Земли на десятки градусов.

Так что приведение условий на Венере к привычным земным не следует считать слишком вольным предположением.
Как же это сделать? Пока можно назвать только один путь. Ещё в 60-х Карл Саган предложил забросить на Венеру микроорганизмы для переработки её атмосферы (рис ниже). Правда, он тогда не знал про серную кислоту, но её наличие не может быть препятствием. Даже на Земле есть так называемые сульфатредуцирующие бактерии, хорошо себя чувствующие в серной кислоте и использующие её в своём жизненном цикле.

image

Конечно, подобные микроорганизмы для возможной перестройки атмосферы Венеры будет необходимо создать, и опыта в воплощении проектов такого рода на Земле нет. Также очевидно, что это будет очень масштабный проект, не имеющей даже малейшего аналога в истории человечества. Но если он когда-либо будет реализован, то человечество, по сути, создаст своими руками ещё одну планету, пригодную для жизни.
С точки зрения безопасности не ясен только вопрос защиты от радиации при отсутствии магнитного поля. И инженеры-терраформирователи вполне могут основательно помучиться, решая данную задачку.

Но это в отдалённом будущем. Увидеть голубое небо и белые венерианские облака, вероятно, смогут только наши прапраправнуки.

Какой же смысл изучать Планету Бурь сейчас? Или же можно с уверенностью утверждать, что у нашей небесной спутницы больше нет белых пятен?
На самом деле их гораздо больше, чем кажется на первый взгляд. Мы ничего не знаем о характеристиках ядра планеты, у нас есть только предварительные модели. О том, что Венера сейчас активна в геологическом смысле, говорит много фактов. На одном из снимков Магеллана, как предполагается, зафиксированы действующие вулканы. Среди данных с Пионер-Венеры были найдены циклические изменения соединений серы, которые, возможно, связаны с вулканической деятельностью, а сейсмометр Венеры-13 зафиксировал два небольших толчка. И совсем недавно Venus-Express передал тепловую карту района Венеры на котором запечатлен действующий вулкан (рис. 168). Но по этим данным построить детальную схему внутренностей планеты нельзя.
Чтобы разобраться с этим вопросом, желательна станция уровня ДЖВС. А лучше всего венероход на её базе.

Вопросы есть и об атмосфере Венеры. Да, конечно, одним из основных элементов облачного слоя является серная кислота, сей факт не вызывает сомнений. Но при всём при этом она гарантированно зафиксирована только в небольшом диапазоне высот. Точная концентрация в зависимости от высоты, а главное, что ещё есть в атмосфере, кроме неё, пока не известно. А химия атмосферы Венеры явно куда сложнее земной. Помимо соединений серы, там имеются соединения хлора, фосфора, а также, возможно, ртути.
В определённом смысле, доставка образца атмосферы Венеры в чем-то интереснее доставки её грунта. А также и проще. Да и долговременный аэростатный зонд, аналогичный тому, что разрабатывался в раннем варианте Веги или для проекта BVS, был бы очень интересен. Увы, пока такие миссии никто не планирует.

Также нельзя не упомянуть версию о том, что на нашей соседке и сейчас существует жизнь. В 2012 году научный мир всколыхнула статья Возможное обнаружение жизни на планете Венера. Её автор известный планетолог Леонид Ксанфомалити, а опубликована она была в Докладах Академии наук. В статье по анализу панорам Венеры автор делает вывод, что некоторые детали изображений могут быть свидетельством наличия и деятельности живых существ. Более того, по его мнению, Венера-9 стала причиной первой земной агрессии: при посадке она раздавила венерианское
существо, и оно, отползая от станции, оставило кровавый след.

Статью читать действительно интересно, но, по мнению автора книги, приведённые примеры всё-таки не являются свидетельством существования венерианской жизни. Анализ панорам происходил на пределе разрешения телефотометров, многие анализируемые объекты имеют размеры буквально в несколько пикселей. А среди учёных существует такое правило: Серьёзные утверждения требуют серьёзных доказательств. Жизнь на Венере это действительно серьёзное открытие, и для доказательств нужны более весомые аргументы, нежели анализ считанных пикселей на нескольких панорамах. Впрочем, возможно, наиболее интересные вопросы и открытия касаются не настоящего Венеры, а её прошлого.

Да, сейчас Венера представляет собой раскалённый ад. Находясь ближе к Солнцу, Венера получает почти в два раза больше тепла, нежели Земля, что является одной из причин как высокой температуры на её поверхности, так и высокого давления.

Но давайте перенесёмся в прошлое. Наше Солнце это обычная звезда, и в своём развитии она прошла все те изменения, через которые проходят другие звёзды, и изменения эти нами уже достаточно хорошо изучены. В частности, на данный момент светимость Солнца растёт. Другими словами, раньше было время, когда Венера получала столько же солнечной радиации, сколько сейчас получает Земля. Соответственно, и условия на её поверхности были очень похожи на земные. Там, возможно, плескались океаны, в которых, скорее всего, была жизнь, по суше ходили динозавры, а в облаках летали ящеры. Потом, с повышением температуры, океаны высохли, осадочные породы вроде известняка после
отжига выделили в атмосферу СО2.

По этой версии, даже земная жизнь может быть наследницей венерианской! Ещё в начале двадцатого века шведский учёный Сванте Аррениус рассчитал, что бактериальные споры вполне в состоянии осуществлять полёт с одной планеты на другую под давлением солнечного света. Но такое распространение может быть только в сторону от Солнца. То есть с Земли на Венеру споры перелететь бы не сумели, зато путь с Венеры на Землю уже вполне возможен.
О том, что раньше планета-соседка имела совершенно другую гидро- и атмосферу, убедительно говорит много разных факторов. Например, её рельеф. На нём практически нет следа ранней метеоритной бомбардировки того самого следа, который хорошо виден на Меркурии, Луне и даже Марсе. Нет таких шрамов и на Земле. Конечно, они когда-то были, но активная геологическая жизнь нашей планеты смела их. Да, на Венере есть метеоритные кратеры, но, как уже писалось, все они крайне молоды.
Очень похоже, что появились они уже после того, как планета заполучила плотную атмосферу и избавилась от биосферы
с гидросферой. Так что изучать её интересно хотя бы для того, чтобы понять, что ждёт нашу планету в будущем, когда повышенная активность Солнца превратит Землю во вторую Венеру. И может, будет придуман способ, как всего этого избежать?

Также, если жизнь когда-то была, её следы до сих пор там. Они скрыты в венерианских отложениях под осадочными породами, но они обязаны там быть и, как надеется автор, ждут своих учёных. Можно ли их обнаружить сейчас, нашими методами? Опять же, шансы на это есть. По мнению планетолога А. Т. Базилевского, для этого нужно постараться взять пробу грунта на тессерах, одних из самых древних образований на Венере. Собственно именно там планируется посадка Венеры-Д

Еще лучше доставить хоть небольшой фрагмент на Землю. Даже щепотка подобной породы могла бы закрыть многие космогонические вопросы. Что интересно, пока ни одна земная станция не совершила посадку в подобном
районе. По ряду причин так вышло случайно, ведь когда создавали станции, рельеф представляли очень приблизительно.
Впрочем, будем надеятся, что в двадцать первом веке будут получены ответы на все вопросы.
Подробнее..

Покорение Венеры Индия запустит орбитальный зонд Шукраян-1

26.11.2020 12:17:06 | Автор: admin

Индийское аэрокосмическое агентство (ISRO, Indian Space Research Organisation) запустит первую свою миссию к Венере. По планам, в декабре 2024 года к планете полетит орбитальный зонд Шукраян-1 (Shukrayaan-1). На борту корабля будет установлен спектометрический комплекс, разработанный совместно с российскими учеными VIRAL. Основная цель индийской миссии составить карту поверхности и недр Венеры, изучить взаимодействие солнечных потоков с ее ионосферой. Особое внимание будет уделено химическому составу атмосферы планеты.

Облака из серной кислоты, ураганные ветры, огромное давление и температура, при которой плавится свинец. Это не фантастическая картина конца света, предсказанного Гретой Тунберг. В целом обстановка на Венере далеко не оптимальна для изучения планеты, а воздух над ней и вовсе напоминает полужидкий-полугазообразный океан. Но это не останавливает ISRO, которое 3 года назад объявило о желании отправить к Венере орбитальный зонд Шукраян-1. И это желание реализовано! Если все пойдет хорошо, то космический аппарат сможет в течение 4 лет исследовать планету.

Миссия Шукраян-1
Фото: ISRO


Изначально предполагалось, что зонд отправят на год раньше. Но старт приходится откладывать из-за задержек, связанных с пандемией. Оптимальное окно для запуска миссий к Венере, когда планета ближе всего к Земле, наступает примерно каждые 19 месяцев.

Точная конфигурация миссии пока не установлена, с ней определятся в ближайшие 3-6 месяцев. На данный момент вес Шукраян-1 составляет 2500 кг, из которых от 100 до 175 кг отведено на научные приборы. В перечне кандидатов на полет со спутником20 приборы из России, Франции, Швеции и Германии. По заявлению Французского космического агентства (CNES), созданный совместно с Роскосмос прибор VIRAL (или Venus Infrared Atmospheric Gases Linker) также полетит на Шукраян-1.

Фото: Unsplash

До Венеры зонд будет лететь в течение нескольких месяцев. А потом выйдет на высокоэллиптическую орбиту в 500 на 60 тыс. км вокруг планеты. Через год, используя воздушное торможение, он снизится до орбиты в 200 на 600 км, с которой будет проводить научные исследования.

Почему Венера?


Исследование Венеры началось еще в 1960-х годах, когда планету изучали с помощью облетов, орбитальных зондов, нескольких спускаемых аппаратов. Ученые надеялись обнаружить на планете условия пригодные для жизни.

Схема автоматической межпланетной станции Венера-5, 1969 год
Фото: ТАСС


Атмосфера Венеры состоит на 96,5% из углекислого газа, на 3,47% из азота. Кислорода там нет вообще. На высоте 50-65 км над планетой атмосфера, температура и давление почти такие же, как на Земле. Некоторые ученые даже предлагали колонизировать именно верхние слои венерианской атмосферы.

Вокруг Венеры за последние 30 лет облетело всего 3 аппарата, сделанных руками человека., Сейчас космические агентства по всему миру вновь проявляют интерес к загадочной планете близнецу Земли.

Изучать Венеру планируют не только индийцы. В этом году NASA запланировала две миссии к Венере, рассматривая возможные запуски на 2025 и 2028 годы. Вероятно, к 2030 году Европейское космическое агентство отправит к Венере аппарат EnVision. В России ведут работы над концепцией орбитального аппарата и посадочного модуля Венера-Д, который отправится в путь не ранее 2023 года.

С индийским размахом


Индию называют шестой космической державой в мире. Страна имеет собственную пилотируемую программу, самостоятельно запускает спутники связи, возвращаемые космические аппараты и автоматические межпланетные станции к Луне и Марсу.
С 2008 года в Индии реализуют программу исследования Солнечной системы.

К 2022 году страна собирается отправить пилотируемую миссию к Луне. На данный момент, к Луне отправляют пилотируемые миссии с собственными ракетами-носителями только три страны: Россия, США и Китай. Остальные используют иностранные аппараты.

ISRO назвало Лунную миссию Гаганьян (Gaganyaan). На полет будет потрачено 1,28 млрд рупий (~ $17,3 млн). В миссии будет задействована самая мощная в Индии одноразовая ракета-носитель Geosynchronous Satellite Launch Vehicle Mark III.

Подробнее..

Перевод Была ли когда-нибудь жизнь на Марсе и Венере?

03.05.2021 20:08:12 | Автор: admin

Вопрос о жизни во Вселенной один из самых неясных во всей науке. Мы знаем, что на Земле есть жизнь, что все живые организмы на Земле произошли от одного общего предка, уходящего корнями в прошлое на миллиарды лет, и что жизнь непрерывно существует на Земле уже более 4 миллиардов лет по крайней мере 90 % времени существования нашей планеты.


Но нам неизвестно, насколько распространена жизнь в других уголках Вселенной, если она вообще существует. У нас нет информации о жизни в других мирах нашей Солнечной системы, о жизни в других звёздных системах или вообще о разумной жизни во Вселенной. Все, что у нас есть это уверенность в том, что в каких-то местах жизни быть не может.

На каждой планете, где могла возникнуть жизнь, события в какой-то момент могут повернуться так, что жизнь на ней и вправду может возникнуть. Мы знаем, что Земля свой шанс реализовала, но по крайней мере две других планеты нашей молодой Солнечной системы Марс и Венера имели не меньшие шансы. Могла ли на них существовать жизнь, если не сейчас, то в далёком прошлом? Этим вопросом задалась Кэрол Лэйк, сформулировав его так:

"Возможно ли, что Марс и Венера были обитаемыми планетами? Изменение климата Земли убивает её, изменение климата убьёт все живое на планете, и перейдёт ли Земля в категорию планет, на которых жизни нет, но её зарождение возможно?"

Это интересный вопрос, поскольку и Марс, и Венера миллиарды лет назад пережили катастрофические климатические пертурбации. Вот что, исходя из наших знаний, продолжает оставаться возможным.

Хотя сейчас мы считаем, что понимаем, как сформировались Солнце и наша Солнечная система, это понимание не более чем умозрительные рассуждения. Когда речь идёт о том, что происходит сегодня, мы можем говорить только о выживших. То, что происходило на ранних этапах, не идёт ни в какое сравнение с тем, что происходит сейчасХотя сейчас мы считаем, что понимаем, как сформировались Солнце и наша Солнечная система, это понимание не более чем умозрительные рассуждения. Когда речь идёт о том, что происходит сегодня, мы можем говорить только о выживших. То, что происходило на ранних этапах, не идёт ни в какое сравнение с тем, что происходит сейчас

Давайте вернёмся далеко-далеко назад, примерно на 4,6 миллиарда лет к самым ранним дням формирования нашей Солнечной системы. Когда происходит формирование звёздных систем, подобных нашей, некоторые вещи должны происходить в определённом порядке. Если взять событие возникновения нашей Солнечной системы, мы предполагаем, что происходили следующие события:

  1. молекулярное облако газа стало сжиматься под действием собственной гравитации,

  2. регионы с наибольшей концентрацией вещества "сжимались" быстрее,

  3. что привело к образованию новых звёзд и звёздных систем в областях наибольшего сжатия (коллапса),

  4. в которых скопления с наибольшей массой росли быстрее всего, превращаясь в самые массивные звёзды,

  5. более мелкие скопления росли медленнее, превращаясь в звёзды меньшей массы,

  6. и вот, одно из таких малых скоплений, имеющее одну большую первоначальную (центральную) массу, стало протозвездой, которая со временем превратилась в наше Солнце.

Эта центральная масса продолжала расти, излучая колоссальное количество радиации, и медленно наращивать температуру ядра. По мере плавного концентрирования вещества вокруг центральной протозвезды, вокруг неё также формировался газопылевой диск. В этом диске образовались гравитационные неустойчивости, которые привели к образованию планетезималей зачатков того, что в конечном счёте станет планетами.

Что происходило дальше, точно сказать трудно, так как формирование планет хаотичный процесс. Вокруг формирующейся в центре звезды или протозвезды существуют три "зоны", определяющие типы формирующихся в итоге элементов.

  • Во внутренней, самой близкой к звезде зоне, находится так называемая "линия сажи". Внутри этой зоны многие углеродсодержащие молекулы, считающиеся предвестниками жизни, например полициклические ароматические углеводороды, разрушаются. В самой внутренней области могут выжить только тяжёлые элементы, например металлы.

  • За линией сажи могут встречаться сложные соединения, но только не лёд: ни водяной, ни аммиачный, ни сухой, ни азотный и т.д. Внутри линии промерзания такие летучие соединения будут испаряться. Молодые Венера, Земля и Марс находились за линией сажи, но до линии промерзания.

  • Снаружи линии промерзания могут стабильно существовать все летучие соединения. Различные ледяные образования здесь прекрасно сохраняются; со связанными с газовым гигантом большими количествами водорода и гелия ничего не происходит; здесь часто встречаются тела, похожие на астероиды и кометы.

Со временем образующиеся планетезимали начинают гравитационно взаимодействовать, расти, сливаться в одно целое и хаотично влиять друг на друга. Некоторые тела падают прямо на Солнце, другие выталкиваются за пределы Солнечной системы, третьи присоединяются к более крупным массам. В конечном итоге достигается стабильная планетарная конфигурация.

На раннем этапе Солнечная система была наполнена кометами, астероидами и небольшими сгустками материи, которые сталкивались со всем, что попадалось им на пути. Именно в течение этого периода, известного как последняя метеоритная бомбардировка, во внутренних мирах Солнечной системы могла образоваться большая часть воды, в том числе на ЗемлеНа раннем этапе Солнечная система была наполнена кометами, астероидами и небольшими сгустками материи, которые сталкивались со всем, что попадалось им на пути. Именно в течение этого периода, известного как последняя метеоритная бомбардировка, во внутренних мирах Солнечной системы могла образоваться большая часть воды, в том числе на Земле

На этих последних этапах судьба летучих соединений, связанных с объектами за линией промерзания, может быть двоякой: они либо бомбардируют одну из выживших планет, либо рассеются по другим местам. (Считается, что вода на Земле и других внутренних планетах возникла именно по этой причине).

Как правило, мест, в которых могут возникнуть такие объекты, в долгосрочной перспективе должно остаться только два: снаружи от первоначальной линии промерзания, но внутри орбиты следующей планеты, и за орбитой последней планеты Солнечной системы. Эти места в нашей Солнечной системе соответствуют поясу астероидов и поясу Койпера / облаку Оорта.

И вот, мы добрались до момента времени 4,5 миллиарда лет назад, когда в Солнечной системе существовали три относительно похожих друг на друга мира. Венера, Земля и Марс были каменистыми планетами с тонкими, но довольно плотными атмосферами, на их поверхности присутствовала вода, часть которой, по всей видимости, была в жидком состоянии, и все планеты были чрезвычайно богаты органическими соединениями: молекулами предвестниками жизни.

Земля (слева) и Венера, как видно в инфракрасном диапазоне (справа), имеют почти одинаковые радиусы. Радиус Венеры составляет приблизительно 90-95 % радиуса Земли. Однако из-за близкого к Солнцу Венеру раньше всех постигла совершенно иная, печальная участь. Возможно, примерно через миллиард лет и Земля пойдёт по стопам ВенерыЗемля (слева) и Венера, как видно в инфракрасном диапазоне (справа), имеют почти одинаковые радиусы. Радиус Венеры составляет приблизительно 90-95 % радиуса Земли. Однако из-за близкого к Солнцу Венеру раньше всех постигла совершенно иная, печальная участь. Возможно, примерно через миллиард лет и Земля пойдёт по стопам Венеры

Встаёт главный вопрос: что произошло?

Что такого могло произойти на Венере, что сегодня она превратилась в адское пекло? Когда это произошло? Как это произошло? и могла ли жизнь существовать и развиваться на этой планете до этого катастрофического события?

Что такого произошло на Марсе, что он утратил атмосферу, высох и промёрз? что привело к тому, что биологические процессы, которые мы связываем с жизнью, стали либо невозможными, либо настолько редкими, что мы не видим даже их признаков?

И что происходит на Земле сейчас? Может ли Земля повторить судьбу Венеры или Марса, некогда пригодных для жизни (или, по крайней мере, потенциально пригодных), на которых существование жизни, какой мы её знаем, теперь абсолютно невероятно?

Совершенно точно можно сказать одно: несмотря на все недостатки теорий происхождения жизни на Земле, мы знаем, что, как только жизнь пришла на нашу планету а это случилось более 4 миллиардов лет назад, жизнь на ней сохранилась и развивалась в форме непрерывной цепи происходящих с тех пор событий. Хотя Земля пережила периоды массовых вымираний, они лишь способствовали тому, что выжившие виды размножались и заполняли освободившиеся экологические ниши. Наша планета остаётся живой.

При построении этой топографической карты Марса прибор MOLA (Mars Orbiter Laser Altimeter), установленный на аппарате Mars Global Surveyor, совершил более 200 миллионов измерений лазерным альтиметром. Всё, что имеет темный или светло-голубой цвет, а также некоторые более зелёные участки, вероятно, когда-то давно были покрыты водойПри построении этой топографической карты Марса прибор MOLA (Mars Orbiter Laser Altimeter), установленный на аппарате Mars Global Surveyor, совершил более 200 миллионов измерений лазерным альтиметром. Всё, что имеет темный или светло-голубой цвет, а также некоторые более зелёные участки, вероятно, когда-то давно были покрыты водой

Однако вовсе не факт, что на ранних стадиях формирования нашей Солнечной системы Земля была единственной живой планетой. Все три мира Венера, Земля и Марс помимо внешнего воздействия, испытывали и внутреннее в виде различных геологических процессов. В ядрах происходили магнитные явления, дрейф материков и эрозия континентов, и в конечном итоге на планетах появлялись горные хребты и бассейны. Все эти миры сотрясала обширная вулканическая активность, добавляющая в атмосферу летучие соединения и огромное количество углекислого газа. Кстати, в результате той же вулканической активности до определённых пределов было выровнено дно океана. Весьма вероятно, что у всех трёх миров в прошлом была вода.

Но между этими планетами существуют различия, по всей видимости, направившие планеты по разным путям развития, из них три главных различия.

  1. Первое отличие: разное расстояние их орбит от Солнца. Орбита Венеры находится на расстоянии ~72 % от расстояния ЗемляСолнце, а орбита Марса расположена гораздо дальше, на расстоянии ~150 % от расстояния ЗемляСолнце.

  2. Второе отличие: скорость вращения планет. День Марса похож на земной, он длиннее всего на 40 минут. Венера вращается в противоположном направлении, и для совершения оборота вокруг Солнца ей требуется более 200 земных дней.

  3. И, наконец, третье отличие: физические размеры планет. Если Венера по размерам близка к Земле (приблизительно 95 % от диаметра нашей планеты), то диаметр Марса составляет лишь половину земного.

На этой иллюстрации с четырьмя разделами показан возможный путь терраформирования Марса. Однако в прошлом, по всей видимости, произошёл обратный процесс: некогда полный воды и, возможно, богатый жизнью Марс потерял свое защитное магнитное поле, и это привело к разрушению его атмосферы. Сегодня сложно представить, чтобы на марсианской поверхности сохранилась вода в жидком состоянииНа этой иллюстрации с четырьмя разделами показан возможный путь терраформирования Марса. Однако в прошлом, по всей видимости, произошёл обратный процесс: некогда полный воды и, возможно, богатый жизнью Марс потерял свое защитное магнитное поле, и это привело к разрушению его атмосферы. Сегодня сложно представить, чтобы на марсианской поверхности сохранилась вода в жидком состоянии

Жизнь на планете обычно рассматривается как стабилизирующая сила, подобно тому, как буферный раствор в химии не позволяет при добавлении кислоты или основания сделать весь раствор слишком кислым или слишком основным. Жизнь достигает своего рода равновесного состояния с окружающей средой, когда любые значительные изменения температуры как в положительную, так и отрицательную сторону приводят к тому, что жизненные процессы работают на противодействие таким изменениям. Только при серьёзных изменениях, коренным образом меняющих состояние равновесия, например произошедшем на Земле Великом кислородном событии, или действии дрожжевых клеток в среде с неограниченным количеством питательных веществ, или сегодняшнем обращении людей с ископаемым топливом, могут произойти необратимые события.

Но на Венере и Марсе, даже если на этих планетах когда-то существовала жизнь, её присутствия было недостаточно, чтобы противодействовать запущенным процессам, которые, по всей видимости, были инициированы астрофизическими и геологическими факторами. Как считают некоторые учёные, Венера в течение сотен миллионов, а, возможно, даже до 2 миллиардов лет вполне могла быть процветающим миром. Условия на ней могли быть похожими на земные, то есть на её поверхности могла быть жидкая вода, причём, возможно, воды было гораздо больше, чем на Земле. Точно так же на и Марсе когда-то были океаны, реки, образовывались осадочные породы и гематитовые сферулы, его климат был умеренным и влажным в течение как минимум полутора миллиардов лет.

Эта известная фотография марсианской "черники", или гематитовых сферул, была сделана аппаратом Opportunity в низинах Марса. Считается, что к образованию таких сферул привело водное прошлое планеты, и весьма убедительным доказательством этого служит тот факт, что многие сферулы скреплены друг с другом, такое может происходить только в том случае, если они имели водное происхождениеЭта известная фотография марсианской "черники", или гематитовых сферул, была сделана аппаратом Opportunity в низинах Марса. Считается, что к образованию таких сферул привело водное прошлое планеты, и весьма убедительным доказательством этого служит тот факт, что многие сферулы скреплены друг с другом, такое может происходить только в том случае, если они имели водное происхождение

Конечно, возникает главный вопрос: "что произошло?"

Что касается Венеры, обречённость этой планеты, скорее всего, объясняется очень просто: её близостью к Солнцу. На каждый квадратный метр поверхности этой планеты приходится примерно вдвое больше энергии падающего солнечного потока, чем на Землю. При наличии даже небольшого количества водяного пара в атмосфере ранней Венеры возник бы грандиозный парниковый эффект, что ещё больше повысило бы температуру Венеры. При более высоких температурах концентрация водяного пара в атмосфере увеличивается ещё больше, и это обстоятельство также приводит к повышению температуры.

К несчастью для Венеры, температура не могла расти вечно. В какой-то критический момент температура поверхности Венеры достигла критического значения около 100 C (212 F) или даже немного большей, в зависимости от атмосферного давления в тот момент времени. Когда это произошло, жидкая вода на поверхности Венеры начала выкипать, выбрасывая в атмосферу огромное количество водяного пара проще говоря, испарились все венерианские океаны, что привело к внезапному парниковому эффекту. Атмосфера Венеры резко стала горячей, и жизнь на её поверхности исчезла; единственным местом, где она теоретически могла бы сохраниться, были верхние слои атмосферы Венеры это высота примерно в 60 километров. Неважно, когда могли произойти описанные события: любая ранее существовавшая на Венере жизнь, скорее всего, прекратила бы существование.

Гипотетическая миссия HAVOC NASA: Эксплуатационная концепция на большой высоте Венеры (High-Altitude Venus Operational Concept). Эта миссия с использованием поднимаемых на шарах-зондах призвана обнаружить жизнь в облачных вершинах нашей ближайшей соседки по Солнечной системе, так как условия на Венере на высоте примерно 60 км над поверхностью поразительно напоминают земные в смысле давления и температуры. Поскольку данный слой размещается выше слоёв серной кислоты, жизнь могла сохраняться здесь в течение миллиардов летГипотетическая миссия HAVOC NASA: Эксплуатационная концепция на большой высоте Венеры (High-Altitude Venus Operational Concept). Эта миссия с использованием поднимаемых на шарах-зондах призвана обнаружить жизнь в облачных вершинах нашей ближайшей соседки по Солнечной системе, так как условия на Венере на высоте примерно 60 км над поверхностью поразительно напоминают земные в смысле давления и температуры. Поскольку данный слой размещается выше слоёв серной кислоты, жизнь могла сохраняться здесь в течение миллиардов лет

Между тем на Марсе на каждый квадратный метр приходится лишь приблизительно 43% энергии, получаемой Землёй от Солнца. На Марсе определённо была вода и этому имеется огромное количество геологических доказательств но для этого он должен был быть окружен довольно плотной атмосферой. Поддерживать температуру и давление на уровне, необходимом для существования жидкой воды на марсианской поверхности, мог только мощный парниковый эффект.

Так что же произошло на Марсе?

Единственное, что могло бы сохранить атмосферу Марса в целости, это защита планетарного магнитного поля, подобная защите, имеющейся у Земли. Без него атмосфера Марса была бы разрушена солнечным ветром, и эту гипотезу подтвердили измерения, сделанные в ходе миссии MAVEN NASA. Из-за гораздо меньших размеров Марса по сравнению с Землёй его ядро остывало гораздо быстрее, что в конечном итоге привело к гибели внутреннего магнитного динамо, активно отражавшего солнечные частицы. Без защитного магнитного поля, которое по нашим оценкам окончательно разрушилось примерно через 1,5 миллиарда лет, практически вся марсианская атмосфера была бы уничтожена всего за 0,01 миллиарда лет: в космических масштабах это ничто, космическое мгновенье.

Без этой атмосферы жидкая вода либо замерзла, либо сублимировалась, любая жизнь либо прекратила активно себя проявлять, либо вообще исчезла, и с тех пор Марс оставался холодным и (в основном) безжизненным в течение приблизительно 3 миллиардов лет.

У Красной планеты нет магнитного поля, защищающего её от солнечного ветра. Это означает, что планета теряет атмосферу, чего не происходит на Земле. Время, в течение которого Марс потеряет атмосферу, подобную земной, составляет всего 10 миллионов лет, с другой стороны, магнитное поле Земли остается в неизменном состоянии в течение многих миллиардов лет; такая ситуация ни в коем случае не может привести к обитаемости подобной земнойУ Красной планеты нет магнитного поля, защищающего её от солнечного ветра. Это означает, что планета теряет атмосферу, чего не происходит на Земле. Время, в течение которого Марс потеряет атмосферу, подобную земной, составляет всего 10 миллионов лет, с другой стороны, магнитное поле Земли остается в неизменном состоянии в течение многих миллиардов лет; такая ситуация ни в коем случае не может привести к обитаемости подобной земной

Уничтожит ли человечество все живое на Земле? Такая перспектива маловероятна. Мы не утверждаем, что это невозможно, так как человечество уже вступило в период, который учёные называют шестым великим массовым вымиранием. Климат меняется; нетронутые человеком места исчезают (сегодня площадь таких мест составляет менее одной трети площади поверхности Земли); океаны окисляются; концентрация CO2 в атмосфере выше, чем миллионы лет назад, и благодаря деятельности человека продолжает расти рекордными темпами. Если мы не будем проявлять осторожность, возможность экологического коллапса очень реальна, и это вполне может привести к уничтожению человечества и, возможно, даже к полному исчезновению класса млекопитающих.

Но в той или иной форме жизнь на нашей планете должна сохраниться. Как и в случае с Венерой и Марсом, момент "завершения игры" для жизни на Земле, скорее всего, наступит по причине влияния Солнца. Со временем, по мере сжигания своего ядерного топлива, Солнце нагреется и станет более ярким. Примерно ещё через 1 миллиард лет или около того его энергетическая мощность вскипятит океаны Земли, и жизнь на нашей планете, какой мы её знаем, прекратится. Хотя инициированное человеком изменение климата может привести к его же собственной гибели, сама жизнь на Земле гораздо более устойчива к таким воздействиям. Если мы сможем выползти из нашей технологической колыбели, впереди у нас будет по крайней мере несколько сотен миллионов лет до наступления кризиса, угрожающего планете смертью. Надеюсь мы научимся находить баланс с природой, ведь это наша единственная надежда на долгосрочное выживание.

Наблюдения за планетами и Солнцем генерируют огромный объем всевозможных данных и для их обработки и интерпретации нужны аналитики. Именно с их помощью, люди могут попытаться "заглянуть в будущее" и понять, как нужно действовать сейчас. Если вам интересна сфера анализа данных, либо в вашей текущей работе есть пересечения с аналитикой, и вы хотите профессионально вырасти, получив сильную базу и практику в новой области обратите внимание на наш курс по анализу данных, или на его расширенную версию Data Analyst pro.

Узнайте, как прокачаться и в других специальностях или освоить их с нуля:

Другие профессии и курсы
Подробнее..

Перевод Изучаем атмосферу Венеры получены новые данные с зонда Паркер

15.05.2021 18:08:01 | Автор: admin
Снимок Венеры, полученный зондом Parker в июле 2020 года

Земля и Венера сформировались в одном регионе протопланетного диска из одинакового материала, но затем их развитие пошло разными путями. Из-за схожих стартовых условий двух объектов атмосфера Венеры вызывает особый интерес планетологов.

Недавно получены новые сведения об атмосфере соседки Земли. Выяснилось, что там присутствует естественное радиоизлучение, оно может быть признаком наличия ионосферы, защищающей планету от опасного солнечного излучения. К чему все это приведет и что еще скрывает атмосфера Венеры рассказываем в материале.

Последние данные об атмосфере Венеры получены с помощью солнечного зонда Паркер. ОН создан NASA для изучения внешней короны Солнца верхнего разреженного и горячего слоя его атмосферы, состоящий из плазмы. Паркер запущен в 2018 году и использует гравитацию Венеры, чтобы приблизиться к Солнцу. Все это время зонд параллельно изучает планету.

Во время третьего пролета в пределах 833 км над Венерой 11 июля 2020 года зонд Паркер зарегистрировал естественное радиоизлучение из ее атмосферы. Это открытие подтверждает, что верхние слои атмосферы планеты находятся в стадии изменений, которые соответствуют 11-летнему циклу Солнца.



Что именно узнали ученые


Для ученых и по сей день остается загадкой, почему при схожих условиях начального развития Земля и Венера так радикально отличаются друг от друга. Почему на одной планете есть жизнь, а на другой, по крайней мере, на поверхности, она не может существовать?

Они предполагают, что разгадка кроется в защитном магнитном поле Земли. У Венеры нет такого защитного колпака. Если это предположение верно, то и у Венеры должна быть атмосфера, но которая не задерживается у поверхности, а уходит в космос. Особенно в периоды повышенной солнечной активности. Однако, наблюдения с наземных телескопов показывают обратное. Был замечен слой ионосферы, самая верхушка атмосферы, в периоды, когда Солнце наименее активно.

Строение планеты Венера

Во время третьего пролета зонд в течение 7 минут измерял верхние слои атмосферы Венеры. И в итоге получил новые данные которые сравнили с полученными при дистанционном изучении планеты. Это первое прямое измерение атмосферы Венеры за почти 30 лет.

Но это еще не все. Радиоизлучения помогли ученым вычислить плотность части ионосферы Венеры. В итоге полученную информацию сравнили с данными от зонда NASA программы Пионер.

Не Паркером единым


В 1992 году зонд Пионер-Венера посетил планету. В тот момент Солнце было около точки максимальной активности в 11-летнем солнечном цикле. В то время, как зонд Паркер пролетал через 6 месяцев после солнечного минимума.

После анализа данных ученые математически доказали наличие важных отличий между собранными об атмосфере Венеры данными сегодня и теми данными, которые зонд Пионер собрал много лет назад.

Какая же атмосфера на Венере сейчас? Она стала значительно тоньше по сравнению с предыдущими измерениями, сделанными во время солнечного максимума. Ученые измерили частоты излучения, рассчитали плотность ионосферы вокруг зонда. Новые измерения показали, что атмосфера стала менее плотной. Эти факты подтверждают догадки ученых, что ионосфера Венеры существенно изменилась за 11-летний солнечный цикл.

Две сестры: Венера и Земля

Теперь ученым нужно выяснить, почему так происходит. Специалисты предполагают, что смогут с помощью имеющихся данных понять, что сделало и делает нашу планету пригодной для обитания живых организмов. Для исследования они хотят сравнить данные об атмосфере Венеры с данными об амосфере Земли. Это станет еще одним небольшим, но важным шагом в сторону раскрытия великих тайн Вселенной.



Немного о Венере


Венеру называют сестрой Земли, потому что обе планеты похожи размерами и составом. Однако условия на поверхности двух планет кардинально разные. Атмосфера Венеры, самая плотная среди землеподобных планет, состоит главным образом из углекислого газа (около 96,5% CO2). Поверхность планеты полностью скрывают облака серной кислоты, непрозрачные в видимом свете. Венера не имеет естественных спутников. Венера самая горячая планета в Солнечной системе: средняя температура её поверхности 462 C. Полагают, что в глубокой древности планета так разогрелась, что подобные земным океаны, которыми она обладала, полностью испарились. После себя они оставили пустынный пейзаж со множеством плитоподобных скал.

Что же дальше? Сейчас зонд Паркер совершает четвертый пролет мимо Венеры на пути к солнцу. На расстоянии 2 тыс. км он сделал новые снимки. Теперь остается ждать новых интересных фактов о Венере, на основании последних исследований.

Подробнее..

Перевод Радио, которое можно отправить даже в ад

06.05.2021 20:17:21 | Автор: admin

Радиосхемы на карбиде кремния могут выдержать вулканическую жару Венеры



Как художник представляет себе будущий венероход, получающий энергию от ветра, дующего в плотной атмосфере Венеры

Летом 2020 года в разгар пандемии были и свои плюсы. Одним из них был полёт американских астронавтов к МКС и успешное их возвращение на коммерческой ракете от SpaceX. Это событие было важным по многим причинам, одна из которых следующая: когда НАСА освободят от необходимости доставлять людей на низкую околоземную орбиту, агентство сможет нацелиться на более далёкие мишени. Может, даже, на Венеру.

Радостное возбуждение по поводу возможной миссии на Венеру подстегнуло открытие в её атмосфере фосфина возможного признака микробной жизни (хотя сейчас это открытие оспаривают). Однако условия на второй планете от Солнца настолько жёсткие, что дольше всех продержавшийся там спускаемый аппарат, "Венера-13" (СССР), смог передавать данные всего лишь 2 часа 7 минут. Средняя температура на поверхности Венеры составляет 464 С, в атмосфере полно капель серной кислоты, легко разъедающей металлы, а атмосферное давление на поверхности в 90 раз больше земного. И всё-таки учёные считают Венеру близнецом нашей планеты.

Размеры и массы двух планет почти одинаковы. Судя по некоторым свидетельствам, на Венере могли существовать огромные океаны в течение 3 миллиардов лет а, следовательно, могла быть и жизнь. Какие катаклизмы привели к потере Венерой воды? Планетологам очень хотелось бы это знать возможно, это расскажет нам о нашей собственной судьбе в связи с изменениями климата.

Чтобы разгадать эту и другие загадки Венеры нам нужно построить несколько хитроумных роботизированных спускаемых аппаратов. Но получится ли у нас сделать машины с инструментами, средствами коммуникации, управляемые и мобильные, способные выжить в такой враждебной среде не часы, но месяцы и годы?

Можем. Технологии производства материалов шагнули далеко вперёд с 1960-х годов, когда СССР запускал серию посадочных модулей на Венеру. Теперь мы сможем сделать так, что корпус и механика будущего спускаемого аппарата сможет выдержать там несколько месяцев. А что насчёт нежной электроники? В условиях Венеры сегодняшние кремниевые системы не проживут и дня. Земного дня, конечно день на Венере длится 243 земных. И даже активные системы охлаждения не продлят их жизнь и на 24 часа.

Ответом стал полупроводник, комбинирующий два распространённых элемента, углерод и кремний, в соотношении 1 к 1: карбид кремния, SiC. Он способен выдерживать чрезвычайно высокие температуры, прекрасно функционируя. В исследовательском центре Гленна при НАСА уже более года работают схемы на карбиде кремния при температуре в 500 С. Это демонстрирует тот факт, что они способны выдерживать подобные температуры, причём на временных промежутках, которые потребует венерианский спускаемый аппарат.

Карбид кремния уже применяется в питающих схемах солнечных инвертеров, электронике электромоторов и продвинутых коммутаторах умных сетей. Однако создание схем на карбиде кремния, способных управлять вездеходом в адских условиях Венеры, и отправлять оттуда данные на Землю, станет проверкой материала на пределе его возможностей. В случае успеха мы получим не просто мобильный аванпост в одной из наименее дружелюбных точек Солнечной системы. Мы поймём, как отправить беспроводные датчики в такие места на Земле, в какие раньше не отправляли на лопасти турбин реактивных самолётов и газовых турбин, на головки нефтяных буров, в центр различных производственных процессов с высокой температурой и высоким давлением. Способность размещать электронику в таких местах вполне может уменьшить стоимость как работы, так и поддержки оборудования, а также увеличить его эффективность и безопасность.

Наша команда учёных из Королевского технологического института (КТИ) в Стокгольме и из Арканзасского университета в Фэйтевиле считает, что схемы на карбиде кремния могут всё это и даже больше они способны на то, что мы даже не можем вообразить.


Vulcan II чип с аналоговыми и цифровыми схемами на карбиде кремния, разработанный для проверки работоспособности при 500 С. Пока что мы сделали 40 схем с использованием чипа Vulcan II и его предшественника.
1. Кольцевой генератор
2. 8-битные аналого-цифровые преобразователи последовательного приближения и 4-битные аналого-цифровые преобразователи с линейным нарастанием
3. Приёмник RS 485.
4. 8-битные сумматоры и 4-битные умножители
5. Таймер 555
6. Трехкаскадный операционный усилитель
7. Преобразователь тока DC-DC
8. Интегрированные драйверы затвора


Карбид кремния нельзя назвать новым материалом. Начало его крупномасштабного производства связывают с именем Эдварда Гудрича Ачесона, в 1895 году изобретшего процесс синтеза карбида кремния (карборунда), который до сих пор используется для производства. Он пытался получить искусственные алмазы, но в результате эксперимента появились кристаллы SiC. Впервые для работы с электричеством материал успешно использовали в 1906 году тогда Генри Гаррисон Чейз Данвуди изобрёл радиодетектор. По сей день это считается первым коммерческим полупроводниковым устройством.

Однако наладить надёжное производство крупных кристаллов карборунда крайне сложно. Только в 1990-х годах инженеры изобрели оборудование, позволяющее выращивать достаточно хорошие кристаллы для того, чтобы их можно было использовать для производства силовых транзисторов. Первые пластины из карбида кремния были размером всего в 30 мм, однако постепенно промышленность переходила на пластины размером 50, 75, 100, 150 и даже 200 мм. Повышение размера пластины повышает экономичность устройства. За последние 20 лет исследования и производство продвинулись настолько, что силовые полупроводниковые устройства на карборунде уже можно покупать.

Полупроводник на карбиде кремния имеет несколько весьма притягательных свойств. Первое из них напряжение пробоя у карборунда в 10 раз больше, чем у кремния. Это, по сути, точка, в которой материал ломается и начинает бесконтрольно проводить электричество, что иногда приводит к взрыву. Поэтому из двух устройств одинаковых размеров, одно на кремнии, а второе на карборунде, второе может выдержать в 10 раз большее напряжение, чем первое. А если сделать два транзистора, выдерживающих одинаковое напряжение, то транзистор из карборунда можно сделать гораздо меньше, чем кремниевый. Разность в размерах даёт разность в энергопотреблении. Для одного и того же напряжения пробоя (допустим, 1200 В) сопротивление включения карборундового транзистора будет в 200-400 раз меньше, чем у кремниевого следовательно, потери энергии тоже будут меньше. Из-за меньших размером в преобразователе питания можно повышать частоту переключения, а, следовательно, меньшие и более лёгкие конденсаторы и индукторы.

Второе удивительное свойство карбида кремния теплопроводность. Когда карборунд нагревается из-за проходящего через него тока, тепло можно быстро отводить, что продляет жизнь устройству. Среди полупроводников с широкой запрещенной зоной теплопроводность карборунда уступает лишь алмазу. Это свойство позволяет подключить транзистор из карбида кремния высокой мощности к радиатору такого же размера, какой использовал бы кремниевый транзистор гораздо меньшей мощности и всё равно получить функциональное и долговременное устройство.

Третье свойство карбида кремния, и самое важное для Венеры очень малая концентрация переносчиков заряда при комнатной температуре. Эта концентрация говорит о том, сколько переносчиков электричества освобождает тепло. Вы могли бы подумать, что малая концентрация это плохо. Но только если речь не идёт о работе при высоких температурах.

Дело в том, что кремний теряет полупроводниковые свойства при повышении температуры не потому, что расплавляется или сгорает. Он просто заполняется переносчиками заряда, появившимися из-за нагрева. Жара придаёт электронам энергию, вырывающую их из валентной зоны, где они привязаны к атомам, в проводящую зону, и оставляет положительно заряженные дырки. Теперь эти электроны с дырками вносят свой вклад в проводимость. При умеренных температурах, что для кремния составляет 250-300 С, транзисторы начинают шуметь и давать утечки тока. При более высоких температурах концентрация переносчиков заряда становится слишком высокой, и транзистор выключить уже не получается и они становятся чем-то вроде переключателя, заклинившего в положении вкл.

Запас температуры у карборунда до момента, когда произойдёт переполнение транзистора, гораздо выше он работает и при температурах более 800 С.

Все эти свойства позволяют карбиду кремния работать при более высоком напряжении, мощности и температуре по сравнению с кремнием. И даже при температурах, рабочих для кремния, rарбид кремния часто работает лучше, поскольку такие устройства можно переключать чаще и с меньшими потерями. В итоге получаются более надёжные и эффективные устройства, схемы и системы. Они меньше, легче и способны выжить в условиях Венеры.


Критически важный компонент: посадочному венерианскому модулю потребуется радиоприёмник и радиопередатчик для связи с Землёй. Одной из его важнейших компонент является смеситель частот. При приёме сигнала он преобразует несущий сигнал на 59 МГц в частоту в 500 кГц, более подходящую для оцифровки и обработки. При передаче он производит обратное преобразование. В сердце миксера находится биполярный плоскостной транзистор из карбида кремния, предназначенный для работы при температурах до 500 С.

Хотя посадочному модулю понадобятся некоторые силовые транзисторы, работающие с высоким напряжением, большинство схем у процессоров, датчиков, радио потребуют транзисторов с низким рабочим напряжением. Таких транзисторов из карборунда пока делают мало, но благодаря проблеме с корпусами начало положено.

Когда для дискретных силовых устройств из карбида кремния нашли коммерческое применение, инженеры осознали необходимость уменьшить паразитные электрические факторы нежелательные сопротивление, индуктивность и ёмкость, приводящие к потере энергии. Один из способов сделать это лучше интегрировать схемы управления, драйвера и защиты с силовыми устройствами, усовершенствовав компоновку схемы. В кремниевой силовой электронике эти схемы расположены на печатных платах. Но на более высоких частотах, которых могут достигать силовые SiC-транзисторы, паразитные характеристики печатной платы могут быть слишком большими, что приведет к чрезмерному шуму. Совместная упаковка или даже объединение этих схем с силовыми устройствами устранит шум. Но последний вариант означал бы необходимость изготавливать и эти схемы из карбида кремния.

Для работы при комнатной температуре карбид кремния не будет лучшим вариантом по нескольким причинам. Самая важная из них, возможно, заключается в том, что энергопотребление и напряжение будет недостаточно низким. Небольшая ширина запрещённой зоны кремния означает, что микроэлектроника может работать с напряжением в 1 В. Однако запрещённая зона карборунда почти в три раза больше. Поэтому минимальное напряжение, необходимое для того, чтобы прокачать ток через транзистор пороговое напряжение тоже будет выше. Для нашей микроэлектроники малого напряжения на карбиде кремния мы обычно используем 15 В.

Разные исследователи пытаются создавать микроэлектронику низкого напряжения на карборунде уже более 20 лет. Сначала успехи были скромные, но в последние 10 лет было достигнуто несколько прорывов.


С увеличением температуры повышается концентрация переносчиков заряда. При достижении определённой концентрации транзистор переполняется и перестаёт выключаться. У большинства кремниевых устройств это происходит при температуре порядка 250 С, но устройства на карбиде кремния могут переключаться даже при 1000 С.

Одной из первых ключевых схем для микроэлектроники, созданной инженерами из Арканзаса, стал драйвер затвора, управляющий силовым транзистором через входной электрод, или затвор. Мы уже сделали несколько вариантов этой схемы, и проверили на работу при температурах, похожих на венерианские. Устройство позволило очень чётко управлять источниками питания, максимально увеличивая эффективность и минимизируя электромагнитную интерференцию. Сложнее всего было разработать схему, способную адаптироваться к изменяющимся условиям и учитывать эффект старения, которые наверняка проявятся в жёстких условиях Венеры.

Драйверы затвора важны, но с точки зрения учёных, желающих изучать другие планеты, наиболее важной системой будет радиопередатчик. Нет смысла отправлять на другую планету набор научных приборов, если не получится передать полученные данные на Землю.

Ещё важнее будет собрать компактное и надёжное радио, поскольку оно сможет передавать данные внутри самого вездехода вместо тысяч проводков. Замена проводов на беспроводное управление значительно уменьшает массу устройства а это очень важно для путешествия в 40 млн км.

Поэтому в последнем нашем проекте мы преимущественно занимались разработкой и испытаниями компонентов межпланетного радио трансивера на основе карбида кремния. Никто не стал бы в первую очередь выбирать карборунд, допустим, для изготовления радиостанции, работающей на частотах 5G на Земле. Во-первых, при комнатной температуре мобильность переносчиков заряда у карборунда а это один из параметров, от которого зависит максимум частот, которые полупроводник может усиливать ниже, чем у кремния. Но при таких температурах, как на поверхности Венеры, кремний вообще не работает, поэтому имеет смысл адаптировать для этой цели карбид кремния.

Что касается радиочастот, тут у карборунда есть одно преимущество. Малое количество переносчиков заряда гарантирует низкую паразитную ёмкость материала. То есть, поскольку зарядов мало, они вряд ли будут взаимодействовать так, что эффективность устройства упадёт.

Избранная нами архитектура трансивера называется гетеродином с низкой промежуточной частотой. Гетеро- по-гречески означает другой, а -дин энергия. Чтобы понять, как что работает, проследуем за сигналом, начиная с приёмника. Радиосигналы с антенны обрабатывает усилитель с низким шумом, после чего они подаются в смеситель. Смеситель комбинирует полученный сигнал с другой частотой, близкой к несущей. Получается сигнал с двумя новыми промежуточными частотами одна из них выше, чем у несущей, а другая ниже. Затем от более высокой избавляется фильтр нижних частот. Оставшаяся промежуточная частота, которую удобнее обрабатывать, усиливается и оцифровывается АЦП, и полученные биты передаются в блок цифровой обработки.

Итоговая реализация схемы, выполнявшей все эти функции, определялась тем, как на высоких частотах работал биполярный транзистор, разработанный в КТИ. Получился приёмо-передатчик, работающий на частоте 59 МГц, являющейся балансом между ограничениями транзистора на частоту сверху и возможностями пассивных компонентов схемы, падающими при понижении частот. Советские спускаемые аппараты использовали близкую частоту 80 МГц. Современные станции, скорее всего, передадут информацию на находящийся на орбите корабль, который затем сможет использовать частоты НАСА для глубокого космоса, чтобы передать сведения домой.

Одна из важнейших частей трансивера смеситель частот, понижающий частоту с 59 МГц до 500 кГц. В его сердце находится биполярный транзистор, на вход которого подаются сигналы 59 МГц и 59,5 МГц. Его выход с коллектора подсоединён к набору конденсаторов и резисторов, способных работать при 500 С, отфильтровывающему высокую частоту, и оставляющему только промежуточную частоту в 500 кГц.


Распределение тепла в драйвере затвора из карбида кремния на испытаниях

По сравнению с низкочастотными аналоговыми и цифровыми компонентами, идущими после смесителя, обработка радиосигналов была сложным делом на всех стадиях разработки. Не было точных моделей транзистора, были проблемы с совпадением импеданса, с надёжностью резисторов, конденсаторов, индукторов и печатных плат.

Кстати, печатные платы вообще не похожи на привычные вам. Платы из FR-4, на которых работает всё, от мобильных устройств до самых крутых серверов, в условиях Венеры ослабели бы и развалились. Мы использовали низкотемпературную совместно обжигаемую керамику. Чипы подсоединяются к этой прочнейшей плате золотыми проводниками, а не алюминиевыми, которые бы быстро размягчились. Вместо медных дорожек, которые отслоились бы, компоненты соединяются серебряными проводниками, некоторые из которых имеют оболочку из титана. В качестве индукторов выступают золотые спирали (да, такие платы будут дорогими).

Хотя смеситель частот вещь очень важная, венероходу потребуется гораздо больше всего. Пока что мы, учёные Арканзасского университета и Королевского технологического института разработали, создали и испытали 40 различных схем для работы в условиях 500 С. Среди них есть и другие радиосхемы, аналоговые части трансивера, многие цифровые устройства для обработки данных с трансивера, и будущие датчики для исследования планеты. Многие из них знакомы любому инженеру 555-й таймер, 8-битные АЦП, система фазовой автоподстройки частоты и набор схем для работы с Булевой логикой. Конечно, поскольку всё это производилось вручную небольшими партиями, долгосрочных испытаний пока не проводилось. В наших лабораториях мы проверяли эти устройства в условиях высоких температур по одной-две недели. Однако мы вдохновляемся результатами длительных экспериментов других групп, судя по которым, наши схемы смогут проработать дольше.

В частности, в исследовательском центре Гленна при НАСА недавно сделали интегральные схемы на основе карбида кремния, по 200 транзисторов на чип, проработавшие 60 дней в камере, имитирующей условия Венеры. В камере было давление 9,3 МПа, температура 460 С и едкая атмосфера планеты. Ни один из транзисторов не отказал а значит, они могли бы прослужить гораздо дольше.

Многое ещё предстоит сделать. Нам нужно сконцентрироваться на интеграции различных спроектированных схем и улучшении эффективности уже работающих. Нам нужно разработать другие схемы и доказать, что они смогут стабильно работать многие месяцы и годы в температурных условиях поверхности Венеры. И это особенно важно для того, чтобы радиоустройства и другие системы низкого энергопотребления на базе карборунда когда-нибудь стали использовать в таких коммерческих приложениях, как изучение газовых и реактивных турбин. Если как следует взяться за дело и правильно выстроить приоритеты, до этого пройдут не десятилетия, а несколько лет.

Будут ли схемы на базе карбида кремния готовы к будущему полёту на Венеру? Точнее будет сказать, что полёт не будет готов без них.
Подробнее..

45 лет полёту станции Венера-9

22.10.2020 20:12:41 | Автор: admin
В 1975 году появился Altair 8800, Билл Гейтс и Пол Аллен основали компанию Microsoft и создано Европейское космическое агентство (ЕКА).

И в том же году до Венеры добралась советская межпланетная станция. Пока первый искусственный спутник летал по орбите планеты, спускаемый аппарат 22 октября 1975 года добрался до поверхности планеты и передал первые панорамные снимки. Связь с аппаратом продержалась 53 минуты.

...22 октября 1975 года межпланетная станция Венера-9, преодолев за 136 суток полета расстояние более 300 миллионов километров, выведена на орбиту вокруг Венеры и стала первым в истории искусственным спутником Венеры. Спускаемый аппарат станции совершил мягкую посадку на поверхность Венеры. Впервые в условиях атмосферы планеты Венера при давлении в 90 раз больше, чем на Земле, и температуре 485 градусов по Цельсию получено уникальное изображение поверхности Венеры на месте посадки....




В 1960-е годы в СССР начались попытки запускать аппараты к Венере в рамках космической программы Венера. Первый пуск был неудачными, но уже второй аппарат Венера-1 достиг зоны действия тяготения планеты, где с ним было потеряна связь он пролетел на расстоянии 100 000 км от поверхности. В 1965 году результат был уже лучше 24 000 км.

Венера-4 доставила спускаемый аппарат и смогла получить данные о давлении, что использовали при построении следующих аппаратов. Венера-7 впервые совершила мягкую посадку на другую планету в 1970-м году.

А Венера-9 в 1975 году впервые передала телевизионную панораму с Венеры на Землю.

Аппарат измерил плотность грунта и содержание естественных радиоактивных элементов. Он был не один вместе с Венерой-9 на поверхность приземлился спускаемый Венера-10, а станции в это время облетали планету. Мы узнали, что 510% солнечной энергии достигает поверхности планеты в виде излучения, рассеянного облаками.

Прошло 45 лет, а это событие до сих пор остаётся значимым в истории освоения космоса.













Фото: Роскосмос.
Подробнее..

Категории

Последние комментарии

  • Имя: Макс
    24.08.2022 | 11:28
    Я разраб в IT компании, работаю на арбитражную команду. Мы работаем с приламы и сайтами, при работе замечаются постоянные баны и лаги. Пацаны посоветовали сервис по анализу исходного кода,https://app Подробнее..
  • Имя: 9055410337
    20.08.2022 | 17:41
    поможем пишите в телеграм Подробнее..
  • Имя: sabbat
    17.08.2022 | 20:42
    Охренеть.. это просто шикарная статья, феноменально круто. Большое спасибо за разбор! Надеюсь как-нибудь с тобой связаться для обсуждений чего-либо) Подробнее..
  • Имя: Мария
    09.08.2022 | 14:44
    Добрый день. Если обладаете такой информацией, то подскажите, пожалуйста, где можно найти много-много материала по Yggdrasil и его уязвимостях для написания диплома? Благодарю. Подробнее..
© 2006-2024, personeltest.ru