§ 16. Венера

Определения и обозначения

Венера — вторая от Солнца планета, соседка Земли по внутренней стороне её орбиты. Это каменистая планета земной группы: по размеру она близка к Земле, но отличается гораздо более плотной атмосферой и очень горячей поверхностью. Знание её положения помогает понять, почему она видна с Земли не в любой части неба.

Внутренняя планета — планета, орбита которой проходит внутри земной орбиты. Венера соответствует этому определению: она движется вокруг Солнца по орбите меньшего радиуса, чем земная. Поэтому с Земли Венера всегда наблюдается сравнительно близко к Солнцу, а не на противоположной стороне неба.

Ретроградное вращение — вращение планеты вокруг оси в направлении, противоположном принятому для большинства планет. Венера вращается именно так, причём делает это очень медленно. Этот термин нужен, чтобы не просто сравнить продолжительность её вращения с обращением вокруг Солнца, но и учесть направление движения.

Парниковый эффект — повышение температуры поверхности, когда атмосфера поглощает и удерживает часть теплового излучения, уходящего от нагретой поверхности. На Венере плотная атмосфера, богатая углекислым газом, усиливает этот эффект до чрезвычайно высокой температуры у поверхности. Это объясняет, почему расстояние от Солнца само по себе не позволяет определить, какая планета горячее.

Как это устроено

Венера находится между Меркурием и Землёй, если считать планеты от Солнца. Она обращается вокруг Солнца по орбите, расположенной внутри земной, поэтому при движении планеты меняется её положение относительно Земли и Солнца. В результате Венера может оказаться с одной или другой стороны от Солнца на нашем небе, но не уходит далеко от него. Именно геометрия орбит, а не слабая яркость планеты, ограничивает область, где её можно искать.

Внутренняя орбита определяет и время наблюдений. Когда Венера находится к востоку от Солнца, после его захода планета некоторое время видна над горизонтом как вечерняя; когда она к западу, её можно увидеть перед рассветом как утреннюю. Вблизи Солнца её блеск теряется в дневном свете, а ночью планета не видна высоко в стороне от него. Поэтому лучшие условия наблюдения возникают в сумерках, когда Солнце уже за горизонтом или ещё не взошло.

Атмосфера Венеры состоит главным образом из углекислого газа; над поверхностью простирается плотный облачный слой. Облака состоят не из обычных земных водяных капель: в них присутствуют капли серной кислоты. Они закрывают поверхность от прямого наблюдения в видимом свете, а высокая плотность атмосферы создаёт у поверхности давление, примерно в 92 раза больше земного. Следовательно, представление о Венере как о планете с мягким климатом под облачным покровом не соответствует условиям внизу.

Солнечный свет нагревает поверхность, и та излучает энергию обратно в пространство в виде тепла. Углекислый газ в атмосфере поглощает значительную часть этого теплового излучения, а плотность атмосферы затрудняет его уход; тепло накапливается у поверхности. Так возникает чрезвычайно сильный парниковый эффект, поддерживающий температуру примерно 465 °C. Поэтому Венера горячее Меркурия, хотя находится дальше от Солнца: важен не только приток солнечной энергии, но и то, насколько эффективно атмосфера удерживает тепло.

Под облаками находятся каменистые равнины, горы и формы рельефа, связанные с вулканической деятельностью; исследовать поверхность помогают, в частности, радиолокационные наблюдения. Венера совершает один оборот вокруг оси примерно за 243 земных суток, а обращается вокруг Солнца примерно за 225 суток. Значит, период вращения по длительности превосходит период обращения, то есть венерианские сутки в звёздном смысле длиннее года Венеры. К тому же вращение ретроградное, поэтому сравнивать планету с Землёй, просто перенося привычное направление вращения, нельзя.

Основные характеристики Венеры

Читайте таблицу не как набор несвязанных чисел: положение и периоды описывают движение Венеры, а состав атмосферы и температура помогают понять её физические условия. При сравнении периодов обращайте внимание, какое именно движение измеряется: оборот вокруг оси или вокруг Солнца. Последний столбец связывает характеристику с тем, что она позволяет объяснить.

Разбор задач

Почему Венеру можно наблюдать только вблизи Солнца на небе?

Условие. Нужно объяснить, почему Венера не удаляется на небе далеко от Солнца и наблюдается главным образом вечером либо утром. Для ответа достаточно учесть, что Венера и Земля обращаются вокруг Солнца, а орбита Венеры расположена внутри земной. Не следует объяснять это тем, что планета якобы всегда скрыта за облаками.

1. Определяем положение орбиты: Венера находится ближе к Солнцу, чем Земля, и называется внутренней планетой.
2. Рассматриваем направление на Венеру с Земли: планета движется вблизи направления на Солнце, поэтому её угловое удаление от него ограничено.
3. Связываем это с видимостью: планета появляется над горизонтом около заката или перед восходом, когда небо достаточно тёмное.

Ответ. Венера видна близко к Солнцу, потому что обращается по орбите внутри земной. Наиболее удобное время для наблюдения — вечерние или утренние сумерки, а увидеть её всю ночь далеко от Солнца нельзя.

Почему поверхность Венеры намного горячее земной?

Условие. Сравним атмосферу Венеры и Земли и объясним большую температуру поверхности Венеры. Важно не ограничиваться фразой о том, что Венера ближе к Солнцу: расстояние само по себе не объясняет разницу температур. Нужно проследить, как свойства атмосферы влияют на передачу тепла.

1. Сначала сравниваем состав: в атмосфере Венеры преобладает углекислый газ, а сама атмосфера гораздо плотнее земной.
2. Поверхность, нагретая солнечным светом, отдаёт энергию в виде теплового излучения. Углекислый газ поглощает часть этого излучения, а плотная атмосфера затрудняет уход тепла в космос.
3. Из-за задержки тепла температура повышается и остаётся очень высокой. Это сильный парниковый эффект; его действие на Венере намного заметнее, чем на Земле.

Ответ. Главная причина высокой температуры Венеры — мощный парниковый эффект в плотной атмосфере с преобладанием углекислого газа. Поэтому поверхность Венеры горячее земной и даже горячее поверхности более близкого к Солнцу Меркурия.

Как соотносятся вращение Венеры и её обращение вокруг Солнца?

Условие. Период вращения Венеры вокруг оси составляет около 243 земных суток, а период обращения вокруг Солнца — около 225 суток. Требуется определить, какой период продолжительнее, и объяснить, что необычного в этом сравнении. Периоды нельзя смешивать: один описывает вращение, другой — движение по орбите.

1. Записываем данные с названиями: вращение — 243 суток, обращение — 225 суток.
2. Сравниваем числа: 243 больше 225, следовательно, оборот вокруг оси длится дольше, чем год Венеры.
3. Учитываем направление: вращение ретроградное, то есть противоположное направлению вращения большинства планет. Это необычно и важно при описании смены освещения, но не меняет сравнение указанных периодов.

Ответ. Период вращения Венеры продолжительнее периода обращения вокруг Солнца: около 243 суток против 225. Результат необычен тем, что венерианский оборот вокруг оси длится дольше года, а вращается планета к тому же ретроградно.

Типичные ошибки

Первая ошибка — считать Венеру самой горячей планетой только потому, что она близка к Солнцу. Так рассуждают, если учитывают лишь расстояние, но забывают о плотной атмосфере и сильном парниковом эффекте. Проверь себя вопросом: может ли атмосфера изменить количество тепла, которое уходит с поверхности? Если да, одного расстояния недостаточно для объяснения температуры.

Вторая ошибка — путать период вращения с периодом обращения. Они описывают разные движения: вращение вокруг оси и движение по орбите вокруг Солнца. Смешение часто возникает потому, что в обоих случаях периоды выражают в сутках. Проверка простая: подпиши каждому числу вид движения и только потом сравнивай их.

Третья ошибка — представлять, что Венера видна всю ночь. Внутренняя планета не может оказаться на небе далеко от Солнца, поэтому её ищут около рассвета или заката. Если в рассуждении Венера появляется среди ночи в противоположной от Солнца части неба, нужно проверить положение её орбиты относительно земной.

Четвёртая ошибка — называть облака Венеры водяными, как земные. Такое предположение возникает из-за привычного земного опыта и самого слова «облака», но облачный слой Венеры содержит капли серной кислоты. Чтобы проверить себя, различай общее название атмосферного явления и конкретный состав вещества: одинаковое название не означает одинаковые свойства.

Связь с другими темами

Для понимания Венеры нужны представления о строении Солнечной системы, орбите, периоде обращения и вращении планет. Эти понятия помогают объяснить, почему внутренняя планета видна рядом с Солнцем, и пригодятся при изучении фаз, конфигураций и условий наблюдения планет с Земли. Сравнение атмосфер Венеры и Земли связывает тему с планетами земной группы и климатом: оно показывает, как состав атмосферы влияет на температуру поверхности и проявление парникового эффекта.

Что запомнить

• Венера — вторая планета от Солнца и внутренняя планета относительно Земли.
• Венера видна с Земли недалеко от Солнца, обычно утром или вечером.
• Основной компонент атмосферы Венеры — углекислый газ.
• Плотная атмосфера создаёт сильный парниковый эффект.
• Температура поверхности Венеры очень высока.
• Венера вращается вокруг оси медленно и ретроградно.