Загадка «утреней зари»

Статья написана Павлом Чайкой, главным редактором журнала «Познавайка». С 2013 года, с момента основания журнала Павел Чайка посвятил себя популяризации науки в Украине и мире. Основная цель, как журнала, так и этой статьи – объяснить сложные научные темы простым и доступным языком

Вскоре после новолуния, когда Луна выглядит узким серпом, хорошо заметен весь ее диск, светящийся слабым пепельным светом. Явление пепельного света Луны впервые правильно объяснил Леонардо да Винчи: на лунном ночном небе ярко светится наша Земля, находящаяся тогда почти в полной фазе, и мы видим поверхность спутника, освещенную светом Земли. 9 января 1643 года итальянский астроном Риччиоли заметил свечение темной, не освещенной Солнцем стороны Венеры, подобное пепельному свету Луны. Так как у Венеры нет спутника, который мог бы ночью освещать ее поверхность, то причина пепельного света Венеры должна быть совершенно иной. После Риччиоли многие астрономы видели пепельный свет Венеры. Выяснилось, что яркость его очень сильно меняется, иногда он совершенно не виден. В этих изменениях яркости не удалось обнаружить никакой связи с активностью Солнца или другими астрономическими явлениями.

Надо заметить, что многим опытным наблюдателям, как, например, известному астроному 19-го века Барнарду, не удавалось увидеть пепельный свет Венеры. Возможно, поэтому большинство специалистов нашего времени отрицало реальность этого явления, считая его своеобразной оптической иллюзией.

Как то и я решил попытаться получить спектр свечения темной стороны Венеры на рефлекторе Крымской астрофизической обсерватории. Вечерние наблюдения в том году перед нижним соединением 9 апреля были особенно благоприятными. В середине марта при узком серпе Венера была доступна для наблюдений около часа на темном небе без признаков зари. В эту пору окрестные холмы были покрыты снегом и при небольшом северном ветре прозрачность воздуха до самого горизонта была очень хорошей. 18 марта удалось получить с помощью светосильного спектрографа с кварцевой оптикой одну спектрограмму, на которой отчетливо вырисовывались признаки свечения темной стороны Венеры.

Эта спектрограмма доказала реальность пепельного света Венеры. Оказалось, что на Венере светится ионосфера, то есть самые высокие слои атмосферы. Таким образом, одной из главнейших причин пепельного света Венеры является известное для Земли свечение ночного неба. На Земле ясная ночь никогда не бывает совершенно темной. Общий свет звезд лишь немного добавляет к свечению неба, происходящему благодаря химическим и физическим процессам в ионосфере, на высотах более ста километров.

Измерение спектра показало, что ночное небо Венеры светится раз в 50 или 100 ярче ночного неба Земли. В спектре удалось отметить свыше 40 ярких полос и линий. Часть из них вызвана свечением ионизованных молекул азота. Такое свечение наблюдается на Земле в спектре полярных сияний.

В спектре пепельного света Венеры совершенно отсутствуют зеленая и красная линии атомарного кислорода. Вместе с тем эти линии являются самыми яркими в спектре ночного неба Земли. Поэтому мне казалось возможным заключить, что в ионосфере Венеры нет свободного кислорода. Однако позже английский физик Цернер, тщательно изучив опубликованный мной спектр, вполне убедительно показал, что большинство отмеченных линий являются линиями ионов атомарного кислорода. Этот факт чрезвычайно интересен. Впервые удалось доказать существование свободного кислорода в атмосфере Венеры. Отсутствие же в спектре зеленой и красной линий атомарного кислорода может быть объяснено большой плотностью электронов в ионосфере Венеры.

Большая яркость и особенный характер свечения ионосферы Венеры позволяют думать, что излучение радиоволн Венерой, обнаруженное американскими и русскими радиофизиками, исходит не от поверхности, а от ионосферы Венеры. Измеренное излучение радиоволн Венеры соответствует температуре свыше 300°С. Такая высокая температура совершенно противоречит тепловому балансу Венеры. На поверхности Венеры следует ожидать умеренную положительную температуру около 30 или 50°С.

Температура же самых верхних разреженных слоев атмосферы определяется не только количеством энергии, получаемой от Солнца, но и ее качеством, то есть распределением энергии в спектре солнечного излучения. Поскольку распределение энергии в солнечном спектре соответствует температуре 6 000°, то в ионосфере возможны очень высокие температуры. Таким образом, из радиоастрономических данных следует заключить, что ионосфера Венеры излучает в тех длинах волн, для которых прозрачна ионосфера Земли. Это обстоятельство может привести к серьезным затруднениям в радиосвязи между Венерой и Землей.

Единственный спектр, разумеется, не может дать исчерпывающего объяснения пепельного света Венеры. Американский астроном Ньюкирк на высокогорной обсерватории университета Колорадо получил несколько спектров ночной стороны Венеры. В этих спектрах оказалось только три полосы, две из которых совпадают с самыми яркими полосами полученного мною спектра. В настоящее время к этой проблеме привлечено внимание многих астрономов. Поэтому можно надеяться, что в ближайшем будущем ученые получат большой, исчерпывающий материал спектральных наблюдений пепельного света Венеры.

Автор: Козырев Н. А.