Buenos días. Decidí comenzar a publicar mi libro sobre la exploración de Venus en formato web. Esta es la primera parte de la publicada (primer capítulo). Si todo va bien, intentaré publicar todo el libro. Si aquí deciden que este no es un formato, estoy listo para borrar todo. ¡Ir!
Varias líneas misteriosas
Durante el siglo XX, nuestras ideas sobre Venus han cambiado drásticamente. Gracias a los esfuerzos conjuntos de científicos de muchos países, se rompió un aura de oscuridad de nuestro compañero más cercano. La historia del estudio de Morning Star recuerda a una buena historia de detectives.
Tiene una trama, una maraña de secretos, un clímax y un desenlace. Testigos oculares que señalaron en la dirección equivocada y hechos que inicialmente no se tomaron en serio. ¿Cuál fue el primer paso para resolver los secretos de nuestro vecino?
Si miras el panorama general, la historia moderna del estudio de Venus, la historia que inició la comprensión de lo que es el planeta, comenzó en abril de 1932, en una noche clara y despejada. En el suroeste de California hay una hermosa cadena montañosa: San Gabriel. Uno de sus atractivos es el Observatorio Astronómico Alpino Mount Wilson. Se encuentra a una altitud de unos 1740 metros sobre el nivel del mar. En el momento de los hechos descritos, se montó un nuevo espectrógrafo infrarrojo en su telescopio principal, y los empleados del observatorio pasaron noches sin dormir, obteniendo las características espectrales de los cuerpos celestes. Otro experimento, organizado por los astrónomos Theodore Dunham y Walter Adams, tenía como objetivo encontrar agua en la atmósfera de Venus.Para aumentar la precisión, decidimos limitarnos a estudiar una pequeña banda espectral en la región del infrarrojo cercano.
En ese momento, la teoría espectrométrica estaba bien desarrollada y se aplicó con éxito tanto en la Tierra como para estudiar objetos astronómicos brillantes como el Sol. Además, en el siglo XIX, fue posible identificar las bandas de absorción de amoníaco cerca de Júpiter y otros planetas gigantes. Pero para determinar la composición de las atmósferas de Venus o Marte más cercanas a nosotros, todavía no podía ayudar. La señal de otros planetas era demasiado débil, era demasiado fácil confundirla con las líneas que aparecían en la coronosfera del sol o en la atmósfera de la Tierra. Pero en esta noche de primavera limpia y clara, finalmente llegó el éxito. Sin embargo, aquí también no fue sin suerte, buena suerte. Al conocer el experimento, Kenneth Meese, director de los Laboratorios de Investigación de Kodak, les dio a los experimentadores un juego de placas fotográficas hechas especialmente. Un lote de placas de contraste sensibilizadas fue particularmente exitosocon alta sensibilidad, alto contraste y excelente resolución. No hubo otras emulsiones de este tipo que cumplieran con estos parámetros al menos la mitad. Fue gracias a ellos que se hizo el descubrimiento.
Después del desarrollo de la placa, no se pudieron encontrar rastros de absorción de agua, pero las líneas de absorción de algunos gases aparecieron con bastante claridad (Fig. 21). Gas desconocido. No había tales líneas en los libros de referencia. Nadie lo ha visto en experimentos terrestres, pero este gas apareció claramente en la atmósfera de Venus.
Afortunadamente, el análisis espectral se basa no solo en comparar las bandas obtenidas con las ya conocidas. Se basa en las propiedades fundamentales de la materia, e incluso a partir de la disposición de las líneas, se puede decir mucho sobre la molécula que provocó la absorción. El gas desconocido resultó ser similar en sus características al dióxido de carbono ordinario.
Surgió una nueva pregunta: ¿por qué estas líneas no eran visibles en los experimentos ordinarios? Una de las respuestas fue que las líneas de absorción en este rango son muy débiles y poco visibles a las concentraciones de CO2 con las que suelen trabajar. Para probar esta hipótesis, el Observatorio Mount Wilson fabricó un tubo sellado de 21 metros de largo. Se bombeó el aire de la tubería y se bombeó dióxido de carbono a presión.
Hasta 10 atmósferas, no se observó absorción en el rango estudiado. Con un aumento aún mayor de la presión, apareció una línea muy débil y difusa, extremadamente cercana a la línea observada en el espectro de Venus. Se confirmó la hipótesis: la absorción fue causada por dióxido de carbono. Ahora era necesario determinar su concentración. Cabe señalar que el método espectrométrico no puede estimar directamente el porcentaje de gas en la atmósfera. Es relativamente fácil estimar el llamado espesor reducido de la capa de gas. Este valor completamente condicional se introdujo para simplificar los cálculos. Suponga que el gas deja de expandirse repentinamente y en todos los puntos tiene una presión constante de 1 atmósfera. ¿Cuál es la altura de la capa de gas que proporciona esta absorción? O un ejemplo así: si tomamos el experimento con la tubería como base, pero asumimos queSi la tubería no puede soportar presiones de más de una atmósfera, ¿cuánto tiempo debe tener la tubería para garantizar la absorción especificada? La longitud de esta tubería sería numéricamente igual al espesor reducido de la capa de gas. El experimento con la tubería permitió determinar el valor mínimo, no menos de 400 metros. Las estimaciones refinadas hechas a partir de este espectrograma mostraron un resultado aún más espectacular: 3,2 km. Este es un valor muy grande. A modo de comparación: todo el océano de aire de la Tierra corresponde al espesor reducido de 8,5 km, y el espesor reducido del dióxido de carbono en la atmósfera terrestre es de solo 220 cm.El experimento con la tubería permitió determinar el valor mínimo, no menos de 400 metros. Las estimaciones refinadas hechas a partir de este espectrograma mostraron un resultado aún más espectacular: 3,2 km. Este es un valor muy grande. A modo de comparación: todo el océano de aire de la Tierra corresponde al espesor reducido de 8,5 km, y el espesor reducido del dióxido de carbono en la atmósfera terrestre es de solo 220 cm.El experimento con la tubería permitió determinar el valor mínimo, no menos de 400 metros. Las estimaciones refinadas hechas a partir de este espectrograma mostraron un resultado aún más espectacular: 3,2 km. Este es un valor muy grande. A modo de comparación: todo el océano de aire de la Tierra corresponde al espesor reducido de 8,5 km, y el espesor reducido del dióxido de carbono en la atmósfera terrestre es de solo 220 cm.
En 1940, el astrónomo Rupert Wildt dio un paso más. Examinó las ventanas de absorción y emisión de CO2 y, conociendo el coeficiente de reflexión de Venus a partir de observaciones telescópicas, obtuvo que la temperatura en la superficie puede llegar a 135 ° C.De hecho, es él quien es el autor de la teoría de el efecto invernadero, pero en esos años su artículo pasó casi desapercibido ... Obtuvo una segunda vida en 1952, cuando Gerard Kuiper se estaba preparando para la reimpresión de su libro "Atmósferas de la Tierra y los Planetas". Habiendo encontrado este artículo, revisó los cálculos nuevamente y, utilizando datos más modernos sobre Venus, dedujo que la temperatura debería ser de unos 77 ° C.
En 1956, McClough, Mayer y Slonaker realizaron las primeras observaciones de la propia emisión de radio de Venus en el rango de 3,15 cm en el radiotelescopio de 15 metros del Laboratorio de Investigación Marina de EE. UU. El resultado asombró a todos. Según el resultado, la temperatura de Venus resultó ser de aproximadamente 287 ° para el lado oscuro del planeta, lo que superó significativamente cualquier otro cálculo y medición. Decidimos cambiar la longitud de la onda de radio en 9,4 cm.
Se llevaron a cabo dos observaciones y se obtuvieron los indicadores: 157 ° y 467 ° , respectivamente. El siguiente experimento, realizado por Gibson y McIwan en enero de 1958, a una longitud de onda de 8,6 mm dio una temperatura de 137 ° C a 160 ° C.Pero cuando en septiembre de 1959 Kuzmin y Salomonovich decidieron realizar un experimento similar en el recién lanzado soviético 22 - radiotelescopio de metro, para 8 mm obtuvimos un resultado notablemente "más frío" - 42 ° C.
Los datos del radar llegaron bastante a tiempo. A fines de la década de 1950, los métodos espectroscópicos para estudiar Venus estaban en crisis. En ese momento, se conocían varias docenas de líneas de absorción en la atmósfera de Venus, pero todas pertenecían al dióxido de carbono. No fue posible identificar ningún otro gas durante mucho tiempo.
Los informes sobre el descubrimiento de nuevos gases en la atmósfera de Venus a veces destellaban como chispas, pero se apagaban rápidamente. Por ejemplo, el astrónomo soviético Kozyrev en 1954, al estudiar la luz de ceniza de Venus, recibió una gran cantidad de nuevas líneas de absorción, el astrónomo estadounidense Newkirk confirmó sus datos. Algunas de las líneas que Kozyrev identificó con las líneas de nitrógeno altamente ionizado, y si esto resultara ser cierto, sería el primer descubrimiento de nitrógeno en la atmósfera de otro planeta. Luego intentaron explicar algunas de las líneas con oxígeno ionizado. Como resultado, resultó que era dióxido de carbono ionizado.
Lo más desagradable es que no fue posible probar con seguridad la presencia de agua en la atmósfera de Venus. Todas las observaciones dirigidas a esto mostraron un resultado negativo o una concentración que podría haber sido producida por rastros de humedad en la atmósfera terrestre. Además, no se pudo detectar ni siquiera por métodos indirectos. Por ejemplo, bajo la influencia de la radiación ultravioleta del Sol, el agua y el dióxido de carbono podrían formar formaldehído, pero tampoco se pudo detectar formaldehído en la atmósfera de Venus. O tal hecho: el alto contenido de dióxido de carbono indicaba que el llamado equilibrio de Yuri estaba perturbado en la atmósfera de Venus. En las condiciones de la Tierra, el dióxido de carbono se une activamente a los océanos del mundo y se transforma en rocas sedimentarias. Además, el agua sirve como catalizador en este proceso. Y si hay agua en el planeta, entonces debería haber mucho menos carbono y gas ácido.Sin embargo, las nubes sobre Venus con un buen telescopio eran perfectamente visibles, y si no eran de agua, ¿entonces de qué? Tal vez todavía sea del agua, pero no se puede identificar con precisión debido a la humedad en la atmósfera de la Tierra, lo que afecta las lecturas del espectrógrafo.
Era necesario hacer algo al respecto. Digamos, intente preparar un experimento de tal manera que el agua de la atmósfera terrestre no pueda influir en el resultado. En 1959 se hizo un intento muy interesante. En la década de 1950, el Centro de Investigación de la Marina de los Estados Unidos llevó a cabo un extenso programa para lanzar globos estratosféricos tripulados (Fig. 22). Inicialmente, el vuelo se llevó a cabo para estudiar la atmósfera de la Tierra, pero un grupo de científicos de la Universidad Johns Hopkins propuso un proyecto para obtener espectros infrarrojos de Marte y Venus, para buscar agua en ellos. La propuesta fue aceptada y se inició el trabajo. Se instaló un telescopio especialmente modificado con un espectrógrafo en el globo estratosférico. La guía preliminar debía ser realizada por una persona, luego el telescopio que apuntaba al planeta estaba controlado por un sistema de seguimiento automático especial. El primer intento tuvo lugar en 1958,su objetivo era Marte. Debido a una falla en el caparazón de un globo estratosférico, el vuelo tuvo que posponerse y se perdió la oportunidad de estudiar Marte este año. En 1959, fue el turno de Venus.
A finales de noviembre de 1959, el globo estratosférico con el piloto Ross y el observador Moore alcanzó una altitud de 24 km. A esta altitud, la cantidad de vapor de agua en la atmósfera terrestre no superó el 0,1% del valor total. Ross y Moore apuntaron el telescopio a un objetivo y pudieron capturar varios espectros infrarrojos de Venus. La tarea no fue fácil. Las vibraciones de la góndola eran a veces tan agudas que era necesario dejar de funcionar por completo. Según los directores del experimento, incluso el hecho de que lograran obtener al menos algunos resultados era asombroso en sí mismo. Pero hubo un resultado: resultó identificar varias líneas de absorción de agua. Desafortunadamente, el rango de valores resultó ser demasiado grande, lo que generó dudas sobre los datos obtenidos.
También en 1959, tuvo lugar otro hecho significativo, gracias al cual apareció otra pieza en el mosaico venusino: la llamada cubierta (eclipse) de Venus de una de las estrellas más brillantes del cielo: Regula (Alfa Leo). Estos eclipses son extremadamente raros. En el siglo XX, en ese momento, solo se registraron tres eventos de este tipo. La cobertura de Venus de Regulus se calculó de antemano y grandes observatorios se estaban preparando para ello. Fue un gran éxito que el clima fuera bueno en muchos puntos de observación. Como saben, cuando una estrella se acerca al borde mismo del disco planetario, su luz comienza a debilitarse. En este caso, la atenuación no se debe a la dispersión, sino a la refracción de la luz. Al pasar por la atmósfera de Venus, la luz se desvía de un camino recto. Conociendo los fundamentos físicos de la refracción, se pueden calcular con mucha precisión los parámetros de la atmósfera superior del planeta. Verdad,hay un "pero": estos datos solo pueden dar un cierto coeficiente (densidad absoluta de la atmósfera) asociado tanto con la temperatura como con el peso molecular del gas que causa la refracción. Y solo conociendo la composición exacta de la atmósfera, puede calcular fácilmente su temperatura y densidad a la altitud a la que se realizó el recubrimiento.
El nitrógeno se tomó como gas principal en la atmósfera de Venus; tomando su masa molar, obtuvimos la densidad y distribución de temperatura en las capas superiores. Estos datos se incluyeron en los primeros modelos de la atmósfera de Venus.
Los vehículos interplanetarios automatizados podrían, cuando se usan correctamente, proporcionar respuestas a muchos acertijos. Para evaluar el conocimiento actual y analizar experimentos, el Consejo de Investigación Espacial de la Academia Nacional de Ciencias de Estados Unidos decidió el 24 de julio de 1960 celebrar una conferencia especial para discutir los parámetros de las atmósferas de Marte y Venus. Fue a estos planetas a los que se enviarían los vehículos terrestres en primer lugar. En vista de la importancia del tema, también se decidió celebrar una conferencia adicional en Pasadena a fines de diciembre de 1960 y principios de febrero de 1961. Esta conferencia, a la que asistieron todo el color de los científicos planetarios estadounidenses, es interesante porque, según los informes entregados en ella, las ideas sobre los planetas al comienzo de la era espacial son claramente visibles. No había ninguna duda particular sobre Marte, que no se puede decir sobre Venus. La conferencia reveló claramente:¡No existe una teoría consistente que describa la estructura de la atmósfera de Venus! Cada científico planetario defendió su propia versión, y ni una sola hipótesis estuvo libre de problemas internos. Entre los supuestos científicos, a veces había algunos muy interesantes. En particular, me gustaría mencionar la extravagante teoría del Dr. Hoyle. En él, Venus estaba cubierto por el océano, en el que el agua estaba bajo una enorme capa de petróleo.
Y esta hipótesis también estaba bien desarrollada e hizo un buen trabajo al explicar algunos de los datos disponibles.
En ese momento, tres teorías de la estructura de la atmósfera de Venus pueden considerarse las principales. Todos ellos fueron desarrollados para explicar la alta temperatura de brillo que reciben los radioastrónomos. Aquí debe comprender claramente lo que se estaba discutiendo. Hasta entonces, solo había ocho puntos en el gráfico de la emisión de radio de Venus, dependiendo de la longitud de onda. La precisión de estas medidas, lamentablemente, fue baja debido al ruido intrínseco del receptor; los experimentos se llevaron a cabo en el límite de sensibilidad de los instrumentos. Pero generalmente mostraron que la emisión de Venus a diferentes frecuencias de emisión de radio es diferente.
En el rango milimétrico, la temperatura era relativamente baja, 50-70 grados Celsius, pero podía exceder significativamente los 300 ° C en el rango centimétrico. Era necesario comprender de dónde proviene esta radiación. Para explicar el cuadro emergente, se desarrollaron dos tipos de hipótesis: un fondo caliente y un techo frío y, en consecuencia, un techo caliente y un fondo frío (Fig. 23).
El fondo caliente significaba la superficie del planeta. Y era ella, según la teoría del primer tipo, la que estaba al rojo vivo a temperaturas monstruosas; La radiación fría provenía de las capas más altas de la atmósfera, por ejemplo, de las nubes. La hipótesis del invernadero fue el representante clásico del primer tipo. Carl Sagan lo resolvió con mucho cuidado. El dióxido de carbono por sí solo, al parecer, no podría causar tal calentamiento, esto surgió de los cálculos de Wildt y Kuiper. Carl Sagan repitió cuidadosamente los cálculos y mostró que la absorción en dióxido de carbono por sí sola no podía explicar los datos experimentales de ninguna manera. Pero si agrega incluso un poco de vapor de agua a la atmósfera de Venus, todo cambió. El vapor de agua es un gas de efecto invernadero muy bueno. Podría retrasar la radiación en el rango infrarrojo, lo que provocó un fuerte calentamiento de la superficie.
La hipótesis del invernadero pintó un mundo muy aburrido. La temperatura de la superficie es superior a 300 ° C, la presión podría alcanzar varias atmósferas. Venus debe estar seco, tranquilo, oscuro y caluroso. El sol solo podía verse como un disco rojizo. La hipótesis del invernadero dejaba pocas esperanzas para una vida venusiana. A principios de la década de 1960, fue ella quien mejor se ejercitó que cualquier otra, aunque también tuvo varios inconvenientes.
Por ejemplo, el hecho de que Venus tuviera problemas con el agua. Ernst Epik criticó la hipótesis del invernadero y propuso la suya propia. Lo llamó Eolosférico, en honor a Eolo, el antiguo dios griego del viento. El hecho es que la curva polarimétrica de las nubes se parecía más a la curva del polvo que al agua. Según esta hipótesis, las nubes que todos observaron no eran nubes, sino una gran tormenta de polvo que barrió todo el planeta. Cubrió la superficie de Venus con un manto gigante, y debido a la fricción de los granos de arena en la superficie, la temperatura aumentó.
Sin embargo, al calcular los datos sobre presión y temperatura en la superficie de Venus, resultaron ser similares a los resultados obtenidos bajo la hipótesis del invernadero. Al igual que en la hipótesis del invernadero, resultó que la temperatura de la superficie es de más de 300 ° C, la presión es de hasta 4 atmósferas. Seco, pero muy polvoriento y ventoso. Por desgracia, ambas teorías no dejaron esperanzas de la existencia de vida en Venus.
Sin embargo, también existía la teoría de la "cima caliente", la ionosférica. Según él, la temperatura más baja pertenecía a la superficie y la más alta era causada por la radiación de la ionosfera del planeta. En este caso, Venus tendría una temperatura perfectamente tolerable, alrededor de 27 grados Celsius. Y es bastante posible, y la vida. En muchos sentidos, esta hipótesis se basó en una suposición anterior construida sobre la teoría del origen de los planetas en el sistema solar.
Venus parecía ser un gemelo nublado de la Tierra, en la situación que se desarrolló en nuestro planeta hace millones de años, en el período Carbonífero. Clima cálido y húmedo con abundancia de humedad, cielos nublados y un mundo orgánico similar al del final de la era Paleozoica. Allí, pensaban los científicos de mentalidad romántica, crecen jardines tropicales y caminan los antepasados de los dinosaurios. Un mundo perdido que espera a sus profesores Challenger. Después de todo, ¡era un planeta completamente desconocido! Escritores y artistas retrataron el mundo que excita la imaginación en todo su color.
En 1961, se estrenó en la URSS un largometraje "El planeta de las tormentas", dirigido por Pavel Klushantsev (Fig. 24). Klushantsev fue un realizador de documentales de gran éxito con un enfoque científico meticuloso. Este fue su único largometraje basado en la historia del mismo nombre de Alexander Kazantsev. Al comienzo de la película, advirtió honestamente a la audiencia: “La información científica sobre el planeta Venus es escasa y contradictoria. Solo la fantasía es capaz de mirar hacia el mundo por descubrir. Puede que no sea lo mismo que en nuestra película. Pero creemos en la proeza venidera del pueblo soviético, que verá el planeta de las tormentas con sus propios ojos ".
En la película, los espectadores vieron paisajes extraterrestres, viajes submarinos, flora y fauna agresivas. Viajaron y escaparon con los héroes del volcán ... Y luego no había nadie en nuestro planeta que pudiera demostrar con seguridad que esto no era así. Tres supuestos. Tres mundos diferentes. Ninguna hipótesis podría contener todos los datos disponibles. Cada uno de ellos explicó bien algunos hechos y fue completamente refutado por otros. Se necesitaban datos más detallados para comprender qué hipótesis era correcta.
Este es un fragmento de mi libro “Venus. Planeta indomable ". Además, ahora hay una colección para mi nuevo libro. Puede apoyarse aquí .