Познание Утренней звезды: как СССР и США состязались в изучении Венеры

Человечество уже более 60 лет исследует Венеру с помощью автоматических межпланетных станций (АМС). Основную массу знаний об этой планете, издавна прозванной Утренней звездой, мы получили в 1960–1980-х годах благодаря космическому соперничеству СССР и США — тогда обе сверхдержавы отправили к Венере множество оснащенных научными приборами аппаратов. В отличие от лунной гонки, в этой борьбе не было победителей и проигравших, ибо в выигрыше оказалось все человечество, однако «матч» выдался напряженным. Vokrugsveta.ru в деталях рассказывает, какой вклад в развитие наших знаний о Венере внесли советские и американские межпланетные станции.

Предматчевая подготовка: в начале было воображение

Мечтатели, грезившие о встрече с представителями инопланетных цивилизаций, издавна бредили Марсом. Однако и Венера тоже внушала немалые надежды. Астрофизик Иосиф Шкловский в связи с этим отмечал в 1980-х:

«Долгое время Венера рассматривалась астрономами, а больше — литераторами как идеальная обитель жизни. Казалось бы, все необходимые условия для развития жизни на этой планете имеются. Ее размеры, масса, сила тяжести почти такие же, как и на Земле. Она покрыта пеленой облаков (из-за которых никогда не видна её поверхность) и окружена мощной (по выражению М. В. Ломоносова, „знатной“) атмосферой. Венера купается в лучах Солнца. Ведь поток солнечного излучения через единицу ее поверхности почти в два раза больше, чем на Земле».

Неудивительно, что ученые давали благоприятные прогнозы относительно возможности встретить на Венере если не разумных, то хотя бы просто живых существ. Так, в 1870 году британский астроном Ричард Проктор высказался, что венерианская жизнь может существовать в приполярных регионах планеты — менее жарких по сравнению с экваториальными областями. Лауреат Нобелевской премии по химии швед Сванте Аррениус в 1918 году предположил, что нынешняя Венера является аналогом Земли — но той, какой она была в каменноугольный период: тогда на Земле царили пышная растительность и влажный удушливый климат.

Эти умозаключения вдохновили писателей-фантастов. Можно упомянуть лишь некоторые, самые известные произведения, повествующие об обитаемой Венере. Так, в 1933 году Александр Беляев опубликовал роман «Прыжок в ничто», герои которого совершают перелет с Земли на Венеру и обратно. Там они застают буйную растительность, напоминающую земную, и фауну палеозойской эры.

В 1962 году на экраны вышел знаменитый советский фильм «Планета бурь», снятый по мотивам одноименной повести Александра Казанцева, — это был один из немногих моментов, когда отечественный кинематограф оказался впереди Голливуда. В этой картине режиссер Павел Клушанцев демонстрирует высадку на Венеру советско-американской экспедиции. В фильме соседняя планета напоминает Землю мезозойского периода. Герои фильма то и дело попадают в приключения среди венерианских динозавров и даже натыкаются на следы существования на Венере цивилизации.

Фильм так поразил американских киноделов, что один из них, Роджер Корман, перемонтировав «Планету бурь» и добавив туда ряд доснятых эпизодов, выпустил его в местный прокат под названием «Путешествие на доисторическую планету».

Серьезные ученые, конечно, не испытывали свойственного писателям энтузиазма относительно Венеры. Но и они еще очень долго верили, что на соседней планете может существовать жизнь — путь даже в самой примитивной форме. Советский астроном Гавриил Тихов в своей книге «Шестьдесят лет у телескопа» писал, что совершенно не исключает наличия на Венере растительности — он даже предполагал, что при прогнозируемой температуре в 80 °C венерианские растения должны быть окрашены в желтый цвет.

Тихов умер в самом начале 1960 года и лишь немного не дожил до развенчания этих иллюзий. Шкловский же, опиравшийся на данные, полученные как раз в середине 1960-х, отмечал, что по мере изучения соседней планеты вероятность существования на Венере любых форм жизни становится все меньше. Ученый перечислял основания для такого скептицизма. Во-первых, на Венере слишком жарко. Во-вторых, Венера вращается вокруг своей оси слишком медленно — а это тоже не благоприятствует развитию жизни на планете. В-третьих, там гигантское давление у поверхности. В-четвертых, там, в отличие от Марса, отсутствовала первичная гидросфера.

Впрочем, даже сейчас есть энтузиасты, не исключающие до конца возможности того, что Венера обитаема. Но населяют ее в лучшем случае примитивные микробы, а о более сложных организмах, не говоря уж о цивилизации, речи заведомо не идет. Но это нам ясно сегодня, а в начале 1960-х, когда человечество только приступало к изучению Венеры с помощью космических аппаратов, еще оставались некоторые надежды на то, что на Утренней звезде удастся обнаружить сложные биологические структуры.

В 1959 году в печать вышла «Страна багровых туч» — первое крупное произведение Аркадия и Бориса Стругацких. В работе над ней они опирались на самые современные на тот момент научные данные о Венере. В их видении Венера является раскаленной пустыней, где жизнь сосредоточилась только на территории небольших «оазисов». Там сохраняются более-менее сносные природные условия — и на венерианских болотах процветают странные, похожие на картинки из кошмарных снов, флора и фауна.

Первый раунд: мечты разбиваются о реальность, США открывают счет

Возможно, что-то подобное описанному Стругацкими подсознательно рассчитывали увидеть люди, работавшие над советской программой «Венера» и американской «Маринер», стартовавшими почти одновременно. Главным призом в этой гонке был престиж, ибо соревнование шло на пределе научно-технических возможностей, имевшихся тогда у США и СССР. И это оказалось великим благом для всего человечества, ибо никакой особенной практической пользы — то есть того, что, грубо говоря, можно было немедленно «проглотить и съесть» — от запуска искусственных аппаратов к Луне, Марсу и Венере не было.

Увы, миссия «Венеры-1» оказалась удачной лишь отчасти. Последний сеанс связи с АМС состоялся 17 февраля 1961 года, когда станция находилась на расстоянии 1,9 млн км от Земли. К тому времени аппарат успел передать данные измерений параметров солнечного ветра и космических лучей в окрестностях Земли, а также на большом расстоянии от нашей планеты. Судя по расчетам 19 и 20 мая 1961 года безмолвная АМС «Венера-1» сблизилась с Утренней звездой на расстояние в 100 тысяч км и затем перешла на гелиоцентрическую орбиту.

Конструктор Борис Черток писал, что причиной фиаско стало неудачное устройство бортовых приемников, отключавшихся во время перерывов между сеансами связи. Это сильно ограничило способность Центра управления следить за состоянием аппарата, нуждавшегося в постоянном внешнем контроле. Поэтому когда в полете произошел сбой в системе, отвечающей за ориентацию по Солнцу — один из датчиков перегрелся и отказал, — на Земле не смогли вовремя произвести корректировку траектории станции. В связи с этим было решено впредь оснащать такие станции постоянно работающими приемниками.

Первым же космическим аппаратом, получившим данные с самой Венеры, суждено было стать американскому «Маринеру-2». Этот 203-киллограмовый «малыш», запущенный 27 августа 1962 года, провел в полете 110 дней и 14 декабря прошел всего в 34,8 тыс. км от Венеры. Вскоре АМС передала данные о высокой температуре венерианской атмосферы — 500 °C. Также «Маринер-2» впервые измерил различные свойства солнечного ветра. Таким образом, победу «по очкам» в этом первом раунде следует присудить США.

Второй раунд: СССР теряет много аппаратов, но вырывается вперед

С августа 1962-го по апрель 1964 года Советский Союз попытался отправить к Венере сразу шесть межпланетных станций, но пять попыток окончились неудачей на этапе работы ракеты-носителя или разгонного блока, а шестая («Зонд-1») — в полете (связь с аппаратом была потеряна, а сам он пролетел в 110 тыс. км от Венеры).

Зато советские специалисты, несмотря на частые неудачи, продолжили создавать аппараты для изучения Венеры. 5 и 10 января 1969 года к Утренней звезде отправилась еще одна пара АМС. В мае того же года станции «Венера-5» и «Венера-6» вошли в атмосферу планеты и передали уточненные данные о температуре, давлении и других параметрах ее нижних слоев. На высоте около 18 км над поверхностью Венеры оба спускаемых аппарата были раздавлены.

В августе 1970 года в путь отправилась станция «Венера-7». Ее спускаемый аппарат отличался от предшественников куда большей прочностью и был рассчитан на давление в 180 атмосфер. Благодаря этому он опустился на поверхность Венеры 15 декабря в работоспособном виде. Увы, сломался коммутатор и удалось получить информацию только с термометра. Но и эти сведения оказались важны: в сочетании с данными измерений, сделанных приборами предыдущих станций они позволили рассчитать распределение давления и плотности атмосферы Венеры по высоте вплоть до поверхности.

22 июля 1972 года Утренней звезды после 117-суточного полета достигла АМС «Венера-8», а ее спускаемый аппарат произвел мягкую посадку на дневной стороне планеты. Данные, полученные по итогам предыдущей экспедиции, позволили существенно его облегчить его конструкцию (спускаемый аппарат «Венеры-7» был избыточно прочен), что дало возможность установить на нем дополнительные приборы: фотометр и устройство для измерения концентрации аммиака.

В результате проработавшему при температуре 470 °C около 50 минут аппарату удалось впервые измерить степень освещенности на поверхности планеты (она оказалась такой же, как на Земле в пасмурный день), концентрацию аммиака в атмосфере, силу ветра на разных высотах и выполнить исследование венерианского грунта. Таким образом, программа полета станции «Венера-8» оказалась выполнена полностью.

И «Венера-7», и «Венера-8» имели станции-дублеры, которые, как и до этого, запускались с разницей в несколько дней с аппаратом-близнецом. АМС, названные впоследствии «Космос-359» и «Космос-482», остались на орбите — опять подвели разгонные блоки.

В феврале 1974 года облет Венеры, сблизившись с ней на 5770 км, совершил американский аппарат «Маринер-10», направлявшийся к Меркурию. Пролет позволил станции совершить гравитационный маневр, необходимый для дальнейшего сближения с Меркурием. Американская АМС передала на Землю около 3 тыс. снимков Утренней звезды в видимом и ультрафиолетовом диапазонах. Эти фотографии продемонстрировали, что атмосфера планеты находится в постоянном движении, на их основе была составлена модель атмосферной динамики Венеры. «Маринер» также уточнил массу этого небесного тела (оказавшуюся несколько меньше расчетной) и подтвердил, что Венера обладает крайне слабым магнитным полем.

В октябре 1975-го посадку на дневной стороне на расстоянии около 2000 км друг от друга совершили спускаемые аппараты «Венеры-9» и «Венеры-10» — двух тяжелых советских станций нового поколения. Они передали на Землю первые в мире фотографии, сделанные на поверхности другой планеты, а заодно измерили плотность грунта и содержание в нем естественных радиоактивных элементов. Орбитальные аппараты обеих станций продолжили свой полет, выйдя на двухсуточные эллиптические орбиты. Так они оказались первыми искусственными спутниками Утренней звезды.

На данном этапе пальму первенства в венерианских исследованиях однозначно удерживал СССР — на счету советских инженеров было несколько успешных посадок спускаемых аппаратов, которым удалось собрать большой массив ценнейших научных данных.

Третий раунд: США немного сокращают разрыв, СССР не снижает темпы

Отвлекшиеся на полеты к Марсу и лунную программу американцы дозрели до своей собственной экспедиции к Венере лишь к 1978 году. Решив подойти к делу масштабно, в NASA 20 мая и 8 августа запустили автоматические станции «Пионер-Венера-1» («Пионер-12») и «Пионер-Венера-2» («Пионер-13»), предназначенные для комплексных исследований. «Единица» должна была стать искусственным спутником Венеры и проводить радиолокационное исследование ее поверхности, а «двойка» была оборудована аж четырьмя спускаемыми модулями — одним большим и тремя маленькими.

«Двойка» выпустила большой посадочный модуль 16 ноября, а маленькие — 20-го. Все четыре аппарата вошли в атмосферу планеты 9 декабря и спускались в течение почти часа. Связь с одним из «малышей» оказалась потеряна, а остальные проработали достаточно долго для того, чтобы передать интересные данные о венерианской атмосфере. В частности, выяснилось, что соотношение изотопов аргона ³⁶Ar и ⁴⁰Ar в ней намного выше, чем в атмосфере Земли, что может указывать на разный генезис атмосфер нашей и соседней планеты. Также было установлено, что на высоте 10-50 километров в венерианской атмосфере практически нет конвекции, а температура в этой зоне почти не отличается в разных областях планеты. При этом измерения показали, что в состоящих из капель серной кислоты венерианских облаках порывы ветра могут достигать 200 м/с.

Что касается «Пионера-Венеры-1», то этот аппарат проработал более 14 лет — до августа 1992 года. Он выполнял картографирование поверхности планеты с помощью радара, изучал ее атмосферу и облачный покров, проводил эксперименты по измерению различных характеристик ионосферы и гравитационного поля. «Единица» также предоставила новые данные по динамике облачного покрова планеты, обнаружила частые грозовые разряды, сконцентрированные в ограниченных областях.

Советский Союз тоже не выходил из игры. 21-го и 25-го декабря 1978 года на Венеру сели спускаемые аппараты запущенных в сентябре АМС «Венера-12» и «Венера-11» соответственно. Оказавшиеся на дневной стороне Утренней звезды модули проработали 93 минуты («Одиннадцатый») и рекордные 110 минут («Двенадцатый»).

Во время спуска и после посадки аппараты провели химический анализ состава атмосферы и облаков, спектральный анализ рассеянного в атмосфере солнечного излучения, собрали данные об электрических разрядах в атмосфере, измеряли температуру, давление и аэродинамические перегрузки. А вот сделать фотографии им не удалось — на обоих аппаратах не открылись крышки, защищавшие объективы камер.

С разгонными блоками теперь все было в порядке, так что в марте 1982 года «привенерилась» очередная пара советских автоматических станций. Благодаря спускаемым аппаратам «Венеры-13» и «Венеры-14» удалось впервые получить цветные изображения поверхности планеты и выполнить прямой анализ грунта планеты (две предыдущие станции не смогли взять пробы грунта и изучить их из-за технических неполадок). Также спускаемые аппараты были оборудованы микрофонами, позволившими услышать, как «звучит» планета.

Аудиозапись, сделанная спускаемым аппаратов АМС «Венера-14» 5 марта 1982 года (KOSMOARC / YouTube)

В октябре 1983-го к выполнению своей миссии приступили «Венера-15» и «Венера-16», ставшие искусственными спутниками соседней планеты. В течение нескольких месяцев они передавали на Землю радиолокационные изображения венерианской поверхности — за это время обе станции выполнили картографирование примерно 30% поверхности планеты.

С первых дней радиолокационной съемки анализ полученных изображений проводился под руководством планетолога Александра Базилевского в Институте геохимии и аналитической химии им. В. И. Вернадского АН СССР. Сотрудники Базилевского построили геолого-морфологическую карту Венеры, охватывающую всю отснятую территорию. Важным результатом этой работы стало выявление двух новых типов структур венерианского рельефа. Их назвали терминами «венец» (кольцевые структуры размером от 200 до 600 км) и «тессера» (греч. «черепица»; структуры из чередующихся хребтов и долин, на снимках чем-то напоминающие паркет).

«К важнейшим открытиям относится обнаружение тектонической активности Венеры, масштабы которой много больше, чем на Луне, Марсе и Меркурии. Горные хребты и разделяющие их долины, обрамляющие Плато Лакшми, образованы в процессе интенсивного тектонического сжатия, что типично для горных систем Земли. К востоку от Гор Максвелла система параллельных горных хребтов и долин нарушена тектоническими смещениями», — писал доктор физико-математических наук Олег Ржига, подводя итоги работы с данными станций «Венера-15» и «Венера-16».

Финальный раунд: СССР выходит из игры, матч окончен по техническим причинам

Продолжением советской программы стала «Вега», в рамках которой станции «Вега-1» и «Вега-2», запущенные с Байконура 5 и 21 декабря 1984 года должны были заняться изучением как Венеры, так и навестившей Солнечную систему кометы Галлея (отсюда и название программы «Вега»).

После полугодового полета обе станции приблизились к Венере. 9 и 13 июня 1985 года от «Веги-1» и «Веги-2» отделились спускаемые аппараты, достигшие цели спустя двое суток. В процессе снижения они измеряли характеристики облачного слоя и анализировали химический состава атмосферы, а также выпустили в атмосферу наполненные гелием аэростатные зонды, которые дрейфовали на высоте около 55 км почти двое суток, преодолев за это время свыше 11 тыс. км каждый. Возможно, собравшие важные метеорологические данные аэростаты летали и дольше, но связь с ними прервалась.

Между тем посадочные модули сели на ночной стороне планеты в районе равнины Русалки, где выполнили анализ венерианских пород, в том числе с помощью спектрометра и гамма-спектрометра. Пролетные модули «Вега-1» и «Вега-2» тем временем сближались с кометой Галлея.

Американские исследования Венеры в конце 1980-х — начале 1990-х ограничились двумя миссиями. 4 мая 1989 года с борта шаттла «Атлантис» стартовала межпланетная станция «Магеллан». Она была оборудована радиолокатором, позволявшим картографировать венерианскую поверхность с разрешением 100–300 метров.

Выйдя в августе 1990 года на эллиптическую полярную орбиту вокруг Венеры американский аппарат проработал на ней более четырех лет. Он выполнил картографирование планеты совсем на другом уровне, нежели его предшественники. Многократно снимая многие участки с разных углов, он помог составить трехмерную модель 22% поверхности Венеры. Это позволило лучше разобраться с геологией планеты. Удалось установить, что ее сравнительно молодая поверхность образовалась около 800 млн лет назад. «Магеллан» обнаружил много следов вулканической активности, но не зафиксировал явных признаков движения тектонических плит и ветряной эрозии поверхности.

Наконец, в феврале 1990-го мимо Венеры пролетел аппарат «Галилео», направлявшийся к Юпитеру и его спутникам. Он мимоходом обозрел Венеру при помощи телескопа и «прошелся» по ней детектором частиц.

На этом советско-американская венерианская гонка закончилась — по той простой причине, что СССР прекратил свое существование. После этого темпы венерианских и многих других космических исследований резко замедлились. Лишь в 2005 году Европейское космическое агентство запустило свой зонд «Венера-экспресс», а Япония в 2010-м — «Акацуки». Оба аппарата стали искусственными спутниками Утренней звезды.

В 2020-х годах у ученых снова возник интерес к изучению Венеры, связанный с появлением поставленных под сомнение гипотез о возможности существования жизни в венерианских облаках. В настоящее время Россия, США, Индия и Евросоюз готовят новые миссии к Венере. Но это — повод для отдельного разговора.