ВЕНЕРА - ЕДИНСТВЕННАЯ НЕМАГНИТНАЯ ПЛАНЕТА

Основной задачей экс-педиций к Венере (станции "Венера-11", "12", "13" и "14") было точное из-мерение химических и физических харак-теристик атмосферы и поверхности плане-ты. Однако портрет "утренней звезды" был бы далеко не полным, если бы в серии предыдущих советских экспедиций не бы-ли исследованы другие очень важные для понимания физики и эволюции Солнечной системы свойства планеты - ее магнитное поле и плазменная оболочка.

Важная и интересная эпоха в изучении планет началась после того, как было от-крыто существование солнечного ветра. Солнечная корона, непрерывно расширя-ясь, испускает потоки плазмы - в основ-ном ионов водорода и электронов,- за-полняющие все межпланетное простран-ство. Эти потоки на некотором расстоянии от Солнца разгоняются до сверхзвуковых скоростей (сотни километров в секунду) и образуют так называемый солнечный ветер.

Потоки солнечной плазмы частично увле-кают с собой, "вытягивают" в межпланет-ное пространство магнитное поле Солнца, и оно оказывается, таким образом, с одной стороны, жестко связанным с вращающим-ся Солнцем, а с другой - "вмороженным" в поток солнечной плазмы. В результате магнитные силовые линии межпланетного поля приобретают спиралевидную форму, напоминающую струи воды, выбрасывае-мые из вращающегося садового разбрыз-гивателя. Свойства солнечного ветра, "об-дувающего" планеты, могут сильно изме-няться, так как Солнце живет активной жизнью - на нем непрерывно зарождают-ся области с усиленными магнитными поля-ми, происходят вспышки с выбросами в межпланетное пространство дополнитель-ных порций частиц и т. п.

А как же планеты? Реагируют ли они на столь эфемерное явление, как солнечный ветер? Правомерность такого вопроса ста-нет понятной, если учесть, что вблизи Зем-ли, например, в одном кубическом санти-метре содержится в среднем всего не-сколько частиц солнечной плазмы. Длина свободного пробега частиц солнечного вет-ра у Земли-150 миллионов километров, то есть на этом пути соударений частиц практически не происходит. Да и межпла-нетное магнитное поле очень мало - оно в тысячи раз слабее магнитного поля Зем-ли у ее поверхности.

И все же планеты весьма заметно реа-гируют на солнечный ветер, их взаимодействие с солнечным ветром и межпланет-ным магнитным полем составляет особую и очень важную область физики планет.

Естественно, что первые открытия, отно-сящиеся к результатам воздействия сол-нечного ветра на планеты, были сделаны для Земли. У нее, как известно, имеется сильное собственное магнитное поле. Оно распределено в околоземном пространст-ве так, как если бы вблизи центра Земли под некоторым наклоном к ее оси враще-ния был помещен сильный постоянный магнит с северным магнитным полюсом в южном полушарии Земли.

Потоки солнечного ветра с "вморожен-ным" в них солнечным магнитным полем налетают на магнитное поле Земли (в днев-ной области околопланетного пространст-ва) и отражаются от него как от упругого экрана примерно на расстоянии 60 тысяч километров от поверхности Земли.

Область, где магнитное поле Земли ос-танавливает частицы солнечного ветра и где все магнитные силовые линии соедине-ны с Землей, а их направление определяется собственным магнитным полем Зем-ли, называется магнитосферой. Обтекая Землю, солнечный ветер как бы размыка-ет силовые линии земного магнитного по-ля с ночной стороны планеты и вытягива-ет их в длинный шлейф. Образуется так называемый хвост магнитосферы протя-женностью в сотни тысяч километров и с поперечным размером примерно 200 ты-сяч километров. В хвосте магнитосферы образуются две половинки со связками магнитных силовых линий противоположно-го направления (соответственно полярно-сти земного магнитного диполя), вытяну-тые вдоль линии Солнце - Земля. Эти по-ловинки разделены в эклиптической плос-кости, в которой лежит орбита Земли и Солнца, нейтральным (в смысле отсутствия магнитного поля) слоем, погруженным в горячую плазму-в плазменный слой. Магнитосфера Земли сильно реагирует на изменение свойств солнечного ветра. При возрастании (или уменьшении) его скоро-сти, концентрации частиц или ориентации межпланетного магнитного поля граница магнитосферы смещается на значительные расстояния. Образно говоря, магнитосфе-ра "дышит", однако структура хвоста и ориентация магнитного поля в нем остают-ся в целом неизменными.

Сверхзвуковой поток солнечного ветра, встречая на своем пути препятствие - маг-нитосферу, резко тормозится, и в нем об-разуется ударная волна по аналогии с тем, как у самолёта, летящего со сверхзвуковой скоростью в атмосфере, образуется (правда, по совсем другим причинам) в набега-ющем потоке ударная волна с тянущим-ся далеко за самолетом шлейфом.

Описанная выше крупномасштабная кар-тина взаимодействия Земли с солнечным ветром очень схематична, она была пред-ставлена здесь лишь для того, чтобы по-яснить, что ожидалось увидеть у других планет, в частности у Венеры.

В 1967 году плазменные (Институт косми-ческих исследований АН СССР) и магнит-ные (Институт Земного магнетизма и рас-пространения радиоволн АН СССР) изме-рения на станции "Венера-4", совершив-шей спуск в атмосфере Венеры впервые, а затем в 1968 году плазменные измере-ния на станции "Венера-6" показали, что у Венеры тоже есть ударная волна, распо-ложенная, правда, гораздо ближе к по-верхности планеты, чем у Земли (на рас-стоянии всего лишь примерно 2000 кило-метров) с дневной стороны планеты. Было измерено магнитное поле планеты - оно оказалось совсем незначительным, пример-но в десять тысяч раз слабее земного. Венера предстала перед нами практически немагнитной планетой.

Последний результат был неожиданным, но его можно было объяснить. В соответ-ствии с теорией происхождения и поддер-жания магнитных полей у планет-пла-нетарного динамо - планета, обладающая собственным магнитным полем, должна достаточно быстро вращаться и иметь жидкое проводящее ядро. Близкие значе-ния средних плотностей планет земной группы служили основанием для создания сходных моделей их внутреннего строе-ния. В таком случае отсутствие магнит-ного поля у Венеры можно было бы объяс-нить ее медленным вращением - период вращения Венеры равен примерно 243 зем-ным суткам.

Но что же, если не собственное магнит-ное поле, служит препятствием, которое тормозит солнечный ветер вблизи Венеры и образует ударную волну? Очевидно, что воздействию солнечного ветра должна подвергаться непосредственно атмосфера планеты и ее ионизированная часть - ионосфера. Механизм формирования удар-ной волны у такого препятствия был тогда еще непонятен.

Упрощенная общая схема взаимодействия Земли с солнечным ветром (меридиональное сечение). Различной штриховкой показано распределение плазмы в магнитосфере Земли: 1 - радиационные пояса с захваченными магнитным полем Земли в ловушку энергичными частицами, 2 - плазменный слой в хвосте магнитосферы, заполненный горячей (энергичной) плазмой, 3 - нейтральный слой - область изменения направления магнитного поля на противоположное между двумя половинками хвоста. Расстояние вдоль осей отложено в радиусах Земли (Rз = 6328 км). Пунктиром показаны си вые линии земного магнитного поля (диполя), не искаженные взаимодействием с солнечным ветром.

Американские аппараты "Маринер-5" (пролетавший вблизи Венеры на день позже "Венеры-4") и "Маринер-10" (1974 год) подтвердили существование ударной волны у Венеры, но практически не добавили существенной информации, необходимой для понимания особенностей взаимодействия Венеры с солнечным вет-ром.

Первые советские автоматические стан-ции нового поколения-"Венера-9" и "10" (1975 и 1976 годы) стали первыми искус-ственными спутниками Венеры и позволи-ли исследовать пространство позади пла-неты - область, затененную планетой от солнечного излучения и потоков солнечно-го ветра. Более того, появилась возмож-ность сравнивать и сопоставлять данные одновременных измерений на двух аппа-ратах, разнесенных в околопланетном про-странстве. Это в итоге привело к фунда-ментальным открытиям, настолько неожи-данным, что они долго обсуждались и да-же поначалу оспаривались. Однако прак-тически все сделанные выводы нашли под-тверждение через несколько лет, когда стали появляться публикации результатов измерений, проведенных в 1978 году на американском аппарате "Пионер-Венера".

Самым удивительным фактом, добытым станциями "Венера-9" и "10", было обна-ружение у немагнитной Венеры картины обтекания солнечным ветром, напоминаю-щей во многом происходящее у Земли. Оказалось, что у Венеры существует обра-зование типа земной магнитосферы с длинным плазменно-магнитным хвостом, в котором так же, как и в магнитосфере Зем-ли, магнитные силовые линии вытянуты вдоль направления Солнце-Венера и имеют различную ориентацию в обеих по-ловинках хвоста. Таким образом, в хвосте у Венеры есть и плазменный слой и ней-тральный слой, разделяющие этот хвост на две половины, причем плазменные образования и явление вне магнитосферы и внутри нее такие же на первый взгляд, как и у Земли.

Американские специалисты, чтобы объяснить существование у Венеры подобной магнитосферы, поначалу даже пересмотрели прежние оценки магнитного поля, сделанные у нас, и повысили его величину несколько раз. После более пристального анализа одновременно нескольких сеансе измерений на станциях "Венера-9" и "10" советские экспериментаторы обнаружили принципиальное отличие свойств магнитного поля в хвосте магнитосферы Земли от изменённого поля у Венеры.

Схематическое представление околопланет-ной ударной волны (пунктир) и магнитосфе-ры Венеры по данным станций "Венера-9" и "10". Пунктирными стрелками показано на-правление течения плазмы солнечного вет-ра.

Токовая система, создающая индуцирован-ную магнитосферу у Венеры. Видно, что нейтральный слой, разделяющий две поло-винки хвоста магнитосферы с различным направлением силовых линий, может ле-жать в отличие от Земли в меридиональ-ной плоскости в тех случаях, когда меж-планетное магнитное поле имеет направле-ние, перпендикулярное этой плоскости.

Оказалось, что если в хвосте магнито-сферы Земли направление силовых линий в связках и положение плоскости нейт-рального слоя всегда сохраняются, то у Венеры в различных сеансах измерений все изменялось. Хвост магнитосферы Ве-неры как бы поворачивался вокруг линии Солнце-1^нера вслед за определенными изменениями межпланетного магнитного поля. Направление силовых линий в двух половинках хвоста Венеры также могло изменяться на противоположные в раз-личных сеансах измерений.

Эти результаты привели к важнейшему выводу о том, что измеренное в хвосте Венеры магнитное поле имеет индукцион-ную природу в отличие от просто дефор-мированного постоянного поля Земли. Как уже говорилось, поток солнечного ветра несет с собой, обтекая планету, "вмороженное" магнитное поле, которое должно индуцировать в ионосфере элек-трические токи. Токи, текущие в ионосфе-ре, создают, в свою очередь, магнитное поле - своего рода упругий экран (его назвали магнитным барьером), отражаю-щий поток солнечного ветра. Этот поток, тормозясь в дневной околопланетной обла-сти, образует ударную волну и огибает планету. Иными словами, магнитное поле солнечного ветра, встречая ионосферу Ве-неры, не проникает в нее, а как бы, "за-цепляясь" за планету, обволакивает ее и вытягивается в длинный хвост с двумя связками силовых линий противоположно-го направления.

Естественно, что направление магнитного поля в обеих половинках хвоста в дан-ном случае должно зависеть от того, как было ориентировано магнитное поле в на-бегающем потоке солнечного ветра.

Итак, немагнитная планета Венера имеет магнитосферу, как и планеты, обладаю-щие собственным магнитным полем, но эта магнитосфера - наведенная, индуци-рованная. Справедливо было бы отметить, что, начиная с 1968 года, в мировой науч-ной литературе высказывались идеи о воз-можности существования "магнитного барь-ера", созданного индуцированными в ионосфере токами у планет, не имеющих сильного собственного магнитного поля. Однако это были гипотезы без расчетов. Никто не знал, возможно ли в таком слу-чае образование плазменно-магнитного хвоста и где текут ионосферные токи. Счи-талось, что токи текут во всей толще днев-ной ионосферы. Поскольку орбитальные отсеки станции "Венера-9" и "10" (ис-кусственные спутники планеты) максималь-но приближались к поверхности на 1200- 1500 километров, то есть не достигали верхней границы ионосферы с дневной стороны (250-500 километров), ответить на последний вопрос, опираясь на экспе-риментальные данные, однозначно не уда-лось. Данные американского аппарата "Пи-онер-Венера " полностью подтвердили су-ществование дневного магнитного барьера при практически полном отсутствии собст-венного магнитного поля у Венеры, а так-же существование плазменно-магнитного хвоста.

Эти данные позволили также уточнить и область течения ионосферных токов. Рез-кая верхняя граница ионосферы - ионопауза толщиной 50-100 километров на вы-соте 250-500 километров с дневной сто-роны планеты оказалась токовым слоем, создающим магнитный барьер, который, таким образом, опирается на ионосферу Венеры. Ионопауза экранирует ионосферу от потоков плазмы и магнитного поля сол-нечного ветра.

До настоящего времени Венера остает-ся единственной из исследованных планет, у которой нет своего магнитного поля, но несмотря на это, есть магнитосфера. Поэ-тому открытие и изучение магнитосферы Венеры имеют большое значение, выходя-щее за рамки планетологии. По-видимому, магнитосфероподобные образования рас-пространены во Вселенной, и они могут возникать как у тел и систем, имеющих собственное магнитное поле, так и у ли-шенных его, например, у комет.

Назад к перечню
Сайт управляется системой uCoz