Есть ли жизнь на других планетах?

Все это показывает, что  визуальные наблюдения планет весьма субъективны, и делать из них какие-либо выводы можно только на основании  длинного ряда наблюдений, желательно нескольких наблюдателей. Вместе с тем визуальные наблюдения имеют то преимущество перед фотографированием планет, что наблюдатель имеет возможность в краткие промежутки временных успокоений воздуха рассмотреть такие детали на диске планеты, которые наверняка не выйдут на пластинке.

Фотографирование  планет

Если визуальные наблюдения страдают субъективностью, то фотографический  метод в астрономии имеет основное преимущество именно благодаря своей  объективности.

Фотографирование планет со светофильтрами, впервые примененное  Г. А. Тиховым в 1909 г., может дать указание на присутствие или отсутствие атмосферы на планете, если только эта атмосфера достаточно прозрачна.

Начиная с 1924 г., помимо фотографирования планеты в видимых лучах, было получено много снимков Марса  в ультрафиолетовых и инфракрасных лучах, недоступных визуальным наблюдениям. Возможность исследовать изображения  планет в этих лучах представляет еще одно преимущество фотографического метода.

Развитие электроники  позволило применить принципиально  новый метод получения и фотографирования изображений планет в инфракрасных лучах на обычных пластинках. Для этого применяются специальные приборы — электронно-оптические преобразователи, главной частью которых является электронно-лучевая трубка, подобная тем, которые применяются в телевизорах. При этом методе достигается огромный выигрыш в яркости. Это помогает улавливать моменты прояснений изображения и избавиться от замывания деталей диска планеты из-за колебаний воздуха. Повышается и разрешающая способность прибора. Метод электронной фотографии имеет большое будущее. Он еще в 50-е годы с успехом был применен при фотографировании Марса, а также Сатурна, Юпитера и других планет. Фотографии планет используются теперь в основном для фотометрических задач.

Фотометрия

Слово «фотометрия» означает «измерение света». С помощью фотометрического метода мы измеряем интенсивность света, приходящего к нам от небесных тел. В области изучения планет фотометрический метод позволяет решать следующие задачи:

1. Измерение блеска планеты, т. е. той освещенности, которую свет планеты создает в точке наблюдения
2. Определение альбедо — величины, выражающей среднюю отражательную способность обращенного к Земле полушария планеты.
3. Оценка вероятных размеров спутников планет и астероидов по их блеску и принятому значению альбедо.
4. Исследование вращения малых планет по периодическим колебаниям их блеска.
5. Изучение распределения яркости по планетным дискам, что позволяет получить карту отражательной способности видимой поверхности планеты.

Блеск является мерой освещенности, создаваемой светилом на Земле. Точнее, блеск равен освещенности поверхности, расположенной в точке наблюдения перпендикулярно к лучам светила. Так как планеты в свою очередь освещаются Солнцем и отражают его лучи, нам придется познакомиться с законами отражения света шарообразными телами, освещаемыми извне.

Для непосредственного измерения  видимого блеска планет применяются  приборы, называемые фотометрами.

К фотометрическим методам  вплотную примыкает поляриметрический  метод, основанный на измерении доли поляризованного света в общем  количестве света, отраженного некоторым  участком поверхности планеты. Так  как степень поляризации отраженного  света зависит от свойств отражающей поверхности, этот метод дает некоторое  представление о строении поверхностей планет и об их атмосферах. Поляриметрия также бывает визуальная, фотографическая и фотоэлектрическая.

Радиометрические  наблюдения

Для измерения суммарной  радиации всех длин воли, приходящей к  нам от небесных светил и, в частности, от планет, служат неизбирательные  приемники радиации, например, термоэлемент. Сами методы измерения суммарной  радиации называются радиометрическими.

Радиометрические методы дают возможность определять температуры  планет.

Спектральный  анализ

Одним из самых могущественных методов современной астрофизики  является спектральный анализ. Он дает возможность изучать температуру, состав, строение и даже движение далеких  небесных объектов.

Получение спектров небесных светил основано на свойстве стеклянной призмы и дифракционной решетки преломлять лучи света разных длин волн под разными углами. Это явление называется дисперсией.

Для получения спектра  служит прибор, называемый спектрографом.

Фотографирование планет сквозь светофильтры, пропускающие лишь свет в определенном интервале длин волн - колориметрия, т. е. измерения цвета. При этом, конечно, речь идет не о грубой оценке на глаз цвета тех или иных частей поверхности планеты, поскольку такие оценки всегда субъективны и неточны, а о выражении цветности планетных образований с помощью, так называемых цветовых эквивалентов.

Колориметрия дает менее  точные результаты, чем спектрофотометрия, но зато имеет более широкие возможности для использования, так как гораздо легче получить снимок планеты сквозь светофильтр, чем ее спектр.

Сейчас методы спектрофотометрии продолжают применяться с постепенным расширением спектрального диапазона в сторону инфракрасных лучей.

Радиоастрономические  методы исследования

Как известно, любое нагретое тело является источником электромагнитных волн. Тела, имеющие высокую температуру, излучают свет — видимые лучи, более  холодные тела испускают радиоволны. Если говорить точнее, для каждой температуры  имеется определенное распределение  энергии по спектру.

Радиоизлучение планеты  может быть тепловым и нетепловым. Тепловое излучение возникает в  результате хаотического теплового  движения заряженных частиц на поверхности  планеты (точнее, в некотором слое, прилегающем к поверхности). Нетепловое радиоизлучение образуется в результате электромагнитных процессов: плазменных колебаний в атмосфере планеты, торможения заряженных частиц в ее магнитном поле и т. п.

В 1946 г. было впервые обнаружено радиоизлучение Луны, на волне 1,25 ем, что позволило в последующие годы применить радиоастрономические наблюдения для определения физических свойств наружного покрова Луны.

Радионаблюдения планет внесли важный вклад в изучение их природы.

Радиолокация  планет

Сперва радиолокация планет (главным образом Венеры) использовалась для уточнения величины астрономической единицы (среднего расстояния Земли от Солнца). Определяя время прохождения сигнала от Земли к Венере и обратно, можно вычислить расстояние между планетами в километрах. С помощью радиолокации Венеры (проводившейся независимо в СССР группой ученых из Института радиотехники и электроники АН СССР под руководством В. А. Котельникова и в США несколькими группами ученых) удалось определить эту величину с потрясающей точностью, о какой и не мечтали астрономы до применения этого метода:

1 а. е.=149 597 870±1,5 км.

Следующей задачей, успешно решенной методами радиолокации, было определение радиуса планет, в частности радиуса Венеры. Радиус планеты определяется из тех же наблюдений, что и расстояние до нее.

Радиолокация позволяет  изучать и физические свойства пород  поверхности планеты.

Исследование  планет космическими аппаратами

Применение космических аппаратов намного расширило возможность исследования планет. Основными методами научных исследований при этом являются следующие:

1. Прямое фотографирование планеты с более или менее близкого расстояния или небольших участков ее поверхности как с орбиты или пролетной траектории, так и с самой поверхности планеты.
2. Измерение давления и температуры атмосферы планеты при спуске производится с помощью манометров (работающих по принципу барометра-анероида) и термометров сопротивления, плотность измеряется плотномерами различных типов (ионизационный, камертонный и др.).
3. Измерение химического состава атмосферы. Производится с помощью газоанализаторов различных типов. Обычно каждый газоанализатор предназначен для определения содержания какого-то определенного газа.
4. Изучение верхних слоев атмосферы по методу радиопросвечивания.
5. Спектральные наблюдения свечения газов атмосферы в ультрафиолетовых лучах позволяют регистрировать самые интенсивные, так называемые резонансные спектральные линии. Исследование свечения этих линий. Дает сведения о составе и плотности атмосферы до самых больших высот.
6. Измерения содержания заряженных частиц в атмосфере и в околопланетном пространстве с помощью ионных ловушек; измерения скорости и потока заряженных частиц в магнитосфере планеты.
7. Измерения напряженности магнитного поля планеты и изучение структуры ее магнитосферы с помощью чувствительных магнитометров.
8. Различные методы изучения физических свойств и состава грунта планеты; определение содержания радиоактивных элементов с помощью гамма-спектрометров, определение диэлектрической проницаемости грунта с помощью бортового радиолокатора, химический анализ забираемых проб грунта приборами спускаемых аппаратов, измерение плотности грунта плотномером и т. д.
9. Изучение гравитационного поля планеты по движению ее искусственных спутников или пролетающих мимо нее космических аппаратов.
10. Исследование собственного теплового и радиоизлучения планеты с близких расстояний в широком диапазоне длин волн — от микронных до дециметровых.

 

 

3. Результаты изучения планет

Исследования Меркурия

 Меркурий — наименее изученная планета земной группы. В 1639 году Джованни Зупи с помощью телескопа открыл, что орбитальные фазы Меркурия подобны фазам Луны и Венеры. Наблюдения окончательно продемонстрировали, что Меркурий обращается вокруг Солнца. В 1880-х годах Джованни Скиапарелли картографировал и предположил, что период вращения составляет 88 дней и совпадает с сидерическим периодом обращения вокруг Солнца из-за приливных сил. Итальянский астроном Джузеппе Коломбо заметил, что период вращения составляет 2/3 от сидерического периода обращения Меркурия, и предположил, что эти периоды попадают в резонанс 3:2. Данные с «Маринера-10» впоследствии подтвердили эту точку зрения. К 1966 году на основе накопленных данных получены неплохие оценки температуры поверхности Меркурия: 600 К в подсолнечной точке и 150 К на неосвещённой стороне. Первые радиолокационные наблюдения были проведены в июне 1962 года группой В. А. Котельникова в ИРЭ, они выявили сходство отражательных свойств Меркурия и Луны. В 1965 году подобные наблюдения на радиотелескопе в Аресибо позволили получить оценку периода вращения Меркурия: 59 дней.

Только два космических  аппарата были направлены для исследования Меркурия. Первым был «Маринер-10», который  в 1974—1975 годах трижды пролетел мимо Меркурия; максимальное сближение составляло 320 км. В результате было получено несколько  тысяч снимков, покрывающих примерно 45 % поверхности планеты. Дальнейшие исследования с Земли показали возможность  существования водяного льда в полярных кратерах.

Из всех планет, видных невооружённым  глазом, только Меркурий никогда не имел собственного искусственного спутника. В настоящее время НАСА осуществляет вторую миссию к Меркурию под названием  «Мессенджер». Аппарат был запущен 3 августа 2004 года, а в январе 2008 года впервые совершил облёт Меркурия. Для выхода на орбиту вокруг планеты в 2011 году аппарат совершил ещё два гравитационных манёвра вблизи Меркурия: в октябре 2008 года и в сентябре 2009 года. «Мессенджер» также выполнил один гравитационный манёвр у Земли в 2005 году и два манёвра вблизи Венеры: в октябре 2006 и в июне 2007 года, в ходе которых производил проверку оборудования.

Европейским космическим  агентством (ESA) совместно с японским агентством аэрокосмическим исследований (JAXA) разрабатывается миссия «Бепи Коломбо», состоящая из двух космических аппаратов: Mercury Planetary Orbiter (MPO) и Mercury Magnetospheric Orbiter (MMO). Европейский аппарат MPO будет исследовать поверхность Меркурия и его глубины, в то время как японский MMO будет наблюдать за магнитным полем и магнитосферой планеты. Запуск BepiColombo планируется на 2013 год, а в 2019 году он выйдет на орбиту вокруг Меркурия, где и разделится на две составляющие.

Развитие электроники  и информатики сделало возможным  наземные наблюдения Меркурия с помощью  приёмников излучения ПЗС и последующую  компьютерную обработку снимков. Одним  из первых серии наблюдений Меркурия с ПЗС-приёмниками осуществил в 1995—2002 годах Йохан Варелл в обсерватории на острове Ла Пальма на полуметровом солнечном телескопе. Варелл выбирал лучшие из снимков, не используя компьютерное сведе́ние. Сведение начали применять в Абастуманской астрофизической обсерватории к сериям фотографий Меркурия, полученным 3 ноября 2001 года, а также в обсерватории Скинакас Ираклионского университета к сериям от 1—2 мая 2002 года; для обработки результатов наблюдений применили метод корреляционного совмещения. Полученное разрешённое изображение планеты обладало сходством с фотомозаикой «Маринера-10», очертания небольших образований размерами 150—200 км повторялись. Так была составлена карта Меркурия для долгот 210—350°.

17 марта 2011 года межпланетный  зонд «Мессенджер» (англ. Messenger) вышел на орбиту Меркурия. Предполагается, что с помощью аппаратуры, установленной на нём, зонд сможет исследовать ландшафт планеты, состав её атмосферы и поверхности; также оборудование «Мессенджера» позволяет вести исследования энергичных частиц и плазмы. Срок работы зонда определяется в один год.

17 июня 2011 года стало известно, что, по данным первых исследований, проведённых КА «Мессенджер», магнитное поле планеты не симметрично относительно полюсов; таким образом, северного и южного полюса Меркурия достигает различное количество частиц солнечного ветра. Также был проведён анализ распространённости химических элементов на планете.

Россия планирует отправить  на планету первую посадочную станцию  «Меркурий-П». Реализация проекта планировалась на 2019 год, но была значительно отодвинута.

Исследования Венеры

Исследование поверхности  Венеры стало возможным с развитием  радиолокационных методов. Наиболее подробную  карту составил американский аппарат  «Магеллан», заснявший 98 % поверхности  планеты. Картографирование выявило  на Венере обширные возвышенности. Крупнейшие из них — Земля Иштар и Земля Афродиты, сравнимые по размерам с земными материками. На поверхности планеты также выявлены многочисленные кратеры. Вероятно, они образовались, когда атмосфера Венеры была менее плотной. Значительная часть поверхности планеты геологически молода (порядка 500 млн лет). 90 % поверхности планеты покрыто застывшей базальтовой лавой.

В 2009 году была опубликована карта южного полушария Венеры, составленная с помощью аппарата «Венера-экспресс». На основе данных этой карты возникли гипотезы о наличии в прошлом  на Венере океанов воды и сильной  тектонической активности.