Соединения водорода в атмосфере Венеры
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
Французские астрономы Пьер и Жанина Конн в содружестве с американскими учеными В. Бенедиктом и Л. Капланом провели интересное исследование спектра Венеры. Ими был применен новый прибор — интерферометр типа Майкельсона, усовершенствованный супругами Конн специально для изучения инфракрасных спектров небесных тел с большим разрешением.
При обычной фотоэлектрической записи спектров звезд и планет приходится последовательно пропускать через фотоэлемент различные участки спектра. Поэтому атмосферная турбулентность, дрожание изображения и другие причины могут привести к местным искажениям записи спектра, учесть которые невозможно.
В интерферометрическом методе весь спектр записывается одновременно. Идея этого метода заключается в том, что разность хода двух интерферирующих лучей А медленно изменяется во время наблюдения, а прибор записывает изменение потока излучения Ф(А). Полученная запись — интерферограмма — с помощью математической операции, называемой преобразованием Фурье, может быть превращена в запись спектра — спектро-фотограмму.
Переход к спектру возможен потому, что смещение фазы одного из лучей по отношению к другому определяется отношением Д к длине волны излучения К. И хотя в луче все длины волн суммируются, преобразование Фурье позволяет их вновь разделить. Чтобы не иметь дела с большим интервалом длин волн, в приборе устанавливается интерференционно — поляризационный фильтр, ограничивающий спектральный интервал. Запись спектра осуществляет прибор-автомат, соединенный с компьютером, куда вводятся показания интерферометра и где выполняется преобразование Фурье.
Наблюдения Венеры производились на 193-сантиметровом рефлекторе обсерватории Сен-Мишель. Было получено 28 инфракрасных спектров Венеры и 6 спектров Солнца — для сравнения. В спектре Венеры в интервале 1,2—2,5 мк, помимо теллурических (земных) и солнечных фраунгоферовых линий, обнаружены тысячи линий, принадлежащих атмосфере планеты. Большинство из них — полосы СО2 в различных изотопических вариациях, а также полосы СО. Но самым интересным результатом этой работы явилось открытие 15 линий НС1 близ 1,75 мк и 9 линий НР у 2,4 и 1,3 мк. Точность отождествления с лабораторными стандартами не оставляет никаких сомнений в происхождении линий.
В НС1 представлены два изотопа хлора С135 и С137. Количество обоих веществ ничтожно по отношению к СО2. Такие малые количества могли быть обнаружены только благодаря высокой разрешающей способности интерферометра и большой интенсивности линий этих легких линейных молекул. Полосы других соединений водорода найти не удалось, значит их относительное содержание в атмосфере Венеры не превышает 10-6.
Что касается водяного пара Н2O, то, если бы его количество в атмосфере Венеры над облаками составляло 0,1% от содержащегося в земной атмосфере, его можно было бы выделить с помощью эффекта Доплера. Это и удалось сделать двум группам американских астрономов на обсерваториях Мак-Мат — Халберт и Ликской, изучавшим полосы 0,82 и 1,1 мк. Их оценки количества Н2O в атмосфере Венеры над облаками соответствуют 60—120 мк толщины слоя осажденной воды.
Наблюдения Коннов и других дают верхний предел содержания Н2O — 2 * 10~3 см слоя осажденной воды, но противоречия здесь нет, так как длинноволновые инфракрасные полосы формируются в менее глубоких слоях атмосферы Венеры, где поглощение меньше.
П. Конн и его сотрудники оценили и давление в атмосфере Венеры на уровне образования линий НС1 — 80 м бар. Эффективная температура на этом уровне — 270° К. Тот факт, что линии СО2 оказались более узкими, чем в предыдущих исследованиях, заставил пересмотреть вопрос о химическом составе атмосферы этой планеты в сторону увеличения доли СО2. По мнению Коннов, эта доля во всяком случае превышает 15%, а может быть, достигает 50—100%.
Автор: В. А. Бронштэн, кандидат физико-математических наук.