Чем отличается состав атмосферы венеры от состава земного воздуха кратко

Обновлено: 27.04.2024

Очень часто Венеру и Землю считают планетами-сестрами. Несмотря на несколько критических различий, между ними все же просматривается заметное сходство. Можно сказать, что в самом начале они были практически одинаковыми, но выбрали разные эволюционные пути.

Размер, масса и орбита

Земля может похвастаться радиусом в 6371 км и массой – 5 972 370 000 кг. У Венеры – 6052 км и 4 867 500 000 кг. По объему они практически сходятся: 928.45 миллиардов км 3 против 1083.21 миллиардов км 3 земных. Сравните размеры планет земной группы: Меркурий, Венера, Земля и Марс.

Сравнение размеров Меркурия, Венеры, Земли и Марса

Однако по орбитальным путям отличаются. Наша планета отдалена на 149 598 022 км (перигелий – 147 095 000 км, а афелий – 152 100 000 км), а расстояние от Солнца до Венеры: 108 208 000 км (от 107 477 000 км до 108 939 000 км). К тому же Земля выигрывает по наклону оси в 23.5° против 2.64°.

Структура и состав

Это планеты земного типа, поэтому обладают похожими слоями. У Венеры также ядро может быть частично жидким, потому что обе остывали примерно одновременно. Изучите особенности внутреннего строения Земли и Венеры.

Внутреннее строение Земли и Венеры

Главное отличие состоит в том, что на Венере не замечено тектонической активности. Возможно, причина в том, что кора слишком плотная, что не позволяет планете охлаждаться.

К тому же земное ядро делится на внутреннее (твердое) и внешнее (жидкое). Жидкое вращается в противоположной направленности, создавая магнитосферу.

Поверхностные особенности

Наша планета выделяется тем, что 70.8% ее поверхности заполнены жидкой водой. К тому же она отличается огромным количеством различных формирований: долины, горы, ущелья, пещеры, пустыни, равнины, плато и т.д.

На Венере иная ситуация. Если бы планета смогла накапливать воду, то поверхность на 80% была бы ниже уровня моря. Большая часть суши была бы представлена всего двумя материками. В процессе формирования большую роль сыграла активность вулканов, а не тектоники.

Сейчас вулканы спят, но их насчитывает 167 (больше, чем на Земле) и они вытягиваются больше 100 км в высоту. Если у нас поверхность обновлялась, то на Венере она уже не меняется 300-600 миллионов лет.

Атмосфера и температура

Земная атмосфера представлена 5-ю слоями, где давление уменьшается с повышением высоты. Температура меняется, основываясь на суточном ритме, вашей позиции и сезоне. Средняя отметка – 14°C. Зафиксированный максимум – 70.7°C, а минимум опускался до -89.2°C.

На Венере температура практически не меняется, потому что слабый осевой наклон лишил ее сезонов. Средняя отметка держится на 462°C в любое время. Только на наивысшей точке Горе Максвелла можно замерить 380°C.

Магнитные поля

Мы знаем, что магнитное поле выступает важным фактором для поддержания жизни на нашей планете. Главная часть создается в ядре через процесс динамо, трансформирующего кинетическую энергию в электрическую и магнитную. Поле проходит сквозь мантию и охватывает всю планету. В период магнитных бурь заряженные частички могут отрываться, из-за чего происходит ионизация, и создаются сияния.

Строение ионосферы Венеры

На Венере присутствует магнитное поле, но оно слишком слабое. К тому же создается из-за контакта ионосферы и солнечных ветров, а не работы внутреннего динамо. Силы поля не хватает, чтобы гарантировать необходимую защиту от радиации.

Проще всего рассмотреть сходства и отличия при сопоставлении их показателей (слева – Земля, справа – Венера):

Венера имеет самую плотную атмосферу из планет земной группы, к которым относятся также Меркурий, Земля и Марс. На вопрос какой газ преобладает в атмосфере Венеры дать ответ легко: на 96% она состоит из углекислого газа, а ещё на 3-3,5% из азота. На оставшиеся полпроцента приходится смесь других газов: угарного газа, водяного пара, аргона и гелия.

Плотность атмосферы Венеры так велика, что давление у поверхности планеты достигает 95 бар, то есть ровно в 95 раз превышает атмосферное давление на поверхности Земли. Для сравнения – такое давление наблюдается на глубине примерно 1 км в океанах нашей планеты.

В процентном соотношении, состав газов в атмосфере Венеры не богат: 96% углекислого газа, 3%

Из каких слоев состоит атмосфера Венеры

Максимальная высота атмосферы Венеры доходит дло 350 километров над поверхностью, но граница относительно плотной части атмосферы располагается в 100 километрах над поверхностью – для Земли, это уже практически ближний космос. Температура здесь днем держится на уровне 25-37 градусов по Цельсию, хотя к ночи падает до -143 – -173 градусов.

Различают следующие “слои” в атмосфере Венеры:

Экзосфера — внешняя оболочка планеты, самая верхняя граница атмосферы, находится на высоте 220—350 км над поверхностью.

Термосфера — разрежённая и сильно ионизированная оболочка атмосферы. Температура термосферы по ночам достигает −173 °C (100 кельвинов), а днем прогревается до 20, а то и 100 градусов C.

Мезопауза — несколько более плотная часть внешне атмосферы Венеры, также подверженная резким перепадам температуры (находится между 95 и 120 км).

Верхняя мезосфера — участок находящийся на высоте 73—95 км, здесь температура плавно повышается с -108 до примерно -50 градусов по Цельсию.

Нижняя мезосфера — участок находящийся на высоте 62—73 км, здесь температура продолжает повышаться с -40 до примерно +20 градусов (чем ниже тем теплее). По нижнему краю этого участка проходит верхняя кромка облаков Венеры.

Тропопауза — расположена на границе 65-50 км, средняя температура здесь составляет +20 – +37 градусов по Цельсию, а на высоте 49 километров давление составляет 1 атмосферу, т.е. совпадает по значению с давлением у поверхности Земли.

Температура в атмосфере Венеры

Чем ближе мы приближаемся к поверхности планеты, тем жарче становится, хотя до высоты 60 километров над поверхностью, рост температуры будет относительно плавным. Именно здесь проходит граница облачного покрова Венеры, а температура не падает ниже 10°C.

Облака, всегда окутывают всю поверхность Венеры, облачный покров такой плотный, что просвета, через который была бы видна поверхность планеты, найти в нем не удастся. Основной и самый мощный облачный слой начинается примерно с высоты 48 км и тянется до 68 км. Кроме того, выше и ниже этого слоя, существуют ещё облачные слои, несколько менее толстые и более разряженные, но все равно хорошо различимые: на высоте 30 и 90 километров. У полюсов облачный покров Венеры явно гуще, чем в других частях планеты.

Открытие атмосферы Венеры Михаилом Ломоносовым

Вопрос: кто открыл атмосферу Венеры, не имеет разночтений! Существование на Венере газовой оболочки открыл русский ученый Михаил Васильевич Ломоносов во время прохождения Венеры по диску Солнца 6 июня 1761 года (по новому стилю).

Ломоносов открыл атмосферу Венеры за 200 лет до спектрального анализа

Ломоносов правильно истолковал наблюдение, заключив, что сияние это – результат преломления солнечных лучей в атмосфере наблюдаемой планеты.

Наличие атмосферы на Венере М. В. Ломоносов рассматривал как неоспоримое доказательство сходства атмосферы Венеры и З и как следствие – сходства обоих планет. И хотя в этом он ошибался, однако вопрос: есть ли на Венере атмосфера, отныне уже не поднимался и ответ на него стал фактом.

Особенности атмосферы: из чего состоят облака Венеры?

Если бы нам с вами удалось побывать в атмосфере Венеры в каком-то подобие космического аэростата, думаю многие из вас удивились бы тому, что изнутри облака этой планеты выглядят не такими густыми и плотными, как кажется при наблюдении из вне. На самом деле эффект плотной пелены облаков начисто скрывающих поверхность Венеры достигается только за счет многослойности и толщины. Наблюдателю из нашего аэростата облачность показалась бы чем-то вроде легкого желтого тумана, через который видно достаточно далеко.

Облака Венеры, а стало быть и её атмосфера не статичны. Хорошо заметно как они меняются, двигаются, что свидетельствует о высоком кровне метеорологической активности. Не редким явлением для наблюдателей служат радиоволны, характерные для молний. Цвет венерианских облаков довольно яркий, желтый. Облака отражают около 85% солнечного света, поэтому на поверхности планеты всегда царят сумерки. Почему облака Венеры именно желтые? Ученые пока не имеют однозначного ответа на этот вопрос.

Гораздо проще ответить на другой вопрос: из чего состоят облака Венеры? Тут ответ довольно однозначен и никого не удивит: венерианские облака состоят из капель жидкости и, скорее всего, микроскопических твердых кристаллов. А вот состав этих облаков, удивит кого угодно: “капли жидкости” в венерианских облаках – это высококонцентрированная серная кислота, к которой подмешано некоторое количество сульфокислот, фосфорная кислота и частички серы. Адское сочетание!

Размер облачных частиц варьируется от менее, чем 0,5 микрометра в разреженной части облачного слоя, до нескольких микрометров в самых плотных слоях.

Причина того, почему некоторые области верхнего облачного слоя кажутся темными при облучении ультрафиолетом, до конца ещё не известны. Скорее всего это связано с частицами диоксида серы, серы и хлорида железа, хорошо поглощающими УФ-излучение.

Откуда взялась серная кислота в атмосфере Венеры

В далеком прошлом, Венера обладала очень развитой вулканической активностью (есть свидетельства, что вулканизм Венеры не затух и поныне).

Извержения вулканов на Венере, как и на Земле, без сомнения высвобождали из недр планеты огромное количество серы. Но, в отличие от Земли, на Венере сера не могла задерживаться на поверхность из-за её высокой температуры и вынуждена была постоянно накапливаться в атмосфере.

А дальше – чистая химия: атмосфера здесь чрезвычайно богата углекислым газом, и сера, вступая в реакцию с ним, в совокупности с активным нагревом, присутствием водяного пара и солнечного света, легко образует серную кислоту.

Погодные явления на Венере

Бывают ли грозы на Венере

Принцип зарождения молний на Венере не отличается от Земного. С тем различием, что земные облака состоят из водяного пара, а венерианские – из паров серной кислоты.

Идут ли на Венере дожди из серной кислоты?

На Венере понятие “кислотный дождь” приобретает особый смысл – ведь других дождей здесь не бывает! В верхних слоях тропосферы Венеры время от времени действительно идут кислотные дожди состоящие из концентрированной серной кислоты.

Впрочем, поверхности планеты они не способны достичь чисто физически – невероятный жар царящий внизу просто испаряет капли задолго до того, как они достигнут твердой почвы.

Ветер на Венере и другие атмосферные явления

Движение атмосферы Венеры крайне любопытно и сложно объяснимо. Хотя планета вращается очень медленно и делает всего 3 поворота вокруг оси за 2 земных года, её облака движутся так, что облетают всю планету всего за 4 дня. В верхнем слое облаков, ветры стабильны и дуют с востока на запад со скоростью около 100 метров в секунду. С понижением высоты, скорость ветра значительно падает и у самой поверхности обычно не превышает 1 метра в секунду. Это легко объяснимо – ведь здесь нет перепадов температуры, как к примеру на Земле, стало быть и ветру взяться неоткуда.

Но почему тогда ветры в верхней части атмосферы так стабильны и притом дуют с такой скоростью? На первый взгляд это может быть легко объяснимо приливными силами и потоком солнечного тепла… но это только на первый взгляд. Эти явления, конечно имеют место быть, но истинная причина активного поведения атмосферы Венеры неизвестна и является одной из основных загадок “утренней звезды” для астрономов будущего.

Поведение ветра на Венере – вещь, заслуживающая пристального внимания ученых с Земли, ведь именно ветер во многом формирует ландшафт. Несмотря на низкую скорость ветра на Венере рядом с поверхностью планеты, ветер все же способен перемещать сыпучие материалы, создавая особенности поверхности, хорошо различимые на радиолокационных изображениях. Можно разглядеть тут и образования напоминающие песчаные дюны и скальные массивы со следами выветривания.

Эти особенности ландшафта фактически представляют “карту ветров” Венеры. Так, хорошо заметно, что в обоих полушариях планеты ветры дуют преимущественно в направлении экватора. Это во многом напоминает поведение ветров на Земле, тут, как и там, ветры похоже подчиняются одной и той же модели “ячеек Хэдли”.

Согласно этой модели, атмосферные газы, достигнув максимального нагрева на экваторе планеты, начинают подниматься вверх, и достигая максимальной высоты, охлаждаются и стремительно бегут к полюсам планеты, чтобы там снова опуститься к поверхности и возобновить бег к экватору.

Парниковый эффект на Венере

Одна из главных особенностей массивной атмосферы Венеры – чудовищный парниковый эффект, за счет которого планета и занимает почетное первое место среди планет Солнечной системы по средней температуре на поверхности. На первый взгляд кажется очевидным, что на Венере исключительно жарко потому, что она находится близко к Солнцу, а следовательно Солнце “жарит” здесь куда сильнее, чем на Земле.

Парниковый эффект на Венере – основная причина огромной температуры на поверхности планеты

Но на самом деле, из-за плотного слоя облаков, большая часть солнечного света отражается обратно в космос, а поверхность Венеры получает даже меньше солнечной энергии, чем Земля. Проблема в том, что хорошо разогретая поверхность планеты и нижние слои облаков не только поглощают, но и отдают солнечную энергию, “переизлучая” её обратно в инфракрасном спектре.

Если на Земле это излучение легко уносится в открытый космос, то на Венере с этим явные проблемы: толстый слой облаков и преобладание в атмосфере Венеры углекислого газа, не дает излучению вырваться наружу, и вновь отражает его к поверхности, работая в точности как самое обычное ватное одеяло. Только размером с планету!

В результате поверхность Венеры постепенно раскаляется, получая в итоге температуру в сотни градусов по Цельсию.

Для того, чтобы получить ответы на эти вопросы, мы и изучаем атмосферу нашей межзвездной соседки, двоюродной сестры Земли – Венеры. Ведь гораздо проще и безопаснее учится на чужих ошибках, чем совершать свои!

Ионосфера и магнитное поле Венеры

Самый верхний слой атмосферы Венеры, как и у Земли называется ионосферой. Как следует из его названия, ионосфера состоит из сильно ионизированный вследствие поглощения ультрафиолетового солнечного излучения и воздействия солнечного ветра – мощного потока заряженных частиц порождаемых Солнцем, – на верхние слои атмосферы планеты. Основными ионами в ионосфере Венеры являются ионы кислорода и углекислого газа.

В отличие от большинства планет, включая Землю, Венера не обладает собственным магнитным полем. Измерения, проведенные орбитальными космическими аппаратами, показали,что собственно магнитное поле Венеры примерно в 8000 раз слабее земного.

Венера (слева) имеет индуцированное магнитное поле, а Земля (справа) – собственное магнитное поле. Наглядно видно как магнитосфера защищает нашу планету

Отсутствие магнитного поля связано с медленным вращением планеты, ведь любая планета, по большому счету представляет собой гигантскую “динамо-машину”, в которой, мощь магнитного поля определяется вращением жидкого металлического ядра. Нет вращения – нет и и магнитного поля. Впрочем, возможен и вариант, что ядро Венеры не жидкое, а твердое и “динамо-машина” просто не работает.

Впрочем, и здесь Венера сумела отличиться. Хотя эта планета не имеет собственного магнитного поля подобного земному, солнечная радиация все же встречает на пути к поверхности барьер. Венера обладает так называемым индуцированным (наведенным) магнитным полем, образовавшимся в результате взаимодействия магнитного поля Солнца и внешней атмосферы планеты.

Поэтому, когда солнечный ветер “бомбардирует” Венеру, на обращенной к солнцу стороне планеты образуется стоячая ударная волна плазмы, которая замедляет, нагревает и отклоняет поток солнечного ветра, направляя его вокруг планеты. Для некоторых планет, эта точка находится на значительном расстоянии от поверхности, удерживаемая мощным магнитным полем планеты. Например, для Юпитера эта точка находится на расстоянии примерно в 3 000 000 км от планеты, а для Земли это расстояние составляет около 65 000 км.

Однако, из-за оговоренных выше особенностей магнитного поля Венеры, её точка образования “ударной волны” находится всего в нескольких тысячах километров над поверхностью, на самой границе ионосферы планеты. Это приводит к особо активному взаимодействию между солнечным ветром и атмосферой Венеры. Если бы не плотность атмосферы, её давно бы уже ждала судьба Марса, имеющего фрагментарное магнитное поле и с каждым годом все более теряющего её остатки. Однако, в отличие от “красной планеты”, в случае Венеры, полное “сдувание” атмосферы ей не грозит не сейчас, не через миллиарды лет – несмотря на впечатляющий шлейф из молекул различных газов, “выбитый” солнечным ветром с её поверхности и тянущийся на миллионы километров, подобно кометному хвосту.

Интересен состав этого “хвоста” – основными типами ионов, которые уходят из атмосферы Венеры, являются ионы O + , H + и He + , причем соотношение ионов водорода к кислороду составляет около 2. Иными словами, Венера постоянно теряет водяной пар из атмосферы и как только молекулы воды достигают верхних слоев атмосферы, то тут же распадаются на ионы водорода и кислорода и беспрепятственно улетают в космос. Доля водяного пара в современной атмосфере Венеры ничтожна и составляет всего 0,003 %.

Венера на ночном небе выглядит как самая яркая звезда. Планета окутана пеленой облаков такой плотности, что они отражают существенную часть солнечного света. Атмосфера Венеры, ее химический состав, характеристики являются объектом исследований, так как эта ближайшая к Земле планета по некоторым параметрам схожа с ней.

Венера – один из наиболее интересных объектов звездного неба, который по яркости свечения уступает лишь Солнцу и Луне. Credit: Stellarium.

Состав атмосферы

Несмотря на то что Венера и по массе, и по габаритам несколько меньше нашей планеты, масса ее атмосферы в 93 раза больше массы земного воздуха.

Атмосфера Венеры состоит:

Преобладающим веществом, составляющим почти 96,5% атмосферы этой планеты, является углекислый газ.
Остальные 3,5% занимает азот.
В крайне маленьких долях прочие вещества:

диоксид серы — 0,018%;
аргон — 0,007%;
водяной пар — 0,003%;
угарный газ — 0,0017%;
гелий — 0,0012%;
неон — 0,0007%.
фтороводород;
хлороводород.

Структура атмосферы Венеры

Атмосфера Венеры обладает высокой плотностью. Такая особенность газового слоя, по мнению исследователей, объясняет тот факт, что Венера не подвергается ударам астероидов и метеоритов. Эти космические тела просто сгорают, не долетая до поверхности планеты.

Вся атмосфера разделена на слои, имеющие различную плотность.

Особенностью являются облака, состоящие из серной кислоты, которые образуют плотную оболочку, отражающую до 75% солнечных лучей.

В толще этих облаков происходят химические реакции, образуются кислотные дожди, испаряющиеся, не доходя до поверхности, периодически возникают молнии, которые фиксируются приборами земных обсерваторий и космических зондов.

Слои атмосферы на планете

Верхняя граница газовой оболочки планеты достигает высоты 350 км.

От твердой поверхности до верхней границы атмосферные слои располагаются в следующем порядке:

тропосфера — до 65 км;
мезосфера — от 65 до 120 км;
термосфера — от 120 до 250 км;
ионосфера — оболочка из электрически заряженных частиц, расположенная над основной частью атмосферы, высота 150-300 км (у Венеры толщина ее зависит от интенсивности рентгеновского и ультрафиолетового излучения солнца).

Зона океана

Так принято называть самый нижний участок тропосферы, имеющий высоту 5 км. В этом слое тропосферы двуокись углерода вследствие высокого атмосферного давления находится в промежуточном агрегатном состоянии (между газообразным и жидким).

Тропосфера Венеры

Это самая плотная часть атмосферы. Начинается этот слой у поверхности и распространяется до высоты 65 км. У поверхности давление достигает 93,3 бар, а температура 467°C.

В зоне 5-30 км от поверхности сконцентрировано более 90% массы всей атмосферы Венеры. Эта часть тропосферы выглядит как гомогенный сернокислотный туман.

Чем больше удаление от поверхности планеты, тем ниже значения температуры и давления.

В верхних отделах тропосферы эти параметры близки к средним значениям на Земле. Скорость ветра на этой высоте достигает 100 м/сек.

Тропопауза

Этим термином называют пограничную область, пролегающую между тропосферой и мезосферой. Она начинается несколько выше 50 км от поверхности.

Здесь проходит нижняя граница зоны, где условия относительно схожи с земными: температура около 20°C и давление около 1 бар.

Мезосфера

Начинается этот слой над облаками на высоте 65 км. Состоит мезосфера из находящихся в разреженном состоянии углекислого газа и водорода.

Термосфера

Зона термосферы занимает пространство от высоты 120 км над поверхностью планеты и до верхней границы атмосферы — 220-350 км. От мезосферы этот слой отделен мезопаузой, занимающей уровень 95-120 км.

На ночной стороне термосфера — это наиболее холодная область на Венере; здесь температурный показатель опускается до -173°C.

Ветер и атмосферная циркуляция

Скорость ветра на Венере возможно измерить лишь в тропопаузе (60-70 км от поверхности планеты). Эта граница совпадает с верхним слоем облаков.

Линейная скорость ветра на этой высоте — от 100 до 110 м/сек. Замер был сделан несколько ниже широты 50°. С увеличением широты скорость ветра снижается вплоть до полного исчезновения на полюсах.

В связи с особенностью скорости ветра возникло интересное явление, названное “супервращением атмосферы”. Оно заключается в том, что ветра, дующие у верхней границы облаков, облетают вокруг планеты быстрее, чем она сама оборачивается вокруг своей оси.

Супервращение атмосферы на Венере дифференцировано: в зоне экватора тропосфера вращается медленнее, чем такой же слой в средних широтах.

Полярные вихри — это гигантские торнадо, подобные земным, однако на Венере они в четыре раза больше. Ураганы на Венере образуются когда потоки раскаленной атмосферы из экваториальных широт сходятся на полюсах и закручиваются. Credit: ESA – AOES Medialab

Магнитное поле Венеры

В отличие от большинства планет Солнечной системы, магнитного поля Венера не имеет.

Магнитосфера планеты индуцируется частицами солнечного ветра, прилетающего из космоса.

Парниковый эффект

Наличие выраженного парникового эффекта обусловлено высоким содержанием углекислого газа, наличием водяных паров и сернистого газа.

Слой облаков, состоящих из этой смеси, и делает Венеру наиболее горячей из всех планет Солнечной системы. Высокая плотность тропосферы обеспечивает постоянную температуру в любое время суток. Температура на дневной и ночной сторонах отличается незначительно.

Исследования атмосферы Венеры

За планетой наблюдают длительное время:

Давайте посмотрим на сходство в первую очередь. Для начала, размер Венеры очень близок к Земле. Ее диаметр 12,103.6 км., это 95% диаметра нашей планеты (12,756.2 км.). Если поставить две планеты бок о бок, вам придется нелегко, угадывая какая из них больше.

Объем — 85,7% объема и 90% площади поверхности Земли. Масса — 81,5% и даже сила тяжести составляет 90% от той, что вы испытываете на Земле.

Состав планет тоже похож. Обе имеют металлические ядра, окруженные мантией, и покрытые тонкой корой. Однако есть некоторые различия.

Различия

Ядро Земли имеет конвекцию, которая генерирует планетарное магнитное поле, в то время как она не имеет магнитное поле. Она имеет тектонику плит, которые помогают тепловыделению внутри планеты, в то время как на второй планете от Солнца это отсутствует.

Атмосфера

Давление воздуха может впечатлить. Атмосферное давление у поверхности в 93 раза выше, чем то, что вы сейчас испытываете.

Земля имеет огромные запасы воды, в то время как Венера полностью суха. Нет никаких запасов воды на поверхности, и только следовые количества воды были найдены в атмосфере.

Читайте также: