Магнитные поля планет являются ключевыми элементами их внутренней структуры и взаимодействия с окружающим космическим пространством. Земля, например, обладает магнитным полем, которое не только служит нам важным ориентиром в навигации, но и защищает нас от вредного воздействия солнечного ветра и космических излучений.
Однако, при изучении Венеры ученые столкнулись с неожиданным уроком природы. Магнитное поле Венеры оказалось несоизмеримо слабым по сравнению с магнитным полем Земли и других планет.
Общие сведения о Венере
Венера, которую также иногда называют “Утренней Звездой” или “Вечерней Звездой”, является второй планетой от Солнца и одной из планет земной группы, включая в себя Меркурий, Землю и Марс. Её имя происходит от древнеримской богини любви, Венеры. Сравнивая Венеру с Землей по нескольким параметрам, таким как масса и размер, она часто называется “сестрой” Земли.
Среднее расстояние Венеры от Солнца составляет примерно 108 миллионов километров, что эквивалентно 0,723 астрономическим единицам (а.е.), при этом расстояние от Венеры до Земли может изменяться в пределах от 38 до 261 миллионов километров. Орбита Венеры почти круговая, с едва заметным эксцентриситетом в 0,0067. Планета завершает полный оборот вокруг Солнца примерно за 224,7 земных суток, и её средняя орбитальная скорость составляет около 35 километров в секунду. Угол наклона орбиты Венеры к плоскости эклиптики составляет 3,4 градуса.
По размерам Венера близка к Земле. Её радиус составляет примерно 6051,8 километров, что примерно 95% от радиуса Земли. Масса Венеры составляет около 4,87 x 10^24 килограммов, что приближенно равно 81,5% массы Земли. Средняя плотность планеты составляет около 5,24 грамма на кубический сантиметр. Ускорение свободного падения на Венере составляет около 8,87 метров в секунду в квадрате, а вторая космическая скорость, необходимая для покидания её поверхности, равна примерно 10,36 километрам в секунду.
Характеристики магнитного поля
Ученых особенно привлекает к Венере её магнитное поле, а точнее, необычное явление – его отсутствие. Сила магнитосферы Венеры составляет всего 5% от земной.
Процесс привлечения частиц солнечного ветра способствует активности ионосферы, и именно благодаря этому процессу магнитное поле Венеры, хоть и слабое, сохраняется.
Магнитосфера
Магнитосфера служит защитным экраном, который защищает поверхность планеты от воздействия высокоэнергетических заряженных частиц солнечного ветра. Её существование играет важную роль в создании условий для возникновения и развития жизни на Земле. Кроме того, магнитосфера помогает удерживать атмосферу планеты, предотвращая её смывание солнечным ветром.
В атмосферу попадает ионизирующее воздействие от ультрафиолетовых лучей, которое не останавливается магнитным полем. Это воздействие играет двоякую роль. С одной стороны, оно способствует образованию ионосферы и созданию магнитного экрана. С другой стороны, ионизированные атомы могут покидать атмосферу, входя в магнитный хвост и ускоряясь в нем.
Строение магнитосферы
Индуцированная магнитосфера Венеры состоит из нескольких компонентов. У неё имеется ударная волна, магнитослой, магнитопауза и хвост магнитосферы с токовым слоем.
Ударная волна находится в подсолнечной точке и на высоте около 1900 километров от поверхности Венеры, что составляет примерно 0,3 радиуса планеты. Это расстояние может меняться в зависимости от солнечной активности, и вблизи максимума активности оно может быть значительно меньше.
Магнитопауза, где магнитное поле Венеры переходит в солнечное, располагается на высоте около 300 километров над поверхностью планеты.
Ионосфера, где происходит заряжение частиц атмосферы Венеры, находится ближе к поверхности, приближаясь к высоте около 250 километров.
Между магнитопаузой и ионопаузой существует магнитный барьер, который представляет собой усиление магнитного поля. Этот барьер предотвращает глубокое проникновение солнечной плазмы в атмосферу Венеры, особенно в период минимума солнечной активности. Сила магнитного поля в барьере достигает 40 нанотесл.
Хвост магнитосферы простирается на расстояние до десяти радиусов планеты и является наиболее активной областью венерианской магнитосферы. В этой области происходит пересоединение силовых линий и ускорение частиц. Энергия электронов и ионов в хвосте магнитосферы составляет около 100 электронвольт и 1000 электронвольт соответственно.
Почему магнитное поле слабое?
По предположению, внутреннее ядро Венеры находится в твердом состоянии. Внутри её оболочек не возникает динамо-эффекта, который является результатом конвекции. Также внутренние жидкие слои не взаимодействуют между собой с достаточной интенсивностью. В отличие от Земли, у которой внутреннее ядро остается частично жидким и обуславливает создание магнитного поля.
Ещё одна гипотеза предполагает, что изначально у Венеры существовало магнитное поле, но оно было потеряно из-за тектонических катастроф или серии подобных событий, о которых упоминалось выше. Также считается, что отсутствие магнитного поля может быть связано с медленным вращением Венеры и небольшой прецессией её оси вращения, согласно многим исследователям.
Последствия
Из-за слабого магнитного поля Венеры солнечный ветер легко проникает в её экзосферу, что приводит к небольшим потерям атмосферы. Главным образом, потери происходят через хвост магнитосферы. В данный момент основными ионами, выбрасываемыми из атмосферы Венеры, являются ионы кислорода (O+), ионы водорода (H+), и гелий (He+). Отношение между ионами водорода и кислорода составляет приблизительно 2, что указывает на постоянные потери водорода из атмосферы.
Исследование
Венера была активно исследована в период с 1960 по 1980 годы с использованием космических аппаратов как из СССР, так и из США. Первой попыткой изучения Венеры стал запуск советского аппарата “Венера-1” 12 февраля 1961 года, которая, к сожалению, завершилась неудачей. После этого последовали множество миссий как советских, так и американских космических аппаратов, включая “Венера”, “Вега”, “Маринер”, “Пионер-Венера-1” и “Пионер-Венера-2”.
В ближайшее время планируются гравитационные маневры у Венеры в рамках совместных исследовательских миссий. Эти маневры будут выполнены европейско-японским миссионным спутником BepiColombo, который уже дважды пролетал мимо Венеры в октябре 2020 года и в августе 2021 года, а также совместной европейской миссией Solar Orbiter, направленной на изучение Солнца.
В 2020 зонд Solar Orbiter, предназначенный для изучения Солнца, проходил близко к Венере, когда столкнулся с солнечной бурей, вызванной мощным выбросом корональной массы. Венера регулярно подвергается таким событиям, но до сих пор ни один из космических аппаратов, находившихся на её орбите, не исследовал, как происходит взаимодействие заряженных частиц с магнитными полями этой планеты.
Космический аппарат исследовал индуцированное магнитное поле, которое образуется вследствие воздействия солнечного ветра на атмосферу Венеры. В предыдущих пролетах Solar Orbiter измерил это поле и выяснил, что оно распространяется в космос на расстояние, превышающее 300 тысяч километров.
В настоящее время существует значительный интерес к исследованию Венеры, и несколько космических агентств разрабатывают проекты миссий к этой планете. Например, Индия работает над проектом орбитального аппарата Shukrayaan-1, NASA проводит проекты DAVINCI+ и VERITAS, а Европейское космическое агентство (ESA) разрабатывает миссию аппарата EnVision. На данный момент все эти проекты находятся на ранних стадиях разработки, и ожидается, что они будут реализованы не ранее конца 2020-х годов.
Вывод
Исследование магнитного поля Венеры представляет интересную научную задачу, так как она является уникальной планетой в Солнечной системе с крайне слабым магнитным полем. Это поле оказывает минимальное воздействие на защиту атмосферы от солнечного ветра, что может быть связано с различными факторами, такими как медленное вращение планеты, отсутствие конвекции в ядре и возможными тектоническими катастрофами в прошлом.
С учетом дальнейших исследований и анализа данных, мы, возможно, сможем получить более полное представление о происхождении и изменениях магнитного поля Венеры в течение её истории и о влиянии этих факторов на планету в целом. Это важное направление в планетологии и астрофизике, которое поможет расширить наши знания о магнитосферах планет и их роли в развитии и сохранении атмосферы.
