Есть вопрос, на котором легко попасться даже взрослому. Какая планета Солнечной системы самая горячая?
Первый ответ напрашивается сам собой: Меркурий. Он ближе всех к Солнцу, значит, должен нагреваться сильнее остальных.
Но правильный ответ — Венера.
Она находится дальше от Солнца, чем Меркурий, и всё равно оказывается горячее. Средняя температура её поверхности — около 464–467 °C. Этого достаточно, чтобы расплавить свинец.
Как планета, получающая меньше солнечного света, сумела обогнать ближайший к Солнцу мир? Разгадка спрятана не в расстоянии, а в атмосфере.
Поверхность Венеры почти полностью скрыта облаками. Эти глобусы составлены по радиолокационным данным аппарата Magellan. NASA/JPL, Wikimedia Commons, public domain.
Какая планета самая горячая в Солнечной системе?
Венера.
NASA приводит среднюю температуру поверхности Венеры около 464 °C. Для Меркурия средняя температура намного ниже — около 167 °C.
Это не значит, что Меркурий никогда не становится жарче 167 градусов. На его дневной стороне температура может подниматься примерно до 430 °C, зато ночью опускаться приблизительно до −180 °C.
Венера ведёт себя совсем иначе. Там почти везде и почти всегда чудовищно жарко.
Именно поэтому вопрос «почему Венера горячее Меркурия?» на самом деле является вопросом о том, как планеты сохраняют полученное тепло.
Меркурий получает больше солнечной энергии. Почему этого недостаточно?
Меркурий действительно расположен ближе к Солнцу.
Среднее расстояние от него до Солнца — около 58 миллионов километров. Венера находится примерно в 108 миллионах километров.
Поэтому каждый квадратный метр поверхности Меркурия на дневной стороне может получать намного больше солнечной энергии.
Но нагреть поверхность — только половина дела.
Вторая половина вопроса: что произойдёт с теплом потом?
Меркурий почти не имеет настоящей плотной атмосферы. Его окружает чрезвычайно разреженная экзосфера. Поэтому после захода Солнца поверхность быстро теряет тепло в космос.
Венера, наоборот, окружена невероятно плотной атмосферой.
Атмосфера Венеры работает как гигантское одеяло
Представь два камня, лежащих под лампой.
Один открыт. Второй завернули в множество слоёв материала, который пропускает часть света внутрь, но сильно мешает теплу уходить наружу.
Оба камня нагреваются. Но второй будет избавляться от энергии гораздо медленнее.
У Венеры похожая ситуация, только вместо одеяла — атмосфера толщиной в десятки километров.
Она состоит главным образом из углекислого газа. По данным NASA, около 96 процентов атмосферы Венеры приходится на CO₂. Давление у поверхности примерно в 90 с лишним раз выше земного.
Это и создаёт чрезвычайно мощный парниковый эффект.
Что такое парниковый эффект простыми словами?
Солнечный свет достигает планеты и нагревает её поверхность.
Нагретая поверхность начинает отдавать энергию обратно вверх — в основном уже не в виде видимого света, а в виде инфракрасного теплового излучения.
Если атмосфера содержит газы, которые хорошо взаимодействуют с этим инфракрасным излучением, часть уходящей энергии поглощается и снова излучается во всех направлениях.
В том числе обратно к поверхности.
Получается, что планета теряет тепло в космос не так легко, как без атмосферы.
Парниковый эффект существует и на Земле. Без него наша планета была бы гораздо холоднее. Сам по себе этот эффект не является чем-то «плохим» — это естественная физика атмосферы.
Но на Венере он достиг совершенно другого масштаба.
Почему углекислый газ так важен?
Молекулы разных газов по-разному взаимодействуют с излучением.
Азот и кислород, составляющие большую часть земной атмосферы, сравнительно слабо поглощают значительную часть теплового инфракрасного излучения.
Углекислый газ делает это гораздо эффективнее в определённых диапазонах.
На Венере CO₂ не просто присутствует — атмосфера почти целиком состоит из него и невероятно плотна.
При огромном давлении спектр поглощения становится сложнее и шире. Теплу приходится многократно взаимодействовать с веществом атмосферы, прежде чем часть энергии в конце концов уйдёт в космос.
Вот почему одной фразы «там много углекислого газа» мало. Важны и состав, и гигантская масса атмосферы.
Состав атмосферы Венеры: её подавляющая часть — углекислый газ, небольшая доля приходится на азот и следовые вещества. Life of Riley / Wikimedia Commons, public domain.
Почему облака Венеры не спасают её от жары?
Это хороший вопрос, потому что облака Венеры очень яркие.
Они отражают большую долю солнечного света обратно в космос. Именно поэтому Венера так ярко выглядит на нашем небе.
Казалось бы, если много света отражается, поверхность должна быть прохладнее.
Но отражение света и удержание тепла — разные процессы.
Облака действительно уменьшают количество солнечной энергии, проникающей глубоко вниз. Однако толстая атмосфера под ними настолько эффективно затрудняет отдачу теплового излучения, что итоговая температура всё равно становится колоссальной.
Облака Венеры состоят в основном из капелек серной кислоты. Красивое белое покрывало скрывает один из самых негостеприимных миров Солнечной системы.
Что значит «неуправляемый парниковый эффект»?
В популярных книгах можно встретить выражение «runaway greenhouse effect» — «неуправляемый», «убегающий» или «разгоняющийся» парниковый эффект.
Идея такова.
Если планета становится достаточно тёплой, вода сильнее испаряется. Водяной пар сам является парниковым газом. Больше пара — сильнее удержание тепла. Сильнее нагрев — ещё больше испарения.
Так возникает положительная обратная связь.
Учёные считают, что ранняя Венера могла развиваться совершенно иначе, чем Земля. Но точная история её древнего климата всё ещё исследуется. Поэтому не стоит представлять один-единственный момент, когда кто-то словно «включил» парниковый эффект.
Это была планетарная эволюция, продолжавшаяся очень долго.
Правда ли на Венере когда-то были океаны?
Это возможно, но не доказано окончательно.
Некоторые климатические модели допускают, что молодая Венера могла иметь более умеренные условия и даже жидкую воду на поверхности.
Если океаны действительно существовали, дальнейший нагрев мог привести к их испарению. Водяной пар поднимался выше, где ультрафиолет Солнца расщеплял молекулы воды. Лёгкий водород постепенно уходил в космос.
Сегодня Венера чрезвычайно сухая.
Поэтому одна из больших загадок планетологии звучит так: была ли Венера когда-то похожа на молодую Землю — и если была, когда именно эти миры пошли разными дорогами?
Почему на Меркурии нет такого эффекта?
Потому что почти нечему удерживать тепло.
Меркурий слишком мал и расположен очень близко к Солнцу. Его окружает лишь крайне разреженная оболочка из атомов, выбитых с поверхности солнечным ветром, микрометеоритами и другими процессами.
Она настолько тонкая, что не может переносить тепло с дневной стороны на ночную так, как это делает плотная атмосфера.
Поэтому на Меркурии существуют огромные перепады температуры.
Днём поверхность раскаляется. Наступает ночь — и она остывает.
Почему на Венере ночью почти так же жарко, как днём?
Плотная атмосфера не только задерживает тепловое излучение, но и переносит энергию.
Воздушные массы перемешиваются. В атмосфере дуют сильные ветры. Тепло распределяется по планете гораздо эффективнее, чем на безвоздушном Меркурии.
Поэтому разница температур между дневной и ночной стороной Венеры сравнительно невелика.
Это особенно удивительно, потому что Венера вращается вокруг своей оси чрезвычайно медленно.
День на Венере длиннее года?
Если говорить о вращении относительно далёких звёзд — да, возникает знаменитый факт.
Один оборот Венеры вокруг своей оси занимает примерно 243 земных суток.
Оборот вокруг Солнца — около 225 земных суток.
Получается, её звёздные сутки действительно длиннее венерианского года.
Но солнечные сутки — время от одного полудня до следующего — из-за обратного направления вращения и движения по орбите составляют около 117 земных суток.
И даже за такую огромную ночь поверхность не успевает охладиться до «меркурианского» холода: атмосфера сохраняет тепло.
Венера вращается задом наперёд?
По сравнению с большинством планет — да.
Если смотреть сверху на северный полюс Солнечной системы, большинство планет вращаются в одном направлении. Венера — в противоположном.
Такое вращение называют ретроградным.
Поэтому на Венере Солнце формально восходило бы на западе и заходило на востоке — если бы плотные облака позволяли увидеть обычный солнечный диск так же ясно, как на Земле.
Можно ли стоять на Венере?
Теоретически твёрдая поверхность там есть. Практически человек без невероятно сложной защиты погиб бы почти мгновенно.
Проблем сразу несколько:
- температура около 465 °C;
- давление примерно в 90 раз выше земного;
- атмосфера почти целиком из углекислого газа;
- в облаках — капли серной кислоты;
- обычная электроника быстро перегревается.
Давление можно сравнить с тем, которое испытывает объект глубоко под водой на Земле.
Именно поэтому посадочные аппараты, побывавшие на поверхности Венеры, работали там очень недолго.
Кто первым увидел поверхность Венеры?
Самые знаменитые фотографии поверхности передали советские аппараты серии «Венера».
Например, «Венера-13» совершила посадку в 1982 году и проработала на поверхности чуть больше двух часов.
На панорамных изображениях видны плоские каменные плиты и грунт.
Это не огненное море и не поверхность звезды. Венера — каменистая планета. Просто её камни находятся внутри гигантской горячей атмосферы.
Поверхность Венеры, снятая автоматической станцией «Венера-13». Станция выдержала экстремальную температуру и давление чуть больше двух часов. Lunar and Planetary Institute / Venera 13, Wikimedia Commons, CC BY 2.0.
Почему свинец часто вспоминают в рассказах о Венере?
Потому что температура плавления свинца — около 327 °C.
Средняя температура поверхности Венеры значительно выше.
Это наглядное сравнение: кусок свинца, оставленный на поверхности, расплавился бы.
Но не стоит делать следующий ошибочный шаг и думать, будто поверхность Венеры сама расплавлена. Многие горные породы имеют куда более высокие температуры плавления, поэтому венерианские горы и равнины остаются твёрдыми.
А почему сама атмосфера не улетает в космос?
Венера почти такого же размера и массы, как Земля.
Её гравитация достаточно сильна, чтобы удерживать массивную атмосферу.
Кроме того, тяжёлые молекулы углекислого газа значительно труднее теряются в космос, чем лёгкий водород.
Солнечный ветер действительно взаимодействует с верхней атмосферой Венеры, и планета постепенно теряет часть вещества. Но это не процесс, способный быстро снять с неё всю атмосферу.
Почему Венера не самая близкая к Солнцу, но всё равно самая горячая?
Теперь можно собрать всю цепочку.
- Солнце посылает Венере энергию.
- Часть света отражают облака, часть проникает глубже.
- Поверхность и нижняя атмосфера нагреваются.
- Они пытаются отдать энергию в виде инфракрасного излучения.
- Огромная масса углекислого газа сильно затрудняет выход тепла в космос.
- Температура устанавливается на очень высоком уровне — около 465 °C.
Меркурий получает больше солнечного света, но почти не имеет атмосферы, которая могла бы удержать и перераспределить тепло.
Поэтому расстояние от Солнца определяет не всё.
Может ли планета быть ещё горячее Венеры?
В Солнечной системе среди планет — нет.
Но за пределами Солнечной системы астрономы обнаружили экзопланеты с температурами в тысячи градусов.
Некоторые газовые гиганты обращаются невероятно близко к своим звёздам. Есть миры, где температура достаточна для испарения металлов и разрушения молекул.
Поэтому Венера — чемпион нашей системы, но не всей Вселенной.
Почему Земля не стала второй Венерой?
Земля находится дальше от Солнца и получает меньше энергии. У неё существует огромный океан жидкой воды, активный круговорот углерода, тектоника и совершенно иная история атмосферы.
Большая часть земного углерода связана в океанах, живых организмах и горных породах, а не находится в атмосфере в виде CO₂.
Это помогает объяснить колоссальную разницу между двумя похожими по размеру планетами.
Но сравнение Земли и Венеры особенно важно именно потому, что они похожи по массе и составу. Изучая Венеру, учёные проверяют, насколько по-разному могут развиваться каменистые планеты.
Парниковый эффект на Земле и Венере — одно и то же?
Физический принцип связан с одним и тем же явлением: атмосфера затрудняет уход теплового инфракрасного излучения.
Но условия совершенно разные.
На Земле естественный парниковый эффект делает температуру пригодной для жидкой воды и жизни.
На Венере огромная масса CO₂ и высокая температура привели к экстремальному состоянию.
Поэтому нельзя просто взять число «сколько процентов CO₂» и по нему одному предсказать температуру. Важны давление, количество вещества, облака, расстояние от звезды, наличие воды и вся история планеты.
Почему процент CO₂ может вводить в заблуждение?
Представь две банки.
В одной всего десять молекул газа, и девять из них — CO₂. В другой миллион молекул, но CO₂ составляет только небольшую долю.
В первой банке процент выше, но реального вещества может быть намного меньше.
Поэтому для климата важна не только доля газа, но и его общее количество.
На Венере атмосфера одновременно и почти целиком углекислая, и чрезвычайно массивная.
Почему на вершинах венерианских гор немного прохладнее?
Как и на Земле, температура в нижней атмосфере обычно уменьшается с высотой.
Поднимаясь вверх, давление падает, а воздух становится менее плотным.
Но «прохладнее» на Венере — понятие относительное.
Даже высокие горы остаются крайне горячими по земным меркам.
А есть ли на Венере место с почти земной температурой?
Да — и это один из самых неожиданных фактов.
Примерно на высоте около 50 километров давление и температура становятся намного мягче. В некоторых слоях облаков температура может находиться примерно в диапазоне, привычном для земных условий.
Но это не делает Венеру курортом.
Вокруг всё равно атмосфера с большим количеством CO₂, облака серной кислоты и совершенно другая химическая среда.
И всё же именно поэтому учёные иногда обсуждают не только посадочные аппараты, но и аэростаты, способные долго работать в верхней атмосфере.
Почему Венера такая яркая на нашем небе?
Плотные облака хорошо отражают солнечный свет.
Кроме того, Венера находится сравнительно близко к Земле.
Поэтому она становится самым ярким объектом ночного неба после Луны и способна быть заметной даже тогда, когда небо ещё не полностью потемнело.
Раньше люди называли её Утренней или Вечерней звездой, хотя Венера, конечно, не звезда.
Забавно: облака, которые делают Венеру такой красивой с Земли, скрывают от нас раскалённую поверхность.
Можно ли увидеть поверхность Венеры обычным телескопом?
Нет. В видимом свете плотные облака закрывают поверхность.
Чтобы картографировать Венеру, аппарат Magellan использовал радар.
Радиоволны способны проникать сквозь облака, отражаться от поверхности и возвращаться к аппарату.
Именно поэтому многие знаменитые «фотографии поверхности Венеры из космоса» на самом деле являются цветными изображениями, построенными по радиолокационным данным.
Мини-опыт: почему тепло сохраняется под крышкой
Парниковый эффект нельзя точно воспроизвести банкой на подоконнике — атмосфера планеты работает сложнее. Но один общий принцип сохранения тепла можно увидеть безопасно.
Возьми две одинаковые кружки с тёплой водой. Одну оставь открытой, другую закрой крышкой.
Через некоторое время измерь температуру кухонным термометром вместе со взрослым.
Закрытая система обычно остывает медленнее, потому что обмен энергией с окружающей средой затруднён.
Это не модель атмосферы Венеры, но полезная иллюстрация самой идеи: температура зависит не только от того, сколько энергии поступило, но и от того, насколько легко энергия уходит.
Главная ошибка: «ближе к Солнцу — всегда горячее»
Для безатмосферных тел расстояние от Солнца действительно чрезвычайно важно.
Но у планеты есть атмосфера, поверхность, облака, вращение, лёд, океаны и множество других факторов.
Поэтому два мира на разных расстояниях могут вести себя не так, как ожидается по одной школьной схеме.
Венера — лучший пример.
Она дальше от Солнца, чем Меркурий, но её плотная атмосфера превращает полученное тепло в почти постоянную планетарную жару.
Коротко: почему Венера горячее Меркурия?
- Венера — самая горячая планета Солнечной системы.
- Её средняя температура поверхности составляет около 464–467 °C.
- Меркурий ближе к Солнцу, но почти лишён атмосферы.
- Днём Меркурий раскаляется, а ночью резко остывает.
- Венеру окружает чрезвычайно плотная атмосфера, почти целиком состоящая из углекислого газа.
- Эта атмосфера создаёт мощнейший парниковый эффект и затрудняет уход тепла в космос.
- Облака Венеры отражают много солнечного света, но этого недостаточно, чтобы компенсировать удержание тепла.
- Поэтому расстояние от Солнца — не единственный фактор, определяющий температуру планеты.
Загадка напоследок
Меркурий получает больше солнечного света. Венера получает меньше — но оказывается горячее.
Значит, планету нельзя понять, просто посмотрев на её место в Солнечной системе.
Нужно спросить, есть ли у неё атмосфера, из чего она состоит, насколько она плотная и умеет ли планета избавляться от полученного тепла.
А теперь можно перевернуть вопрос: если самая горячая планета — не ближайшая к Солнцу, то какая планета Солнечной системы самая холодная? И там ответ тоже окажется не совсем таким, какой подсказывает простая линейка расстояний.
Читайте также
- Что такое северное сияние и как оно появляется?
- Откуда берётся радуга?
- Почему идёт дождь?
- Почему море солёное?
Источники для фактчекинга
- NASA Science — Venus Facts: https://science.nasa.gov/venus/venus-facts/
- NASA Science — Solar System Temperatures: https://science.nasa.gov/resource/solar-system-temperatures/
- NASA Science — Temperatures Across Our Solar System: https://science.nasa.gov/solar-system/temperatures-across-our-solar-system/
- NASA Science — Venus: https://science.nasa.gov/venus/
- NASA Science — Climate Modeling Suggests Venus May Have Been Habitable: https://science.nasa.gov/earth/climate-change/nasa-climate-modeling-suggests-venus-may-have-been-habitable/
Источники иллюстраций
- Magellan Venus globes — NASA/JPL, public domain: Wikimedia Commons.
- Surface of Venus from Venera 13 — Lunar and Planetary Institute, CC BY 2.0: Wikimedia Commons.
- AtmosphereofVenus.svg — Life of Riley, public domain: Wikimedia Commons.
