Венера обогнала Меркурий по жаре, и дело не в Солнце

Меркурий вращается на расстоянии около 58 миллионов километров от Солнца, Венера, вторая планета от звезды, почти вдвое дальше. И все же на Венере жарче: около 465-480 градусов Цельсия (разные источники дают чуть разные цифры) против максимальных 430 на Меркурии. Дело не в близости к светилу, а в том, что у планет совершенно разные атмосферы и разная судьба.

Фото: NASA/JPL-Caltech, общественное достояние, NASA Image and Video Library (Венера на снимке станции «Маринер-10», 1974 год, обработка 2020 года). На снимке сплошной облачный слой, поверхность планеты под ним не видна

Простая арифметика, которая не сходится

На первый взгляд логика безупречна: чем ближе к источнику тепла, тем горячее. Меркурий в среднем получает почти в семь раз больше солнечной энергии, чем Земля, а Венера всего в два раза больше. При этом в среднем эти две планеты разделяют около 50 миллионов километров.

Но расстояние говорит лишь о том, сколько света приходит к планете. Оно не говорит, сколько отражается, сколько поглощается, как быстро тепло уходит в космос и как атмосфера разносит его по поверхности. Об этом рассказал астрофизик Стивен Кейн из Калифорнийского университета в Риверсайде, который изучает пригодность планет для жизни: по его словам, эти свойства могут быть важнее расстояния, а иногда и намного.

Результат известен по измерениям космических аппаратов. На Венере температура на поверхности около 465-480 градусов, а на Меркурии днем до 430, но ночью она падает примерно до минус 180. Разница между этими мирами в том, что Меркурий свое тепло отдает, а Венера его удерживает.

Меркурий, у которого нет одеяла

У Меркурия практически нет атмосферы, только разреженная внешняя оболочка, и солнечные лучи падают прямо на голые камни. Днем поверхность раскаляется, но стоит Солнцу уйти за горизонт, как тепло улетает в космос почти без задержки. В итоге суточный перепад составляет около 610 градусов Цельсия (по шкале Фаренгейта больше тысячи градусов), от примерно 430 градусов днем до минус 180 ночью.

Этому способствует и медленное вращение: солнечные сутки на Меркурии длятся около 176 земных суток, поэтому ночная сторона успевает остывать очень долго. Орбита планеты заметно вытянута, и расстояние до Солнца меняется от 46 до 70 миллионов километров, так что жара на поверхности зависит еще и от места на орбите.

Холод Меркурия имеет любопытное следствие. В кратерах возле полюсов, куда Солнце не заглядывает никогда, космический аппарат «Мессенджер» обнаружил признаки водяного льда. Это место, где на планете, считающейся раскаленной, температура остается ниже нуля.

Венера, у которой одеяла слишком много

Атмосфера Венеры примерно в 90 раз плотнее земной и почти целиком состоит из углекислого газа, около 96 процентов. У поверхности давление такое же, как на глубине около 900 метров под водой в земных океанах. Когда советская станция «Венера-7» в 1970 году совершила посадку, она передавала сигнал около 23 минут, а станция «Венера-13» в 1982 году проработала на поверхности около двух часов и передала первые цветные снимки местности.

Солнечный свет приходит на планету в основном в виде видимого и ближнего инфракрасного излучения, которое проходит сквозь газовую оболочку без особых препятствий. Поверхность и нижние слои атмосферы поглощают энергию и излучают ее обратно уже как тепловое инфракрасное излучение. Углекислый газ очень хорошо поглощает такое излучение, и на Венере оно многократно поглощается и переизлучается, прежде чем наконец уходит в космос.

Часть излучения возвращается вниз и дополнительно греет поверхность. Тепло не застревает навсегда, потому что планета в итоге должна отдавать столько же энергии, сколько получает. Но равновесие устанавливается при очень высокой температуре, и поэтому на Венере везде жарко: и на экваторе, и на полюсах, и днем, и ночью.

Парадокс отражения

Любопытно, что Венера поглощает вовсе не больше энергии, чем Меркурий. Облака из капель серной кислоты отражают примерно три четверти падающего света обратно в космос, и до поверхности доходит лишь около 3 процентов солнечного излучения. Если бы убрать атмосферу и облака, голая каменная Венера получала бы всего около 29 процентов от того, что получает Меркурий, и была бы холоднее его.

Получается, что не загар, а одеяло делает Венеру самой горячей. Если на Меркурии вся энергия, пришедшая днем, быстро уходит, то на Венере ее держат толстый слой газа и облака. Именно этот механизм и называют парниковым эффектом, и на Земле он тоже работает, только мягче: он поднимает среднюю температуру примерно на 33 градуса и делает возможной жидкую воду.

Откуда взялось это одеяло

Венера не родилась с таким воздухом, и как именно он сформировался, остается открытым вопросом. Планетолог Пол Бирн из Университета Вашингтона в Сент-Луисе, изучающий планеты, говорит, что на Венере есть признаки вулканической и тектонической активности, прошлой и нынешней, которая заполняла атмосферу парниковыми газами. Он описывает современную Венеру как планету в состоянии «после убегающего парникового эффекта», когда жара поддерживает сама себя независимо от того, что происходит в недрах.

Некоторые климатические модели допускают, что очень давно на Венере могла быть вода, но это предположение, а не доказанный факт. Проверить его могли бы данные новых космических миссий к этой планете, но пока это вопрос будущего.

Сегодня Венера служит для климатологов хрестоматийным примером того, к чему может привести избыток парниковых газов. Меркурий же показывает обратную крайность: планета, где тепло не держится вовсе. Между ними находится Земля, и нашей планете повезло с атмосферой не меньше, чем с расстоянием до Солнца.