Úvodní strana  >  Články  >  Sluneční soustava  >  Astropis: Fyzika Venuše - I. část

Astropis: Fyzika Venuše - I. část

Pryč jsou doby, kdy lidé museli spekulovat o tom, co skrývá hustá oblačnost Venuše -- dnes, po 40 letech výzkumu, už si nic domýšlet nemusíme, naopak jsou před nás předkládána pozorování, pro něž zatím nemáme žádná vysvětlení. Při výzkumu Venuše se tak uplatní všechny planetární vědy včetně meteorologie, mineralogie, fyziky plazmatu či geofyziky. Jen díky nim se nám daří jednotlivé fragmenty poznání umisťovat do celkového obrazu této planety, tak jak jí rozumíme nyní.

Článek je převzat z časopisu Astropis, obsah čísla 2004/2

Možná že někteří namítnou, že porozumění cízím planetám není tak důležité jako pochopení fyziky Země a že bychom se tedy měli zaměřit nejprve na porozumění našemu vlastnímu světu. Ten je ale tak složitý a naše nástroje zatím tak nedokonalé, že některé procesy by nám mohly zůstat zcela utajeny. Výzkumem ostatních podobných planet můžeme ale získat celkový náhled na jejich fungování a tím lépe porozumět i naší vlastní Zemi.

Zdánlivé dvojče Země

Dokud jsme neměli žádné podrobnější informace o tom, jaké podmínky na Venuši panují, mohli jsme si myslet, že jde o dvojče naší planety. Vzdálenost od Slunce je sice jen 2/3 vzdálenosti Země, ale její velikost je téměř shodná. A protože nám její povrch zakrývá neustále hustá vrstva mraků, nikdo nemohl vědět, jaké podmínky na něm panují, ani to, že rotace planety je (jako jediné ve sluneční soustavě) retrográdní a zabere celých 243 dnů. Tento fakt se podařilo zjistit až pomocí radarových měření uskutečněných po druhé světové válce -- a od té doby, jak se naše znalost Venuše prohlubuje, nacházíme čím dále tím více odlišností od naší planety.

Magnetosféra

magneto.jpg
Průřez indukovanou magnetosférou Venuše -- magnetický chvost se uzavírá ve vzdálenosti 8-12 RV

Největším objektem spojeným s Venuší je bezpochyby její magnetické pole. Na rozdíl od Země nejde ale o pole indukované v jádře planety (pokud Venuše takové pole má, je tak slabé, že ho žádná sonda ještě nezaregistrovala), ale vznikající při interakci ionosféry s částicemi slunečního větru -- odtud také označení indukovaná magnetosféra. K otázce, proč zde neexistuje vlastní dipólové pole, se vrátíme v části věnované jádru planety. Nicméně fakt, že Venuše není tak dobře chráněna proti vlivu částic přilétajících od Slunce v porovnání se Zemí, může být rozhodujícím činitelem v jejím vývoji a jednou z příčin, proč se od sebe tato dvě tělesa tolik liší.

Atmosféra Venuše

atmo.jpg

Struktura atmosféry Venuše, včetně teplotního a tlakového průběhu zaznamenaného sondami

Jak zjistíte z tabulky na následující straně, hmotnost plynného obalu Venuše je ve vztahu k její celkové hmotnosti značná. Dokonce je jedním z vysvětlení, proč se celá planeta otáčí v opačném smyslu než ostatní planety sluneční soustavy -- atmosféra ji zřejmě slapovým působením zbržďovala tak dlouho, až došlo k zastavení rotace a pozvolnému roztočení opačným směrem.

Samotná atmosféra je velmi hustá, převažuje v ní z 95% oxid uhličitý (dále obsahuje 3,5% dusíku, asi 0,015% oxidu siřičitého, velmi malé množství vody a vzácných plynů) a u povrchu dosahuje tlak až 92 atmosfér a hustota 65 kg m-3. Mraky jsou tvořeny převážně kyselinou sírovou a tak dobře zabraňují tepelným ztrátám, že teploty na denní i noční straně jsou téměř stejné. Nicméně kyselinové srážky na povrch vůbec nedopadají, neboť se díky vysokému tlaku odpaří už ve výšce několika kilometrů nad ním.

Zatímco ve vysoké atmosféře je proudění velice rychlé (až 350 km h-1), u povrchu byl naměřen jen slabý vánek kolem 5km h-1. Typický "V" vzor na obrázcích Venuše z vesmíru vzniká v důsledku pomalejší rotace oblačnosti v okolí pólů. Ve výškách nad 100 km je poté pozorováno proudění z denní na noční stranu ovlivněné nerovnoměrným ohřevem atmosféry nad vrstvou oblačnosti.

venera9.jpg
Přistávací modul sovětské sondy Veněra 9, který dosedl na povrch Venuše v říjnu 1975 poblíž Beta Regio zřejmě do oblasti tektonického riftu

Zajímavou otázkou zůstávají blesky ve venušině atmosféře -- zatímco sovětské sondy Veněra a americký Pioneer Venus Orbiter registrovaly elektromagnetické pulsy podobné těm, které vznikají během bouřek na Zemi, během průletu sondy Cassini kolem Venuše se žádnou podobnou aktivitu zjistit nepodařilo.

Voda a život

Podobně jako v případě Marsu si mnozí lidé ještě začátkem 20. století mysleli, že i Venuše je místem vhodným pro život. Poté ale, co se zjistilo, jak nehostinné podmínky na ní panují, se tato myšlenka téměř zcela ztratila a místo ní se začal hledat důvod, proč se prostředí na obou planetách tak výrazně liší. Odpověď přišla spolu s chemickými rozbory atmosféry a povrchu -- zdá se, že klíčem je současný nedostatek vody na Venuši.

Okamžitě ale vyvstala jiná, logická otázka: proč když je na Zemi vody dostatek, je Venuše téměř úplně suchá, když podmínky formování byly u obou planet zřejmě velmi podobné. Na vině je zřejmě dnes pozorovaný skleníkový efekt, který rapidně zvýšil teplotu na povrchu o stovky stupňů Celsia a všechna voda se tak odpařila. A protože Venuši nechrání magnetické pole jako Zemi, je vystavena mnohem silnějšímu slunečnímu větru -- jeho vysokoenergetické částice pak zřejmě způsobily, že voda z atmosféry postupně téměř všechna unikla do vesmíru. Nicméně nám po ní zůstaly alespoň stopy -- naměřený poměr D/H (těžkého a lehkého vodíku) napovídá, že Venuše mohla mít v dávné minulosti alespoň zlomek pozemské hydrosféry. Definitivně na tuto otázku odpoví zřejmě až měření nových sond plánovaných k průzkumu Venuše, které se nyní připravují a které budou zkoumat právě především její atmosféru.

Zajímavé ale je, že myšlenka na možný život na Venuši nebyla úplně zatracena a v nedávné době se jí dostalo dokonce nové podpory. To když někteří vědci začali spekulovat o tom, že primitivnímu životu by se mohlo dařit v horních vrstvách venušiny atmosféry, kde nejsou podmínky tak nepřátelské jako na jejím povrchu.

Povrch

povrch.jpg
Pohled sovětských sond Veněra 9 (nahoře) a Veněra 14 (dole) na povrch planety Venuše. Zatímco první místo přistání je zřejmě tektonického původu, druhé představuje typické vulkanické pláně.

Jak je vidět na záběrech z přistávacích modulů sovětských Veněr, povrch Venuše je pustý a připomíná nejvíce vulkanické pláně, které známe z úbočí pozemských sopek. Zatímco velkou část planety zabírají tyto pustiny, v okolí sopek a tektonických vyvýšenin můžeme pozorovat celou řadu jevů, které si spojujeme s vnitřní aktivitou -- např. zvrásněné oblasti (Tessera), dlouhé kaňony (Chasma) či kanály, jimiž zřejmě proudila nízkoviskózní láva. Všechny tyto jevy napovídají, že přestože se nám dosud nepodařilo zaregistrovat žádný v současnosti probíhající geologický děj, planeta je velmi pravděpodobně stále vnitřně aktivní.

Z měření gravitačního pole Venuše také usuzujeme, že velkoškálové struktury jak pozorované topografie, tak gravitačního potenciálu mají shodný mechanismus vzniku -- tím je s největší pravděpodobností podpovrchová konvekce v plášti planety (viz Astropis 4/2003, Terestrické objekty sluneční soustavy). Venuše je tedy zřejmě jediným tělesem v našem okolí, kde nám měření topografie mohou prozradit cenné informace o těchto dějích hluboko pod povrchem. Povrchové útvary jsou zde zřejmě dlouhodobě stabilní, protože litosféra Venuše je zjevně kompaktní a netvoří systém desek, které by se vůči sobě mohly navzájem pohybovat. Tento jednodeskový systém je pak také zodpovědný za menší tepelnou výměnu mezi nitrem planety a povrchem a tudíž vede k prohřívání nitra Venuše.

corona.jpg
Tzv. koróny jsou zřejmě místy, kde podpo­vrchové vzestupné magmatické proudy naráží do kůry a deformují ji -- mohou mít až desítky kilometrů v průměru

Navíc, pokud se budeme zajímat o celkovou charakteristiku povrchu, zjistíme, že ten je, podobně jako na dalších planetách s výjimkou Země, tzv. unimodální (tzn. výškově se pohybuje okolo jedné hodnoty -- Země je tzv. bimodální kvůli existenci kontinentů a mořského dna). Kolem 80% povrchu leží v rozsahu +/- 1km od hlavního planetárního poloměru 6051,881km a výjimku tvoří především "vysočiny" u rovníku a pólu (Afroditina a Ištařina země) a sopečné vyvýšeniny (např. Beta Regio se sopkami Maat Mons a Ozza Mons).

Chemické analýzy povrchových hornin provedly opět sovětské Veněry a jejich spektrometry potvdily, že se jedná téměř výhradně o bazaltické vyvřeliny s vysokým obsahem křemíku, hořčíku, vápníku, a draslíku, ale také podstatnou příměsí titanu. Obecně se analyzované vzorky podobaly bazaltům z oceánického dna na Zemi. Kamery instalované na sondě Veněra 14 zaregistrovaly po přistání zvířenou vrstvu prachu, během přistání jiných sond se nic podobného nepozorovalo.

channel.jpg
Jeden z mnohých lávových kanálů pozorova­ných radarem sondy Magellan. Tyto kanály mohou dosahovat délky i přes 1000 km a proudilo jimi zřejmě nízkoviskózní magma.

Nakonec je ještě třeba zmínit, že podle mezinárodní úmluvy jsou všechny povrchové útvary na Venuši pojmenovávány po ženách (i českých -- např. 22km široký kráter Němcová). Výjimku tvoří Alpha a Beta Regio (nalezeny radarovým průzkumem ze Země) a Maxwell Montes (pojmenovány před touto úmluvou po slavném fyzikovi), které se již neměnily.

Plášť Venuše

Obvyklý způsob, jak se něco dozvědět o stavbě planety, je "naslouchat" jejímu nitru na povrchu, popř. z chování planety jako celku. U Země se používá celá řada metod, např. seismické analýzy, pozorování vlastních kmitů (vibrací planety) nebo měření precese a nutace (tedy vlivu stavby planety na její rotaci). Bohužel, u Venuše zatím nemáme pro uvedené postupy žádná měření a tak naše odhady musí být založeny jen na matematických modelech a odhadech založených na škálování poznatků získaných už dříve u Země.

Nejsvrchnější částí je stejně jako u naší planety kůra, která na Venuši sahá do hloubky přibližně 35km (lokální odhady činí 15--50km). Její mocnost na Zemi určujeme z polohy Mohorovicićovy diskontinuity, ale protože ani toto základní seismické měření nebylo možné na Venuši zrealizovat, tyto odhady jsou opět založeny na vztahu mezi pozorovanou topografií a gravitačním polem.

Zatímco na naší planetě je litosféra spolu s kůrou rozlámána na tektonické desky, u Venuše je s vysokou pravděpodobností kompaktní a tvoří jakýsi příkrov jejího pláště. Pod ní by se mohla nacházet vrstva se sníženou viskozitou (astenosféra), ale dosavadní měření napovídají, že to zřejmě není případ Venuše. Fázové přechody olivínu, které významně ovlivňují dynamiku pláště, jsou u Země v hloubkách 410 a 660 km -- Venuše má celkově nižší hmotnost a tyto hladiny jsou proto posunuty níž. Termodynamické modely naznačují, že přechod z olivínu na wadsleyit se zde nachází v hloubce 440km a wadsleyitu na ringwoodit v 740 km.

Hlubší reologická struktura (nárůst či pokles viskozity) je víceméně neznámá, nicméně právě z počítačového modelování topografie a gravitačního potenciálu se zdá, že v závislosti na teplotě a tlaku viskozita pomalu stoupá směrem k jádru. To, jaké je rozložení teplot a viskozit v plášti, může hodně napovědět o tom, jestli je současný stav planety se stabilní litosférou dlouhodobě udržitelný a nebo po nějakém čase přejde na jiný druh vyznačující se větším tepelným tokem na povrchu.

planetární parametrVenušeZeměpoměr
střední vzdálenost od Slunce108 mil. km150 mil. km0,72
oběžná doba225 dní365 dní0,66
oběžná rychlost35 km s-130 km s-11,18
sklon rotační osy177,4°23,5°--
rotační perioda243 dnů1 den243
hmotnost planety4,87 1024kg5,98 1024kg0,95
hmotnostní podíl atmosféry~10-4~10-6100
celková hustota5,24 g cm-35,52 g cm-30,95
gravitační zrychlení na povrchu8,89 m s-29,81 m s-20,91
úniková rychlost na povrchu10,36 m s-111,2 m s-10,93
albedo (reflexivita)0,650,37 1,76
teplotní rozsah na povrchu+446 -- +482 °C-88 -- +58 °C--
počet přirozených satelitů01--

Srovnnání vybraných parametrů Země a Venuše

Pokračování příště




O autorovi



39. vesmírný týden 2016

39. vesmírný týden 2016

Přehled událostí na obloze od 26. 9. do 2. 10. 2016. Měsíc bude v novu. Venuše, Mars a Saturn najdeme večer stále jen nízko nad obzorem. Neptun a Uran můžeme pozorovat celou noc. Na ranní obloze můžeme před svítáním pozorovat kužel zvířetníkového světla do něhož před východem Slunce stoupá planeta Merkur a bude zde také srpek Měsíce.

Další informace »

Česká astrofotografie měsíce

Pradědovy Perseidy 2016

Píše se rok 258, 10. srpen. Na rošt nad horké uhlí je položen správce chrámové pokladny před několika dny popraveného papeže Sixta II a je opékán zaživa. Po chvíli volá: „Z jedné strany jsem již opečený, pokud mě chcete mít dobře udělaného, je čas mě otočit na druhou stranu.“ Toto utrpení podstoupil

Další informace »

Poslední čtenářská fotografie

Mesic

Mesic

Další informace »