Аномалия горячего потока на Венере

Учитывая огромные размеры Солнечной системы, Земля и Венера расположены очень близко (точнее, близки их орбиты). Тем не менее, две планеты различаются чрезвычайно сильно.

Средняя температура на Венере, например, в 100 раз выше, а дни на этой планете в  200 раз длиннее земных. Атмосфера Венеры настолько плотная, что рекорд, установленный спускаемым аппаратом, составляет чуть более двух часов. Здесь мы обратимся к менее броскому, но не менее важному отличию. У Земли есть мощное магнитное поле, тогда как Венера его лишена. Это в корне меняет космическую погоду в окрестностях Венеры по сравнению с Земной.

Когда солнечный ветер вырывается из атмосферы Солнца со скоростью в миллионы километров в час, он останавливается на подступах к Земле магнитосферой – воображаемой оболочкой, обозначающей границу, в которой магнитное поле Земли достаточно сильно, чтобы заметно повлиять на распространение заряженных частиц. Большая часть плазмы, выброшенной Солнцем, вынуждена облетать магнитосферу, но при определенных обстоятельствах часть ионов проходит внутрь магнитосферы, вызывая на Земле явления космической погоды. Венера не имеет такого защитного магнитного поля, но зато имеет плотную атмосферу, взаимодействие которой с Солнечным ветром создает множество интересных явлений космической погоды.

Одно из явлений, недавно обнаруженных на Венере, типично и для Земли. Это аномалия горячего потока – изменение направления движения Солнечного ветра, который должен бы облетать планету.

Поиски аномалий горячего потока на Венере начались в 2009 году с использованием зонда MESSENGER, предназначенного для изучения Меркурия. При пролете у Венеры он заметил явления, похожие на аномалию. Но инструменты зонда, созданные для другой цели, могли только измерить магнитные поля, но не температуру атмосферы. Поэтому нельзя было с уверенностью сказать, что это был действительно горячий поток. Для подтверждения данных зонда Коллинсон использовал зонд ЕКА Venus Express. Этот аппарат также не предназначен для изучения космической погоды, но он имеет инструменты, способные наблюдать магнитные поля и потоки плазмы, составляющей солнечный ветер. Коллинсон обратился к данным, собранным в течение нескольких дней. Венерианских.

«Это может показаться не таким большим временем, – говорит он. – Но день на Венере равен примерно 243 земным дням».

Коллинсон искал закономерности изменения магнитного поля, которые могли бы указать на то, что космический аппарат пролетал через зону горячего потока. Пересечение ее границы влечет за собой не только изменение в температуре, но и в магнитном поле. Поскольку инструменты зонда не были предназначены для этой цели, поиск занял много времени, а полученные результаты не давали полной уверенности. Тем не менее, работа увенчалась успехом, и для 22 марта 2008 года удалось показать, что совместные измерения магнитного поля и потоков плазмы могут объясняться только аномалией горячего потока.

На Земле магнитное поле, связанное с плазмой солнечного ветра, претерпевает разрыв, быстрое изменение направления. Иногда этот разрыв совпадает с ударным фронтом – поверхностью, на которой солнечный ветер резко меняет направление и начинает обтекать планету. Неравномерное магнитное поле, неравномерность которого распространяется вдоль фронта ударной волны, начинает захватывать заряженные частицы, постепенно набирая шары плазмы температурой в 10 миллионов градусов и размером с Землю. «Эти ионы оказываются в ловушке, – говорит Сибек. – Они создают огромный ком, который все растет и растет, создавая дополнительные ударные волны. Все процессы по направлению движения этого кома и против него сильно отличаются». Наибольший интерес представляют процессы в областях за комом. Здесь возникают возмущения плазмы, намного превосходящие по пространственным масштабам то, что вызвала локальная аномалия горячего потока. Для Земли вся магнитосфера может быть заметно деформирована в течение нескольких минут, в буквальном смысле стряхивая на полюса Земли заряженные частицы, связанные с линиями напряженности магнитного поля.

Столь же хорошее знание процессов, сопровождающих аномалии горячего потока на Венере требует наблюдений специальной аппаратурой, зонд Venus Express не может обеспечить таке данные. Однако используя его данные для настройки математических моделей поведения аномалии на Земле, удалось создать возможную картину развития этих событий на Венере. «На Земле аномалии имеют заметное влияние на Землю, но не определяющее, – говорит Коллинсон. – На Венере из-за отсутствия магнитного поля аномалии наблюдаются очень близко к поверхности и потому имеют огромное влияние на планету».

Ударная волна на Венере служит границей солнечного ветра и ионосферы планеты, ее собственного атмосферного слоя заряженных частиц. Высота этого слоя меняется в зависимости от внешних условий, в том числе от аномалий горячего потока. Так как эти аномалии вынуждают солнечный ветер разворачиваться и удаляться от планеты, это может приводить к отдалению фронта ударной волны от поверхности. Соответственно, высота ионосферы должна повыситься.