А. Лельевр - Эврика-86

• Название: Эврика-86
• Автор: А. Лельевр
• Жанр: Прочая научная литература

В сборнике-ежегоднике «Эврика» рассказывается о важных научных идеях, поисках, решениях минувшего года в нашей стране и за рубежом.

---

земные базальты, так и на граниты. Эти опыты еще раз подтвердили, что в твердых оболочках всех планет земной группы шли или продолжают идти активные геологические процессы — происходит дифференциация планетарного вещества по химическому составу.

Возвращение на Землю контейнеров с венерианским грунтом — задача в обозримом будущем невыполнимая, ведь воображаемой ракете с Венеры придется взлетать как бы со дна земного моря, поскольку давление горячего углекислого газа, из которого в основном состоит венерианский «воздух», в сто раз больше земного. Выполнить анализ грунта Венеры лет пятнадцать назад казалось почти такой же фантастикой, поэтому на повестку дня был поставлен теоретический прогноз.

СЛОВО БЕРЕТ ЭВМ

Лет тридцать назад потребовалось предсказать химический состав вещества, которое трудно или даже невозможно получить в лаборатории. Надо было точно знать, как будет меняться набор и количество химических соединений и реагирующей смеси газов при высоких температурах и давлениях.

В принципе такие задачи всегда входили в сферу интересов химической термодинамики — науки о температуре, теплоте и превращениях теплоты и работы друг в друга. Химические превращения подчиняются определенным законам термодинамики, а их конкретное выражение описано с помощью хорошо разработанного математического аппарата. Если же в химических процессах число участвующих веществ исчисляется десятками, то для выполнения математических выкладок не хватит человеческой жизни. Но, как известно, есть электронно-вычислительные машины.

Математическое моделирование позволяет выделить из всех возможных вариантов тот, который протекает с

наименьшей затратой химической энергии, а значит, и наиболее реальный в неживой и живой природе. При этом выясняется и самая выгодная (с точки зрения затрат энергии системы) форма нахождения химического элемента: войдет ли он в состав газа, кристаллического вещества или жидкости.

В последнее десятилетие специалисты в области наук о Земле обратили внимание на сходство своих задач и тех, которые с успехом решают инженерыхимики. Геологи тоже должны уметь предсказывать поведение химических элементов в магматических расплавах, в горячих рудоносных растворах тогда, когда природный объект недоступен. Ну а если объект находится на другой планете, то задача усложняется во много раз, поскольку условия, господствующие в иных мирах, не менее, а, пожалуй, куда более таинственны, чем в глубинах Земли.

Уже после посадки советской автоматической межпланетной станции «Венера-7» на поверхности Утренней звезды и комплекса радиоастрономических исследований с Земли, проведенных еще в середине шестидесятых годов в СССР и в США, оказалось, что Венера-удобная лаборатория для химиков и геологов. В самом деле, на планете и ночью и днем (продолжительность одних венерианских суток соответствует 243 земным) одинаково жарко, на полюсах холоднее лишь на несколько градусов, смены времен года тоже нет. Поэтому горные породы поверхности находятся как бы в гигантском термостате в течение многих миллионов лет.

Значит, теоретический прогноз состава неизвестных нам пород поверхности Венеры представляет собой вполне реальную задачу, если допустить существование химического равновесия минералов с горячими газами атмосферы.

В 1978–1979 годах под руководством члена-корреспондента АН СССР В. Барсукова в Институте геохимии и

аналитической химии имени В. И. Вернадского АН СССР проблема была поставлена и решена. Состав венерианской атмосферы, температура и давление на поверхности планеты и состав пород, аналогичный земному, считались заданными, А найти требовалось состав продуктов тех химических реакций, которые протекают между газами и минералами и перераспределяют «обязательные» химические элементы- кислород, водород, кремний, железо и так далее — в самые причудливые сочетания. На Земле такое перераспределение элементов рождает разнообразные коры выветривания, содержащие глины, бокситы, соли, гипсы… А что на Венере?

В качестве исходных данных в ЭВМ были введены результаты определения состава венерианской атмосферы, полученные космическими средствами, и модели состава земных горных пород. Введенные туда же'законы химического взаимодействия минералов поверхности планеты с горячими газами атмосферы должны были- помочь получить прогноз породного состава. Итак, модель поведения химических элементов на поверхности планеты Венера выбрана, исходные данные введены. Теперь — за дело!

Машина успешно справляется с заданием, и мы получаем портрет венерианской коры выветривания. Нет, сенсации не будет. В венерианских условиях благополучно существуют в основном те же минералы, что и в земных гранитах и базальтах, — кварц, полевые шпаты, пироксены. Тем не менее ответ машины достаточно интригующий. Оказалось, что венерианские породы обнаруживают "особые приметы"; есть минералы, содержащие серу. Может быть, именно круговорот серы определяет метеоусловия на Венере без зимы и "ета, без дождя и снега?

Облачный покров Венеры толщиной ^ 25 километров почти наверняка состоит из капель серной кислоты. Газы, содержащие серу, — важная примесь в

углекислой атмосфере планеты, сера в существенных количествах содержится в поверхностных породах… Что это — звенья единого цикла круговорота веществ или случайность? Пока на этот вопрос нет однозначного ответа.

Здесь можно провести аналогию с проблемой возникновения аэрозолей серной кислоты в земной стратосфере (следствие загрязнения отходами химической промышленности), вспомнить сернокислотные дожди в Северной Америке и Европе и убедиться лишний раз в необходимости космических исследований для познания Земли.

Сухость венерианской атмосферы вызывает много дискуссий, многочисленные результаты анализов состава венерианского «воздуха» разноречивы, однако полеты автоматических станций «Венера-13» и «Венера-14» поставили точку: вблизи поверхности атмосфера содержит не более 0,002 процента водяного пара. Итак, отнята последняя возможность обнаружить венерианский «океан» — вода изгнана даже из кристаллических структур минералов. На поверхности Венеры не сохраняется не только капля, но и молекула воды в таком, казалось бы, надежном скафандре, как кристаллическая решетка.

Горячая атмосфера Венеры, вступая в контакт с породами поверхности, может приводить к изменению их химического состава; по сути дела, там происходит химическое выветривание. Главный недостаток теоретической модели — нельзя учесть время и полноту протекания химического процесса. А это означает, что мощность "коры выветривания" мы оценить не можем: будет ли это миллиметровая корочка или многокилометровая толща измененных пород — неизвестно.

Март 1982 года открыл новую страницу в изучении планеты: впервые удалось определить химический состав венерианских пород в местах посадки спускаемых аппаратов «Венера-13» и «Венера-14».

28

БУРЕНИЕ В РАСКАЛЕННОЙ ПУСТЫНЕ

Эксперимент по отбору и анализу венерианского грунта просто фантастичен. Инженеры, создававшие грунтозаборное устройство, шутили: задача сформулирована, как в сказке, — пойди туда, не знаю куда, принеси то, не знаю что! Увы, горькая доля истины в этой шутке была она связана с относительной «слепотой» посадки на планету. Надо было сконструировать такой бурильный агрегат, который мог бы работать как на скальном, так и на рыхлом грунте, в любом положении (аппарат может сесть с большим креном), при температуре "вишневого каления" обычной стали. Да к тому же бурение надо вести без смазки и без охлаждения!

И вот задача блестяще решена, причем стоатмосферное давление на поверхности Венеры превратили в союзника: проба грунта засасывалась внутрь приемной камеры по принципу пылесоса, затем от высокого давления избавлялись с помощью оригинальной системы шлюзов, в результате укрощенный грунт приходил к конечному пункту «конвейера» почти вакуумированным,

Анализ грунта проводило сложнейшее устройство, разработанное в Институте геохимии и аналитической химии имени В. И. Вернадского АН СССР под руководством профессора Ю. Суркова, имевшее на вооружении источники радиоизотопов (железо-55 и плутоний-238). Поток альфа-частиц и жесткого рентгеновского излучения возбуждает в атомах облучаемой пробы флюоресцентное рентгеновское излучение, относительная интенсивность которого позволяет судить о концентрации того или иного химического элемента. Прибор принимал команды с бортового программно-временного устройства, а накопленная информация периодически отправлялась по телеметрической системе на Землю. Спускаемый аппарат «Венера-13»

жил и работал два часа и семь минут, а «Венера-14» — без семи минут час. Из этого времени четыре минуты ушло на бурение и шлюзование пробы грунта, а все остальное время на Землю переда* вались данные о химическом составе венерианских пород: 38 спектров — с «Венеры-13» и 20 спектров — с "Венеры-1 4". Рентгенорадиометрический анализ дал уникальные цифры содержания девяти главных породообразующих элементов.