Новая карта рельефа Венеры

Венера – ближайшая к Земле планета, имеющая похожие с ней размеры и массу, однако отличающаяся по составу атмосферы, тепловому режиму, особенностям строения рельефа и возрасту поверхности. В 2007 г. по данным радиолокационной съемки АМС «Магеллан» (США), выполненной в 1990 – 1992 гг., составлена новая гипсометрическая карта Венеры. Карта, построенная с помощью метода послойной окраски различных ступеней высот рельефа, отражает основные формы поверхности Венеры, также показаны места посадок всех космических аппаратов на ее поверхность. На обратной стороне карты приведены различные сведения о Венере и иллюстративный материал.

Венера – одно из красивейших и ярчайших светил неба (блеск планеты обусловлен отражением солнечных лучей от мощной облачной атмосферы). Не случайно именно ей присваивались имена богинь любви и красоты: в Вавилоне планету называли Иштар, в античной Греции – Афродита, в Древнем Риме – Венера. Из-за плотной облачности поверхность Венеры нельзя увидеть даже с орбиты ее искусственного спутника. Рельеф ее поверхности можно изучать только методами радиолокации.

Венера без облачного покрова (цвета искусственные). Полушарие с центральным меридианом 180°. Мозаика изображений с разрешением 3 км составлена по радиолокационным измерениям, проведенным АМС «Магеллан» (США) в 1990 – 1994 гг. NASA – JPL.

На утреннем небе перед восходом Солнца Венера находится в течение 263 сут (период вращения планеты). Затем она приближается к Солнцу, и ее становится невозможно наблюдать в течение 50 сут. Потом планета появляется на вечернем небе с заходом Солнца и светит также 263 сут. Венера снова скрывается, уже на 8 сут, так как оказывается между Землей и Солнцем и обращена к нам неосвещенной стороной. Это повторяющийся цикл. Период обращения Венеры вокруг Солнца – 224.7 сут.

8 июня 2004 г. произошло уникальное явление – прохождение Венеры по диску Солнца. Такое «сдвоенное прохождение» случается раз в 243 года, поэтому в следующий раз его можно наблюдать 5 – 6 июня 2012 г. Во время одного из таких прохождений, в 1761 г., М.В. Ломоносов открыл атмосферу Венеры (Земля и Вселенная, 2004, № 2).

Небо на Венере окрашено в оранжевый цвет, ближе к горизонту переходящий в желто-зеленый. Поверхность же ее не богата оттенками, основную окраску грунту, как и на Земле, придают соединения железа. В составе грунта Венеры преобладает кремнезем SiO₂ (45.1 – 48.7%), в меньшем количестве там содержатся окись алюминия Al₂O₃ (15.8 – 17.9 %), окись магния MgO (8.1 – 11.5%) и прочие окислы (CaO, FeO, K₂O, MnO и др.).

На Венере холмистые равнины высотой до 2 км занимают 79.5% поверхности планеты, но есть и неглубокие низменности и возвышенности (10.4%), сравнимые по размерам с земными океанами и материками. По аналогии с Землей горные районы Венеры называют материками, их общая площадь невелика – всего 10 %. К ним относятся земля Иштар вблизи Северного полюса, область Бета и крупнейший материк земля Афродиты, простирающийся в Южном полушарии примерно вдоль десятой параллели. Остальная поверхность в основном равнинная. Равнины, образованные очень жидкими базальтовыми потоками, условно делятся на гладкие и холмистые. Холмистые равнины испещрены многочисленными конусами и куполами диаметром 5 – 10 км, иногда с вершинными кратерами.

Куполовидные возвышенности больших размеров, такие как области Бета, Белл, Ульфрун и Метиды, а также крупные кольцевые структуры диаметром 150 – 600 км – венцы, относятся к вулканотектоническим образованиям. Венцы резко отличаются от всех кольцевых структур Луны, Марса и Меркурия. Некоторые типы рельефа на Венере возникли в результате тектонической активности. Прежде всего, это области с уникальным рельефом условно названные «паркетом», или рами. Они представляют собой системы протяженных хребтов и долин с перекрестным диагональным рисунком рельефа. Еще один тип тектонических образований – узкие протяженные пояса гряд на вулканических равнинах. В основном они ориентированы вдоль меридианов и чем-то напоминают морские гряды на Луне, но по протяженности намного больше – до 2 тыс. км.

Тессера в области Альфа (Alpha Regio). Хорошо виден сложный рисунок образований с взаимно пересекающимися хребтами и долинами. Подобные формы рельефа – одни из самых древних на Венере. Изображение охватывает площадь 125 × 150 км. АМС «Магеллан», 1990 – 1992 гг. NASA – JPL.

Следов жидкой воды на Венере не обнаружено, как и заметных признаков эоловой эрозии и переотложения материала. Даже в результате предварительного анализа ее рельефа выявлено большое различие в геологической истории Земли и Венеры.

Кратер Данилова (Danilova) диаметром 49 км. В кратере находятся центральные горки, а за кольцевым валом видны следы выбросов, возникших при ударе метеорита. АМС «Магеллан», 1991 г. NASA – JPL.

Среди ударных форм рельефа выделяются кратеры диаметром 1.5 – 280 км, которых на Венере не так много, как на Луне, Меркурии или Марсе, и патеры. Венерианские кратеры условно делятся на большие (30 км) и малые (менее 30 км). Один из довольно крупных кратеров (диаметр 49 км) назван в честь выдающейся русской балерины Даниловой. Патера – это кратер неправильной формы или сложный кратер с фестончатыми краями. Плотность кратерирования Венеры примерно в 200 раз меньше, чем на Луне, и в 100 раз меньше, чем на Марсе. Это свидетельствует о том, что поверхность Венеры моложе других планет земной группы, ее возраст всего несколько сотен миллионов лет.

До начала космических исследований составление гипсометрических карт Венеры, то есть карт рельефа, отображаемого изолиниями с послойной раскраской, было невозможно из-за недоступности непосредственному изучению. Первая карта значительной части планеты (в пределах широт от –65º до +75º) была создана в 1980 г. в США на основе данных радиолокационной съемки, выполненной американским искусственным спутником Венеры «Пионер Венера-1» (разрешение – около 100 км; Земля и Вселенная, 1982, № 1).

Первая карта Венеры. Составлена по результатам измерений радиоальтиметра АМС «Пионер Венера-1» (США) в проекции Меркатора. Ноябрь 1981 г.

В СССР первые гипсометрические карты Венеры были составлены по результатам исследований советских АМС «Венера-15 и -16», оснащенных радиолокатором бокового обзора с синтезированной апертурой. В 1983 – 1984 гг. они выполнили съемку более 30 % поверхности Северного полушария общей площадью 115 млн. км² (до 25 – 35° с.ш.) с разрешением до 1 км (Земля и Вселенная, 1985, № 3). На основе этих материалов в 1989 г. был издан «Атлас поверхности Венеры» (М.: Главное управление геодезии и картографии при Совете Министров СССР), включающий различные карты Венеры, в том числе и гипсометрические в масштабе 1:10 млн. В «Атласе планет земной группы и их спутников» (М.: МИИГАиК, 1992) впервые опубликована гипсометрическая карта почти всей поверхности Венеры (кроме южной области) в масштабе 1:75 млн., в основу которой легли радиолокационные изображения АМС «Пионер Венера-1», «Венера-15 и -16».

Фрагмент гипсометрической карты Венеры. Карта составлена по данным АМС «Магеллан» Американской геологической службой (USGS), издана в 1998 г. на восьми листах в масштабе 1:10 млн.

Наиболее точные на сегодняшний день гипсометрические карты Венеры составлены на основе информации, полученной в ходе радиолокационного зондирования АМС «Магеллан», который отснял 98% поверхности планеты с разрешением до 120 м (Земля и Вселенная, 1991, № 4; 1992, №№ 3 – 5; 1993, № 1). Эти карты на восьми листах в масштабах 1:10 млн. и 1:50 млн. изданы в 1997 – 1998 гг. Американской геологической службой («Atlas of Venus», CMRN, US Geological Survey, Reston, 1998; «The Planet Venus in Four Map Sheets», US Geological Survey, Reston, 1997).

Новая гипсометрическая карта полушарий Венеры в масштабе 1:45 млн. составлена в 2007 г. Е.Н. Лазаревым и Ж.Ф. Родионовой, готовится к печати в издательстве Физико-математической литературы. Она имеет несколько особенностей, например подробное для мелкомасштабной карты изображение основных форм рельефа Венеры, оригинальную шкалу высот, цветовая гамма которой разработана специально для этой планеты. Названия крупных форм рельефа приведены на латинском и русском языках. Карта составлена по данным АМС «Магеллан», любезно предоставленным Трентом М. Хэар из Американской геологической службы (USGS). В этой базе данных 33 млн. исходных точек. Поскольку изолинии проводились по точкам, отстоящим друг от друга на 1°, нашим специалистам пришлось написать программу на языке C++, с помощью которой выполнялась автоматизированная выборка. В результате получена база данных из 64 800 точек, к каждой из которых была привязана информация о координатах и радиусе. В местах экстремальных значений высот, таких как горы Максвелла, гора Маат и равнина Аталанты, произвели сгущение, чтобы повысить точность изображаемых участков. Затем весь объем точек поделили на два полушария (с центральными меридианами 0° и 180°). Построение изолиний, а также работа на всех последующих этапах создания карты, производились c помощью программных продуктов ESRI ArcGIS 8.3. и Arc/INFO Workstation (генерализация контуров). Гипсометрическая карта составлена в равновеликой азимутальной проекции Ламберта. В качестве референц-поверхности для Венеры принята сфера радиусом 6051.0 км.

Новая гипсометрическая карта Венеры: полушарие с центральным меридианом 0°.

Новая гипсометрическая карта Венеры: полушарие с центральным меридианом 180°. Составители Е.Н. Лазарев и Ж.Ф. Родионова (масштаб 1:45 млн., равновеликая азимутальная проекция Ламберта). 2007 г.

Изолинии через 0.5 км построены для уровней высот от –2.5 км до 4 км, а от 4 км и выше – через 1 км. Такие интервалы шкалы – самые распространенные для карт Венеры. Разработанная шкала позволила выделить цветом основные высотные уровни Венеры:

– границу между отрицательными и положительными высотами,

– предгорья «материков» (земли Иштар и Афродиты, другие возвышенности),

– высочайшие горные массивы (горы Максвелла, Акны, Фрейи и Маат).

Затем провели генерализацию контуров, то есть процесс отбора изолиний, исходя из масштаба карты и особенностей рельефа поверхности, согласно которому на карте сохранились контуры площадью более 10 тыс. км² на местности (или более 5 мм² в масштабе карты). Координатная сетка меридианов и параллелей на карте проведена через каждые 20°. Мы построили несколько высотных профилей, в частности вдоль меридианов 0° и 180°, с помощью которых легко увидеть, насколько больше дифференциация высот в полушарии с центральным меридианом 0º. Из них можно выделить земли Иштар, Афродиты и Лады – протяженные по площади поднятия-материки Венеры, а также относительно пологие равнины.

Профиль высот деталей рельефа Венеры вдоль меридиана 180°.

При нанесении названий на гипсометрическую карту Венеры в латинском написании использовался банк данных всех номенклатурных единиц Венеры, подготовленный USGS (http://planetarynames.wr.usgs.gov). Комиссия Международного астрономического союза (МАС) по номенклатуре деталей рельефа Венеры решила давать деталям поверхности планеты только женские имена. Все названия разделены на группы в зависимости от принадлежности тем или иным формам поверхности: горы, равнины, плато, земли, кратеры и другие. Русские эквиваленты взяты из списка названий деталей рельефа Венеры, опубликованного кандидатом физико-математических наук Г.А. Бурбой («Номенклатура деталей рельефа Венеры». М.: Наука, 1988). Главным источником был банк данных, существенно пополненный новыми наименованиями после детальной радиолокационной съемки поверхности Венеры АМС «Магеллан». Поскольку названия форм рельефа приведены на двух языках пришлось исключить различные формы рельефа (патеры, кратеры и многие короны), несмотря на то, что на картах с одноязычным написанием эти формы рельефа присутствовали. Так как латинские названия разработаны и утверждены МАС, на новой карте они набраны более крупным шрифтом.

Примечание: согласно МАС, возвышенностям решено давать имена богинь, а низменностям и другим понижениям рельефа (каньонам и бороздам) – имена прочих мифологических персонажей. Из этого правила существует три исключения: области Альфа и Бета, горы Максвелла.

Стоит отметить, что в целях популяризации планетологии и внеземной картографии среди школьников и студентов на карте условно показаны кратеры, которые не всегда можно отобразить в масштабе карты, названные женскими именами, например Маша, Надя, Наталья, Ирина, Елена, Фарида, Одри, Шейла, Коринна, Эльза.

Новая гипсометрическая карта поможет в изучении глобальных и региональных закономерностей поверхности Венеры.

Рассмотрим основные формы рельефа Венеры. Традиционно на Венере определяют два полушария: к востоку от нулевого меридиана – Восточное, к западу – Западное. Так как на нашей карте центральными меридианами являются меридианы 0° и 180°, то мы будем пользоваться определениями «полушарие с центральным меридианом 0°» и «полушарие с центральным меридианом 180°». В описании рельефа мы сначала рассмотрим Северное полушарие, двигаясь по карте с запада на восток, а затем Южное, двигаясь с востока на запад.

В пределах северо-западной части полушария с центральным меридианом 0º рельеф относительно ровный. Большая часть территории имеет превышение от –1 км до 1 км над принятым средним уровнем отсчета высот. Это объясняется тем, что здесь находятся огромные равнины Седны и Гиневры (Sedna Planitia, Guinevere Planitia) протяженностью более 7500 км. К западу от равнины Гиневры находятся области Фебы и Бета (Phoebe Regio, Beta Regio). Считается, что область Бета, состоящая из двух частей – гор Реи и Тейи (Rhea Mons, Theia Mons), – это огромный щитовой вулкан, высота которого достигает 4 – 5 км. В пределах областей Бета и Фебы выделяется каньон Деваны (Devana Chasma) протяженностью 4.6 тыс. км.

Область Бета (Beta Regio). В этом районе расположены два огромных вулканических массива – горы Тейя (Theia Mons, светлое пятно в центре) и Рея (Rhea Mons, вверху). АМС «Магеллан», 1990 – 1992 гг. NASA – JPL.

К востоку от равнины Седны расположена равнина Берегини (Bereghinya Planitia), которую с северо-запада на юго-восток пересекают гряды Геры (Hera Dorsa). Здесь же можно видеть такие формы рельефа как венцы, самый известный из них – венец Павловой (Pavlova Coronae) диаметром около 350 км, а также кратер Мид (Mead crater) диаметром 280 км, названный в честь американского этнографа и антрополога Маргарет Мид.

C юга равнину Берегини окаймляет обширная область Эйстлы (Eistla Regio), включающая в себя вулканические образования – патеру Сапфо (Sappho Patera) и горы Сив и Гула (Sif Mons, Gula Mons) высотой более 2.5 км. Здесь важно отметить небольшой (диаметр 23.6 км) кратер Ариадна (Ariadne crater), так как именно через него проходит нулевой меридиан Венеры.

Область Эйстлы (Eistla Regio; 22° с.ш. и 359° в.д.): а) потоки лавы разлились на сотни километров вниз по обрушенным склонам вулканов, на горизонте видны горы Сив (высота 2 км) и Гула (3 км);

б) гора Гула (Gula Mons) со сглаженной вершиной и выступами лавовых образований. Трехмерное изображение создано по данным АМС «Магеллан», цветовая гамма приведена в соответствие со снимками АМС «Венера-13 и –14». 1990 – 1992 гг. NASA – JPL.

Дальше к востоку расположены равнины Ниобы и Леды (Niobe Planitia, Leda Planitia), к западу от которых находится область Белл (Bell Regio), а к востоку наибольшая среди р Венеры – тессера Теллуры (Tellus Tessera).

Равнина Леды (Leda Planitia; 41° с.ш. и 52° в.д.). Одно из типичных старых геологических ландшафтов на Венере возрастом около 1 млн. лет: хаотичные разрушившиеся горные цепи с вулканическими потоками возвышаются над равнинной местностью. Кольцевая структура (внизу слева) – ударный кратер Элоизий (Heloise) диаметром 40 км. АМС «Магеллан», 1990 – 1992 гг. NASA – JPL.

Северный приполярный район планеты – один из самых интересных и разнообразных по формам рельефа территорий, большую часть которого занимает один из «материков» Венеры – Земля Иштар (Ishtar Terra), представляющая собой высокогорную область с обширным высокогорным плато Лакшми (Lakshmi Planum) вулканического происхождения, которое вдвое больше гор Максвелла и земного Тибета. С запада плато ограничивается горами Акны (Akna Montes), с северо-запада – горами Фрейи (Freyja Montes) и с юга – горами Дану (Danu Montes), которые относятся к складчатым образованиям. С юга плато Лакшми ограничено уступами Весты и Ут (Vesta Rupes, Ut Rupes), с общим понижением до 3 км и более. По разным оценкам, возраст плато и прилегающих районов – 500 млн. – 1 млрд. лет.

Горы Максвелла (Maxwell Montes) – высочайшие горы Венеры, названные в честь английского физика Джеймса Максвелла. Центральная часть горного массива возвышается на 7 км. Высочайшая из гор находится в 50 км от их подножия со стороны плато, а с восточной стороны главное понижение достигает уровня плато только на расстоянии 400 км от вершины. Некоторые горы, по разным оценкам, достигают высоты 10.8 – 11.6 км и расположены вблизи нулевого меридиана (63° с.ш. и 2.5° в.д.). На 5 км ниже гор Максвелла находится кратер Клеопатра (Cleopatra crater; 66° с.ш. и 10° в.д.), у которого очень сложная форма – внутри большого кратера (диаметр 119 км и глубина 2.5 км) находится внутренний (диаметр 50 км и глубина 1 км).

Горный массив Максвелл (Maxwell Montes). Здесь сосредоточены высочайшие горы Венеры – горы Максвелла с вершинами до 10.8 – 11.6 км. В центре изображения – кратер Клеопатра (Cleopatra; 66° с.ш. и 10° в.д.) диаметром 119 км и глубиной 2.5 км, находящийся на расстоянии около 350 км от юго-западных склонов гор. АМС «Магеллан», 1990 – 1992 гг. NASA – JPL.

Что же касается самых высокоширотных полярных областей Венеры, то их поверхность довольно ровная и несколько расчлененная. Это равнины Снегурочки и Лоухи (Snegurochka Planitia, Louhi Planitia).

В северных широтах полушария с центральным меридианом 180°, в районе шестидесятой параллели, к западу от центрального меридиана расположена равнина Аталанты (Atalanta Planitia) – самая низменная на Венере, глубиной до 2.5 км. К востоку от нее находятся равнины Ганики и Кавелу (Ganiki Planitia, Kawelu Planitia) с более возвышенной и расчлененной поверхностью. Условной границей между равнинами Ганики и Кавелу служит область Ульфрун (Ulfrun Regio), максимальные высоты которой достигают 4 км. К западу от области Ульфрун, в приэкваториальных широтах, находится протянувшийся вдоль параллели 15º каньон Гекаты (Hecate Chasma), граничащий с равниной Хинемоа (Hinemoa Planitia). С юга равнина Ганики ограничивается областью Атлы (Atla Regio), в прошлом одной из наиболее интенсивных вулканических зон планеты, которую пересекает каньон Ганис (Ganis Chasma) глубиной до 1 км.

В южных приполярных широтах западной части полушария с центральным меридианом 0° и восточной части полушария с центральным меридианом 180° простирается обширная равнина Елены (Helen Planitia). Восточнее расположена область Имд (Imdr Regio) с горой Идунн (Idunn Mons) высотой более 2 км. Равнины Южного полушария перемежаются немногочисленными грядами и каньонами, самый протяженный из которых – каньон Парнгэ (Parnga Chasmata), протянувшийся от области Фемиды до земли Афродиты более чем на 10 тыс. км.

Земля Афродиты (Aphrodite Terra) – самый большой «материк» Венеры. Эта обширная территория, расположенная в экваториальной области и протянувшаяся на 18 тыс. км, охватывает долготы 60° – 210°. Она простирается от 10° с.ш. до 45° ю.ш. более чем на 5 тыс. км, а ее восточная оконечность – область Атлы (Atla Regio) – тянется до 30° с.ш. Площадь земли Афродиты составляет около 41 млн. км², что соответствует площади Африки, хотя в сумме «материки» Венеры занимают всего лишь около 7% территории.

На южной окраине земли Афродиты расположено необычное образование – каньон Артемиды (Artemis Chasma) протяженностью более 3 тыс. км. Он представляет собой огромный венец сравнительно правильной формы с сильно разрушенным двойным валом и ярким пятном в центре. В восточной части земли Афродиты находится каньон Дианы (Diana Chasma), а также много других, меньших по размерам каньонов. В пределах земли Афродиты можно видеть и несколько областей, в частности области Овды и Фетиды (Ovda Regio, Thetis Regio).

К юго-западу от земли Афродиты, в средних широтах южной части полушария с центральным меридианом 0º, расположены область Альфа (Alpha Regio) и равнина Лавинии (Lavinia Planitia), большая часть которой лежит ниже уровня нулевой отметки. К юго-западу от этой равнины находятся область Фемиды (Themis Regio) и крупный многокольцевой ударный кратер Майтнер (Meitner crater) диаметром 149 км. Область Альфа представляет собой сильно расчлененную поверхность с небольшим понижением в центре. В пределах области Альфа находится кратер Ева (Eva crater), центр которого ранее был точкой отсчета долгот (до обнаружения картера Ариадна).

Фрагмент области Альфа (Alpha Regio; 30° ю.ш. и 11.8° в.д.). Восточный край равнинного района возвышается на 2.4 км. В центре области Альфа к северо-востоку расположены семь круговых куполообразных холмов высотой до 750 м, их средний диаметр – 25 км. Наиболее старыми считаются три холма (в центре), возникшие в результате вулканической деятельности. Трехмерное изображение создано по данным АМС «Магеллан», цветовая гамма приведена в соответствие со снимками АМС «Венера-13 и –14». 1992 г. NASA – JPL.

Южнее равнины Лавинии располагается земля Лады (Lada Terra) – довольно ровная территория, средняя высота поверхности которой близка к 1 км, а максимум (чуть более 3 км) достигается в венце Кецальпетлатль (Quetzalpetlatl Corona).