زهره، خواهر دوقلوی زمین

ویژگی‌های فیزیکی

زهره یکی از چهار سیاره‌ی سنگی یا زمین‌سان در منظومه‌ی شمسی است. یعنی سطح زهره مانند زمین سنگی است. اندازه و جرم زهره مثل زمین است و اغلب اوقات به آن خواهر دوقلوی زمین می‌گویند. قطر زهره 12,103.6 کیلومتر است و فقط 638.4 کیلومتر کمتر از قطر زمین است. جرم آن 81.5% جرم زمین است. اما شرایط روی سطح زهره تفاوت چشمگیری با زمین دارد، چون 96.5% اتمسفر غلیظ زهره کربن دی اکسید است و اکثر 3.5% باقی مانده نیز نیتروژن است. فشار روی سطح 9.3 مگاپاسکال است و دمای متوسط این سیاره 464 درجه‌ی سلسیوس است. این دما بالاتر از نقطه‌ی بحرانی (Critical point) است و این دما باعث می‌شود اتمسفر روی سطح زهره یک سیال فوق بحرانی (Supercritical fluid) باشد.

جو

زهره سنگین‌ترین جو را در بین سیاره‌های زمین‌سان دارد. به غیر از کربن دی اکسید و نیتروژن، کربن مونوکسید، سولفید دی اکسید، بخار آب، آرگون و هلیوم هم در این جو یافت می‌شود. فشار هوا در این سیاره با ارتفاع تغییر می‌کند اما در ارتفاع شعاع میانگین سیاره فشار هوا 95 برابر فشار سطح زمین است.

اتحاد جماهیر شوروی توانست 10 کاوشگر را بر روی سطح زهره فرود بیاورد. اما آن‌هایی که بعد از فرود کار می‌کردند، موفقیتشان کوتاه مدت بود. طولانی‌ترین زمانی که یک کاوشگر شوروی بر روی زهره دوام آورد 2 ساعت و کوتاه‌ترین زمان 23 دقیقه بوده است. عکس‌هایی که قبل از سوختن این کاوشگران گرفته شده، منظره‌‌ای را با سطح بایر، بی نور و صخره‌ای و آسمانی که رنگ زرد گوگردی دارد، نشان می‌دهند.

اتمسفر زهره خیلی غیر عادی است. زهره گرم‌ترین سیاره‌ی منظوممه‌ی شمسی است و علت این موضوع اتمسفر غلیظش است. برای این که بیشتر از کاوشگران شوروی بر روی زهره دوام بیاوریم باید پناهگاه عایقی داشته باشیم که دمای 482 درجه سلسیوس هم نتواند آن را خراب کند. پوسته بیرونی این پناهگاه باید بسیار ضخیم و فشرده شده باشد تا در اثر وزن جو له نشویم. جو طوری به ما فشار می‌آورد که انگار در عمق 1 کیلومتری در اقیانوس هستیم.

کربن دی اکسید زیاد جو زهره باعث بوجود آمدن اثر گلخانه‌ای می‌شود. ابرهای زهره از اسید سولفوریک ساخته شده‌اند. اما وقتی بالاتر می روید، دما و فشار شروع به کاهش می کند.

میدان مغناطیسی و هسته

با این که زهره از نظر اندازه شبیه زمین است و هسته‌ی آهنی زهره تقریبا اندازه‌ی زمین است، این سیاره میدان مغناطیسی داخلی ندارد. در عوض، زهره دارای چیزی به نام میدان مغناطیسی القایی است. این میدان مغناطیسی ضعیف در اثر تعامل میدان مغناطیسی خورشید و جو بیرونی سیاره بوجود می‌آید. نور فرابنفش خورشید گازهای جو بیرونی زهره را تحریک می‌کند. این گازها یونیزه و از نظر الکتریکی برانگیخته می‌شوند. به این ناحیه یونوسفر می‌گویند. بادهای خورشیدی که ذرات باردار منفی زیادی دارند با سرعت میلیون‌ها کیلومتر بر ساعت به زهره می‌وزند. و با خودشان میدان مغناطیسی خورشید را به زهره می‌آورند. وقتی که میدان مغناطیسی خورشید با یونوسفر زهره که از نظر الکتریکی برانگیخته شده است، تعامل می‌کند، یک میدان مغناطیسی را القا می‌کند.

ساختار داخلی

بدون دانستن اطلاعات بازتاب لرزه‌ای (Seismic data) و بدون دانستن گشتاور لختی زهره، ما اطلاعات کمی از ژئوشیمی این سیاره داریم. شباهت زمین و زهره از نظر اندازه و چگالی باعث می‌شود که حدس بزنیم که این دو سیاره ساختار داخلی یکسانی دارند: هسته، گوشته و پوسته. مثل زمین، احتمالا هسته‌ی زهره به طور جزئی مایع است چون این دو سیاره با نرخ یکسانی در حال سرد شدن‌ هستند. البته نمی‌توانیم این ایده که هسته‌ی زهره ممکن است کاملا جامد باشد را رد کنیم.

تفاوت زهره و زمین در این است که هیچ شواهدی مبنی بر وجود تکتونیک صفحه‌ای (Plate tectonics) در زهره وجود ندارد. احتمالا چون پوسته‌ی زهره بیش از حد ضخیم است و فرورانش اتفاق نمی‌افتد.

مدار و چرخش

گذراندن یک روز بر روی زهره تجربه‌ی سرگردان کننده‌ای خواهد بود. البته اگر سفینه و لباس فضانوردیتان می‌توانست از دمای تقریبا 475 درجه‌ای حفاظت کند. به عنوان اولین چیز، یک روز شما در زهره 243 روز زمین طول خواهد کشید که از یک سال زهره نیز طولانی‌تر است. هر سال زهره 225 روز زمین است. چون زهره با سرعت خیلی کمی به دور خودش می‌چرخد، از طلوع تا غروب خورشید 117 روز زمین طول می‌کشد. علاوه بر این، خورشید در غرب طلوع می‌کند و در شرق غروب می‌کند چون زهره در مقایسه با زمین برعکس می چرخد.

وقتی در زهره هستید انتظار بهتر شدن دما را با تغییر فصل نداشته باشید. در زمین، چون محور چرخشی حدود 23 درجه انحراف دارد، تابستان را در بخشی از سیاره (نیمکره) تجربه می‌کنیم که مستقیماً پرتوهای خورشید را دریافت می‌کند. و در زمستان محور چرخش زمین از خورشید دور است. چنین شانسی در زهره وجود ندارد: شیب آن بسیار جزئی- فقط سه درجه- است، که اینقدر کم است که در عمل فصل‌های بوجود نمی‌آیند.

رصد از زمین

از وقتی که گالیله گام‌های سیاره‌ای (Planetary phases) زهره را کشف کرد، دانشمندان این سیاره را با جزئیات با کمک تلسکوپ‌های زمینی، رادارها و تجهیزات دیگر بررسی کردند. در طی قرن‌ها، دانشمندانی که زهره را مطالعه می‌کردند، از جمله جووانی دومنیکو کاسینی (Giovanni Domenico Cassin) اهل ایتالیا و ویلیام هرشل (Frederick William Herschel) که دانشمند بریتانیایی-آلمانی بود، علامت‌های ضعیفی را روی قرص زهره مشاهد کردند. احتمالا بعضی از این علامت‌ها ابرهای زهره بودند که در دوران مدرن دانشمندان بوسیله‌ی نور فرابنفش آن‌ها را دیده‌اند. اما بقیه این مشاهدات در دورانی که تجهیزات هنوز پیشرفت نکرده بودند، ممکن است ناشی از توهم باشند.

اولین مشاهدات از زهره که بوسیله‌ی تلسکوپ صورت گرفت و مهم بود در قرن 17 میلادی/ 11 شمسی در زمان گذارهای خورشیدی (Solar transits) این سیاره انجام شده‌اند. گذار خورشیدی وقتی اتفاق می‌افتد که سیاره دقیقا از بین زمین و خورشید رد شود و در یک مدت کوتاه به شکل لکه‌ای بر روی خورشید دیده می‌شود. گذارهای زهره رویدادهای نادری هستند که به صورت جفت به فاصله‌ی هشت سال و بیش از یک قرن بین جفت‌ها رخ می‌دهد.

در قرن 18 میلادی/ 12 شمسی، گذارهای زهره اتفاقات خیلی مهمی برای ستاره‌شناسان بودند چون باعث شدند دقیق‌ترین روش‌های اندازه‌گیری فاصله‌ی خورشید و زمین در آن زمان به دست بیایند. به این فاصله واحد نجومی نام دارد. مشاهده‌ی گذار زهره در سال 1761 میلادی/ 1140 شمسی، فقط تا حدی موفقیت‌آمیز بود اما باعث شد که میخاییل لومونسف (Mikhail Vasilyevich Lomonosov) این مسئله را مطرح کند که زهره جو دارد. دانشمندان دومین گذار از این جفت را، در سال 1769 میلادی/ 1148 شمسی، با موفقیت بیشتری مشاهده کردند. دانشمندان نقاط مختلف زمین باید این گذار را مشاهده کنند تا بتوانند فاصله‌ی دقیقی بدست آورند. این جفت گذاری که در قرن 18 اتفاق افتادند باعث شدند که دانشمندان به نقاط دورافتاده‌ای در روی زمین سفر کنند.

در دوران مدرن، زهره در طول موج های خارج از طیف مرئی بررسی شده است. در حدود سال‌های 1927-1928 میلادی/ 1306-1307 شمسی، ویژگی‌های ابرهای زهره با قطعیت کشف شدند. این اکتشاف با کمک عکس‌های فرابنفش گرفته شدند.

اولین مطالعات درمورد طیف فروسرخ زهره، در سال 1932 میلادی/ 1311 شمسی، نشان داد که اتمسفر این سیاره به طور عمده از کربن دی اکسید تشکیل شده است. مشاهدات قسمت امواج مایکروویو نشان دادند که سطح سیاره‌ی زهره دمای بالایی دارد و دانشمندان اثر گلخانه‌ای را به عنوان یکی از عوامل این دمای بالا مطرح کردند. 

بعد از این که دانشمندان فهمیدند ابرها کل سیاره را پوشانده‌اند به تکنیک‌های دیگری برای بررسی سطح زهره روی آوردند. مهم‌ترین آن‌ها رادار است. اخترشناسی راداری پیشرفت‌های زیادی در بدست آوردن اطلاعات از سطح زهره داشته است.

کاوش‌های فضایی

فضاپیماهای رباتیک بیشترین پیشرفت‌ها در مطالعه‌ی زهره را انجام دادند. اولین فضاپیمایی که به نزدیکی یک سیاره‌ی دیگر رسید و داده‌هایی از آن سیاره به زمین فرستاد، مارینر 2 ایالات متحده‌ی آمریکا بود که در سال 1962 میلادی / 1341 شمسی از زهره عبور کرد. از آن به بعد، زهره هدف مطالعه‌ی بیش از 20 ماموریت فضایی بود.

کاوشگران ایالات متحده‌ی آمریکا

اولین ماموریت‌های فضایی موفق در رابطه با زهره که توسط ایالات متحده‌ی آمریکا انجام شدند، مارینر 2 (Mariner 2)، مارینر 5 (Mariner 5) و مارینر 10 (Mariner 10) بودند. هرکدام از این کاوشگران یک بار به نزدیکی زهره پرواز کردند و داده‌های علمی بهتری را نسبت به تکنولوژی موجود و فناوری‌های فضایی ارائه دادند. مارینر 10 بعد از این که به زهره نزدیک شد و اطلاعاتی از این سیاره بدست آورد به سفر خود به سمت عطارد ادامه داد.

در سال 1978 میلادی/ 1357 شمسی، ناسا ماموریت پایونیر زهره (Pioneer Venus mission) را راه اندازی کرد. این ماموریت شامل دوفضاپیمای مکمل بود. کاوشگر مدارگرد به مدار سیاره وارد شد، در حالی که کاوشگر دیگر چهار کاوشگر را آزاد کرد. این چهار کاوشگر شامل یک کاوشگر بزرگ و سه کاوشگر کوچک‌تر بود که برای جمع‌آوری داده‌ها در مورد ساختار و ترکیب اتمسفر زهره به نقاط مختلف در جو آن فرستاده شدند. 

سه کاوشگر کوچک‌تر کاوشگران شمالی، شب و روز نام دارند. کاوشگر شمالی در عرض جغرافیایی حدود 60° شمالی وارد جو زهره شد. کاوشگران شب و روز به ترتیب وارد سمت شب و روز زهره شدند. کاوشگر روز حتی تا یک روز بعد از فرود دوام آورد.

کاوشگر مدارگرد 17 ابزار علمی را با خود حمل می‌کرد. تمرکز بیشتر این ابزارها بر مطالعه‌ی جو، یونوسفر و برهمکنش با بادهای خورشیدی بود. ارتفاع سنج راداری این کاوشگر اولین نقشه‌ی با کیفیت بالا از توپوگرافی سطح زهره را ارائه کرد. کاوشگر مدارگرد ماموریت پایونیر زهره یکی از فضاپیماهای سیاره‌ای بود که بیشترین عمر را داشت و برای بیش از 14 سال به زمین داده می‌فرستاد.

کاوشگران اتحاد جماهیر شوروی

زهره همچنین یکی از اهداف برنامه‌های فضایی اتحاد جماهیر شوروی بود. آن‌ها در دهه‌های 60، 70 و 80 میلادی موفقیت‌های چشمگیری داشتند. بعد از چندین شکست در اولین کاوش‌های مربوط به سیاره‌ی زهره، دانشمندان شوروی، در سال 1967 میلادی/ 1346 شمسی، ونرا 4 ( Venera 4) را به فضا فرستادند. ونرا 4 یک فضاپیما داشت که فقط به زهره نزدیک شد و کاوشگر دیگری داشت که وارد جو سیاره شد. 

ماموریت‌های بعدی نکات برجسته‌ای داشت. مثلا اولین فرود نرم موفقیت‌آمیز در سیاره‌ی دیگر در سال 1970 میلادی/ 1349 شمسی با ماموریت ونرا 7 (Venera7) انجام شد. اولین عکس‌ها‌ از سطح یک سیاره‌ی دیگر در ماموریت‌های ونرا 9 و 10 گرفته شد. و اولین فضاپیمایی که در مداری نزدیک به زهره قرار گرفت مدارگرد‌های ونرا 9 و 10 بودند.

ماموریت‌های ونرا 15 و 16 در سال 1983 میلادی/ 1362 شمسی راه افتادند و مهم‌ترین ماموریت‌های شوروی بودند چون باعث شدند زهره را بهتر بشناسیم. مدارگرد‌های دوقلوی این ماموریت‌ها اولین سیستم راداری را به سیاره‌ی دیگر فرستادند. این سیستم راداری توانست با کیفیت‌ترین عکس‌ها را از سطح زهره بگیرد. آن‌ها نقشه‌ای از یک چهارم شمالی زهره با وضوح 1-2 کیلومتر تهیه کردند. و بسیاری از ویژگی‌های زمین‌شناختی زهره که اکنون با آن‌ها آشنا هستیم، برای اولین بار در داده‌های ونرا 15 و 16 مشاهده یا کشف شدند.

اواخر سال بعد، شوروی دو فضاپیمای دیگر به نام‌های وگاس 1 و 2 به زهره فرستاد. این دو ماموریت فرودگرهایی مانند فرودگرهای ماموریت‌های ونرا داشتند که دو بالون را در جو زهره رها کردند. هرکدام از این بالون‌ها حدود دو روز در جو زهره باقی ماندند و اطلاعاتی را از ارتفاع خود در میان ابرهای زهره به زمین فرستادند. خود فضاپیماهای وگا از زهره رد شدند و در سال 1986 میلادی/ 1365 شمسی، توانستند به دنباله‌دار هالی نزدیک شوند.

حقایق جالب

• یک روز در زهره طولانی‌تر از یک سال است.
• با این که فاصله‌ی زهره تا خورشید بیشتر از فاصله‌ی عطارد تا خورشید است، زهره از عطارد گرم‌تر است.
• برخلاف اکثر سیارات منظومه‌ی شمسی، زهره نسبت به محورش در جهت عقربه‌های ساعت می‌چرخد.
• زهره بعد از ماه درخشان‌ترین جرم آسمانی در شب است.
• فشار هوا در زهره 90 برابر فشار هوا در زمین است.