Эврика-86
Шрифт:
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
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"