Domanda:
Quando gli scienziati planetari si sono resi conto che la pressione superficiale di Venere era quasi 100 volte quella della Terra? Come l'hanno scoperto?
uhoh
2018-08-28 19:20:59 UTC
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La domanda Superficie di Venere: come sarebbe vedere un'astronave schiacciata dalla pressione atmosferica? è buona!

Quella più i commenti sotto questa risposta mi ha fatto pensare prima a quanto sia grande la pressione sulla superficie di Venere, e poi "come l'hanno scoperto?"

Wikipedia afferma che la pressione atmosferica di Venere sulla superficie è di circa 93 bar (93 volte la pressione atmosferica della Terra a livello del mare), il che è come essere a circa 900 metri sotto la superficie dell'oceano.

La fisica molto elementare delle atmosfere dice che la pressione a una data altezza sostiene il peso dell'atmosfera sopra di essa, e questo fornisce un comportamento esponenziale per una temperatura costante, e può essere calcolato anche per temperature variabili.

Quindi ciò che rende la pressione atmosferica di Venere sulla superficie quasi 100 volte più grande di quella terrestre è (fino all'ordine 0) che ce n'è quasi 100 volte più . Se accumuli 99 volte più N2 / O2 sulla Terra, almeno per un breve periodo, la pressione qui sarebbe più o meno come quella di Venere.

Ovviamente in realtà è molto più complicata.

Quindi vorrei chiedere quali sono state le prime osservazioni che hanno portato gli scienziati planetari a sapere che la pressione era così enorme; che non era 2x o 5x o addirittura 20x della Terra, ma che era quasi 100x?

Non possiamo vedere attraverso l'atmosfera nella luce visibile, ma è così tanto materiale che l'indice di rifrazione rallentare il radar interplanetario di precisione, quindi è possibile che un'attenta tempistica dei segnali radar, insieme a una buona effemeride e alla comprensione del periodo di Venere, possa rilevarlo, ma c'erano anche alcuni primi veicoli spaziali che potrebbero aver inviato la telemetria, e quelli avrebbero distanze misurabili così, quindi senza un altimetro locale, potresti ancora sapere che è la distanza approssimativa dalla superficie.

Sono tutte ipotetiche, ma a me interessano i fatti. Quando gli scienziati si sono resi conto per la prima volta che i lander avrebbero dovuto sopportare tali pressioni per sopravvivere lì?

[Venera 4 entrò nell'atmosfera di Venere il 18 ottobre 1967 \ [... \] scoprì che l'atmosfera di Venere era composta per il 95% da anidride carbonica (CO2) e, in combinazione con i dati di radio occultazione della sonda Mariner 5, mostrò che le pressioni superficiali erano molto maggiori del previsto (da 75 a 100 atmosfere).] (https://en.wikipedia.org/wiki/Observations_and_explorations_of_Venus#Early_landings)
@JCRM Grazie per il morso del wiki, ma non sono convinto. Quella sezione è priva di fonti e quindi non c'è modo di sapere quanto sia accurato "inaspettato". Penso che la storia sarà interessante e un po 'più coinvolgente. * Wikiblurbs senza fonte * non sono l'ultima parola nella scienza. Puoi andare un po 'più in profondità, trovare i dati e quindi scrivere una risposta corretta? L'obiettivo in SE non è (solo) mostrare la nostra conoscenza personale, ma generare buone risposte da cui i futuri lettori possano imparare.
Forse non fornito, ma non errato.
Ho ottenuto il mio dottorato di ricerca. dal gruppo di Stanford che era coinvolto in molte delle prime osservazioni radioastronomiche, radar astronomiche e di veicoli spaziali di Venere che alla fine portarono alla realizzazione che in superficie l'atmosfera di Venere era calda, densa e ad alta pressione. Sono occupato in questo momento, ma più tardi posso scrivere tutto, con riferimenti completi.
@TomSpilker Sì, grazie!
Quattro risposte:
#1
+16
Hobbes
2018-08-28 23:51:22 UTC
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I primi scafi della sonda Venera erano progettati per una pressione atmosferica di 25 bar. I barometri sono stati progettati per 10 bar. Questo era in linea con quelle che allora si presumeva fossero le condizioni della superficie.

All'epoca, si pensava che la temperatura della superficie di Venere fosse di circa 300 ° C, con un'atmosfera costituita principalmente da anidride carbonica e azoto a circa 20 bar. Di conseguenza, la capsula è stata progettata per resistere a 300 ° C e 25 bar.

La capsula è stata anche sottoposta a test di accelerazione da 500 g.

C'era un'ampia varietà di stime della pressione superficiale, tra l'altro.

Nel 1967, la maggior parte degli astrofisici in America e Russia credeva che Venere fosse estremamente calda, ma un articolo del MIT quell'anno suggerì che il pianeta potesse un'era glaciale! La pressione superficiale su Venere era ancora più un gioco di ipotesi scientifico a quel tempo, con stime pubblicate che andavano da 3 a 1000 atmosfere. Questa incertezza derivava dall'inesattezza dei metodi spettrografici, che misuravano le condizioni alle sommità delle nuvole, e dall'incertezza sulla profondità dell'atmosfera e il raggio della superficie dura del pianeta. Si credeva comunemente che ci fossero da 10 a 30 atmosfere di pressione sulla superficie. La presenza di anidride carbonica era evidente dalla spettroscopia infrarossa; e prima di Venera-4, era considerata probabile una composizione del 15% di CO2 e dell'85% di azoto.

Venera 4 è stato il primo a ottenere dati utilizzabili durante il in discesa, ha smesso di trasmettere quando la pressione ha raggiunto i 22 bar.

Mariner 5, la cui missione ha coinciso con Venera 4, ha rilevato una pressione superficiale di 75-100 bar e temperature intorno ai 500 ºC

Il 19 ottobre, dopo un volo di 127 giorni dalla Terra, il Mariner 5 ha volato entro 3.990 km da Venere, diventando solo la seconda missione di esplorazione di Venere nella storia. La sonda ha fornito informazioni dettagliate sulla pressione atmosferica del pianeta (75-100 atmosfere) e la temperatura (527 ºC) e non ha trovato fasce di radiazioni intrappolate attorno a Venere poiché il suo campo magnetico era solo l'1% più forte di quello terrestre.

Ecco come sono arrivati ​​i dati finali:

Il preciso tracciamento radio della navicella Mariner 5 ha consentito la distanza dal centro di Venere della linea di vista che unisce la stazione di tracciamento e il veicolo spaziale da determinare con un'incertezza inferiore a 0,2 km vicino al momento dell'occultazione. I profili di temperatura e pressione risultanti, quando sovrapposti ai dati di Venera 4, indicano che la sonda sovietica è penetrata ad una distanza radiale di circa 6079 km dal centro di massa di Venere. Se si presume che questo sia il raggio della superficie solida di Venere, è in contrasto con i risultati degli studi radar planetari basati sulla terra. L'estrapolazione del raggio del radar porta a modelli atmosferici che sono coerenti con i risultati della radioastronomia passiva. Si è concluso che la sonda Venera 4 sia atterrata su un altopiano o su un elemento di superficie non rilevato dal radar, oppure non abbia continuato le sue misurazioni sulla superficie di Venere.

La missione Mariner ha eseguito un esperimento di occultazione radio per misurare il raggio della superficie di Venere e ottenere alcuni dati atmosferici.

I risultati di gran lunga più interessanti sono venuti dalle osservazioni di radio occultazione che hanno sondato l'atmosfera di Venere indipendentemente da Venera 4. A causa della densità dell'atmosfera, le trasmissioni in banda S potevano sondare solo fino a un punto a 6.085 chilometri dal pianeta. centro o circa 32 chilometri sopra il raggio di Venere derivato dalle osservazioni radar terrestri. A quote più basse, l'atmosfera diventa super rifrangente ei segnali radio vengono piegati intorno al pianeta. Estrapolando fino alla superficie, la temperatura dovrebbe essere compresa tra 377 ° C e 527 ° C con una pressione compresa tra 75 e 100 bar, a seconda delle ipotesi fatte su quanta anidride carbonica e azoto fossero nell'atmosfera. Questi valori erano di gran lunga superiori a quelli che Venera 4 aveva registrato quando era presumibilmente vicino alla superficie di Venere. Allora cosa è successo?

Un riesame delle misurazioni dei risultati di Venera ha mostrato che i dati del radar altimetro erano stati interpretati male. Invece di trasmettere i dati fino alla superficie, Venera 4 aveva effettivamente smesso di trasmettere i dati a un'altitudine di 26 chilometri a causa di un guasto strutturale causato dalla pressione atmosferica superiore al previsto o dell'esaurimento della sua batteria (che era nominalmente valutata a 100 minuti) dalla discesa più lunga del previsto. Mentre Venera 4 è stata la prima navicella spaziale sovietica a raggiungere un altro pianeta in condizioni operative, non è stata la prima navicella spaziale a trasmettere dati dalla superficie di un altro pianeta. Sebbene deludenti, le misurazioni in situ restituite da Venera 4 sono state di immenso valore. Combinando i dati sull'atmosfera e la sua composizione misurata da Venera 4, nel 1969 gli scienziati planetari sovietici avevano estrapolato i loro dati per mostrare che la temperatura superficiale era di circa 442 ° C con una pressione di 90 bar - molto vicino ai valori accettati oggi e a un po 'più vicino al segno rispetto a quelli di Mariner 5. I set di dati complementari di Mariner 5 e Venera 4 avevano finalmente risolto uno dei misteri di lunga data di Venere.

Mariner 5 era una missione flyby, non un lander.
Certo che lo è! Fichi. 5 e 7 (fare clic su "stampa questo articolo" per visualizzare): http://adsabs.harvard.edu/full/1971AJ.....76..123F i grafici estrapolano chiaramente a circa 100 bar, QED ;-) o fare clic sul PDF qui: http://adsabs.harvard.edu/abs/1971AJ.....76..123F
Ho trovato anche altre fonti. Non voglio pubblicare una nuova risposta se stai ancora lavorando su questo, ma se ritieni di aver quasi finito, allora ci provo.
Avanti, ho finito.
La combinazione di dati menzionata nei tuoi ultimi paragrafi può essere vista nelle prime trame della mia risposta. Grazie mille per il tuo aiuto! Mi piace pensare che arrivare fino in fondo sia stato un vero * sforzo di squadra! *
#2
+14
Tom Spilker
2018-09-03 06:44:01 UTC
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La determinazione che Venere ha una superficie infernale è un ottimo esempio di lavoro investigativo scientifico e la sua stretta associazione con i progressi tecnologici che consentono misurazioni sempre migliori.

Nel 1952 Harold Urey aveva sostenuto che con un Densità atmosferica simile alla Terra (postulata, non misurata!), La sua posizione in orbita intorno a 0,72 UA dal sole dovrebbe rendere la sua temperatura superficiale media da qualche parte intorno a 53 C (326 K, ~ 127 F) [HC Urey, On the Early Chemical History of the Earth and the Origin of Life, Atti della Nat'l Academy of Sciences degli Stati Uniti, Vol 38 # 4, pp.351-363, 15 aprile 1952]. Altri hanno proposto temperature ancora più fresche. Il rapporto finale della NASA per la missione Mariner 2 su Venere (attenzione, sono 360 pagine!) Inizia con un riepilogo di ciò che era noto prima delle osservazioni della missione Mariner 2, affermando che "Gli osservatori hanno visualizzato Venere come qualsiasi cosa da una dimora umida e fumante di creature simili al Mesozoico, come quelle trovate sulla Terra milioni di anni fa, in un mondo morto, nocivo e senza sole costantemente devastato da venti di forza incredibile. "

La storia poliziesca su base scientifica inizia negli anni '50 con osservazioni radioastronomiche da terra ( Terra da terra, ovviamente!), in cui punti una grande antenna parabolica verso un pianeta e misuri l'intensità dell'energia radio che il pianeta emette. Spesso si misura non solo a una frequenza ma a più frequenze, o una gamma continua di frequenze, per ottenere uno spettro radio. Se presumi che il corpo che emette l'energia agisca come un corpo nero , se conosci l'area proiettata del corpo (vista attraverso il radiotelescopio) l'intensità di quella l'energia a una data frequenza può essere tradotta nell'effettiva temperatura del corpo nero, chiamata temperatura di luminosità . Il processo di traduzione delle misurazioni in inferenze di altri parametri fisici è chiamato riduzione dei dati , quindi in letteratura si vedono spesso riferimenti a "flussi misurati ridotti alle temperature di luminosità". Se disponi di dati spettrali la cui dipendenza dalla lunghezza d'onda è come uno spettro del corpo nero, puoi ricavare una temperatura effettiva senza conoscere l'area proiettata del corpo. Negli anni '50 la tecnologia delle antenne arrivò al punto che potevano costruire riflettori parabolici per antenne paraboliche abbastanza grandi, e i ricevitori potevano essere abbastanza sensibili da rilevare le emissioni radio dai pianeti terrestri. Al giorno d'oggi abbiamo antenne abbastanza grandi e tecniche interoferometriche sufficientemente mature, che i radioosservatori possono risolvere i dischi planetari in molti pixel, risolvendo le variabilità spaziali nei pianeti osservati, ma allora si ricevevano emissioni radio dall'intero lato del pianeta rivolto verso la Terra tutto in una volta; un pixel.

Questa fonte fornisce un eccellente riepilogo delle prime misurazioni a terra e degli enigmi che hanno posto. Insieme all ' articolo di Wikipedia, forniscono buoni riferimenti generali per l'argomento di questa domanda e la maggior parte del riepilogo che segue.

Mayer, McCullough e Sloanaker hanno effettuato le prime osservazioni radioastronomiche di successo di Venere nel 1956; pubblicarono rapporti quell'anno negli Atti dell'IRE (Institute of Radio Engineers; questa pubblicazione fu inclusa negli Atti dell'IEEE nel 1962) ma non riesco a trovare l'articolo stesso online. Nel 1958 pubblicarono più risultati estesi, inclusi flussi radio a una lunghezza d'onda di 3,15 cm ridotti a temperature del corpo nero intorno a 600 K. In appendice riportano osservazioni aggiuntive a 9,4 cm che danno una temperatura di 740 K, molto vicino al stima attuale per le temperature nelle pianure di Venere, che costituiscono la maggior parte del pianeta.

Questo contrastava con le misurazioni a lunghezze d'onda millimetriche di A.D. Kuzmin che mostravano temperature di luminosità vicine a 300K e uno spettro che non assomigliava affatto a un corpo nero. Gli scienziati hanno escogitato due modi per produrre questo spettro (due principali sospetti! ;-): 1) la superficie è calda, ma a lunghezze d'onda più corte l'atmosfera diventa opaca, quindi le osservazioni a quelle lunghezze d'onda vedono la radiazione proveniente dalla parte superiore dell'atmosfera in cui si trova è più fresco, non dalla superficie; 2) la superficie è fredda, ma i processi nella ionosfera si irradiano fortemente nell'intervallo cm-decimetro dello spettro radio, facendola sembrare calda a quelle lunghezze d'onda. Entrambi questi modelli potevano adattarsi allo spettro, quindi non è stato possibile raggiungere una conclusione affidabile su quale modello fosse giusto (quale sospetto era quello che stiamo cercando). Gli spettri ottici avevano indicato la presenza di $ CO_2 $, quindi nella sua dissertazione di dottorato del 1960 Carl Sagan sostenne il modello a superficie calda, proponendo che l'effetto serra $ CO_2 $ potesse contribuire alle alte temperature nella bassa atmosfera e in superficie. L'unico punto critico con il modello a superficie calda era che per ottenere un'opacità atmosferica sufficiente per rendere le osservazioni a lunghezza d'onda corta 300 K più fredde rispetto alle osservazioni di lunghezza d'onda in cm, le pressioni atmosferiche richieste nell'intervallo 20-100 atmosfere. All'epoca gli scienziati ritenevano che la pressione di un corpo simile alla Terra non potesse essere così alta! ... (... può ?? ...) quindi non lo fecero ' t adottare rapidamente il suggerimento di Carl.

Le misurazioni radioastronomiche terrestri nel 1962-1964 utilizzavano piatti nuovi e più grandi e nuove tecniche come l'interferometria che consentivano una risoluzione spaziale più elevata. Questi hanno fornito un certo supporto al modello a superficie calda quando hanno rilevato l ' oscuramento degli arti su Venere a una lunghezza d'onda di ~ 3 cm (sebbene tale fonte si riferisca alle stelle, si applica il concetto di oscuramento degli arti ai pianeti e anche ad altri corpi). Un mese dopo, la sonda Mariner 2, utilizzando uno strumento che era essenzialmente un radiotelescopio, ha appena posizionato molto più vicino a Venere, misurando anche l'oscuramento degli arti a una lunghezza d'onda di 1,9 cm. Ma un interferometro Caltech a terra operante a una lunghezza d'onda di 10 cm ha osservato schiarirsi degli arti , lasciando gli scienziati a grattarsi la testa e chiedersi Che diavolo ???

(A parte: in questo periodo gli scienziati iniziarono a fare osservazioni radar di Venere, utilizzando le più grandi antenne della NASA Deep Space Network e l'enorme struttura di Arecibo (sia una radio che un radar). Un radar il telescopio trasmette un segnale molto forte al corpo bersaglio, in qualche modo simile all'illuminazione di un oggetto con la luce laser, quindi riceve e registra il segnale riflesso. Poco dopo, la Stanford University ha costruito un telescopio radar dedicato sulle colline sopra il campus principale. Questi radar sono stati in grado di iniziare la mappatura delle caratteristiche della superficie su Venere e misurare in modo affidabile per la prima volta la velocità di rotazione di Venere.)

I metodi astronomici del tempo avevano ottenuto tutto ciò che potevano fare riguardo al problema, quindi questa dicotomia di due modelli concorrenti (due principali sospettati) è rimasto fino a quando non ci siamo effettivamente arrivati ​​con strumenti e tecniche migliori.

Dopo che gli scienziati di Mariner 2 hanno capito che risolvere il puzzle avrebbe richiesto nuove tecniche e strumenti. A Stanford, scienziati e ingegneri avevano sviluppato il metodo di occultazione radio (il prof. Von R. Eshleman era il mio dottore di ricerca!) Per misurare i profili verticali della pressione atmosferica e temperatura. Questa tecnica prevede il volo di un veicolo spaziale dietro il pianeta di destinazione visto dalla Terra. Proprio come una navicella spaziale inizia ad andare dietro al pianeta ("immersione") o mentre esce da dietro il pianeta ("emersione"), i segnali radio che viaggiano tra la navicella e la Terra passano attraverso l'atmosfera del pianeta. L'attenta riduzione della fase, lo spostamento Doppler e l'ampiezza dei segnali risultanti forniscono questi profili verticali e altro ancora. Le stesse osservazioni possono caratterizzare le densità di elettroni nella ionosfera di un pianeta e rilevare componenti che assorbono il radio nell'atmosfera neutra.

Il Mariner 5 ha eseguito un esperimento di occultazione radio su Venere. Risultati preliminari (solo abstract, l'intero articolo è dietro un paywall; il riferimento completo è: Atmosphere of Venus as Studied with the Mariner 5 Dual Radio ‐ Frequency Occultation Experiment, G. Fjeldbo, VR Eshleman, Radio Science Vol. 4 # 10 pp 879-897, ottobre 1969 DOI: 10.1029 / RS004i010p00879) si è concentrato sui risultati ionosferici, ma ha mostrato che a ~ 35 km di altitudine i segnali hanno raggiunto rifrazione critica . La rifrazione critica è dove la curva di rifrazione dei percorsi dei raggi dei segnali è così grande che qualsiasi segnale che viaggia orizzontalmente a un'altitudine inferiore ha il suo raggio di curvatura inferiore alla distanza dal centro del pianeta, quindi il segnale è effettivamente intrappolato all'interno del atmosfera. Quindi, sfortunatamente, il metodo di occultazione radio non poteva sondare più a fondo di quello. Ma ciò che hanno fatto dalla riduzione dei dati preliminari ha verificato che le temperature aumentavano al diminuire dell'altitudine e la pressione a 35 km di altitudine era già alta, quasi 10 atmosfere. Ciò è fortemente sostenuto per il modello a superficie calda.

Nell'ottobre 1967 la Venera 4 sovietica ha utilizzato la tecnica della sonda di ingresso atmosferica per misurare direttamente le temperature, le pressioni e la composizione atmosferica. Non era progettato per sopportare pressioni elevate come incontrava, quindi effettuava misurazioni solo fino a 26 km di altitudine, ma i suoi risultati erano coerenti con le misurazioni di radio occultazione Mariner 5: a 26 km di altitudine la temperatura era di 262 C (535 K) e la pressione 22 atmosfere. Ha anche effettuato le prime misurazioni dirette mostrando che l'atmosfera di Venere era in modo schiacciante $ CO_2 $ con una piccola percentuale di $ N_2 $ e solo tracce di qualsiasi altra cosa, in particolare l'acqua. Quel tanto di $ CO_2 $ crea un potente effetto serra. La fisica atmosferica impone che man mano che si scende nella troposfera, diventerà solo più caldo e la pressione aumenterà. I modelli atmosferici che utilizzavano le equazioni del comportamento atmosferico prevedevano ora temperature superficiali di 600-800 K e pressioni di 90-100 atmosfere, e queste sono state considerate affidabili: gli scienziati hanno quindi accettato che la superficie di Venere fosse un buon modello per Ade.

Queste osservazioni hanno messo a tacere l'idea che la superficie di Venere fosse come una giungla tropicale molto calda, cioè il modello di superficie fredda. L'ipotesi n. 1, il modello a superficie calda, è stata condannata. È stato condannato a essere pubblicizzato apparentemente all'infinito su riviste professionali, media popolari, ecc.

(Nota storica: all'inizio il team di Venera 4 ha affermato di aver effettuato misurazioni fino in fondo alla superficie, quindi 262 ° C era una temperatura superficiale. Non ci volle molto perché scienziati e ingegneri scoprissero che l'altimetro radar della sonda aveva sofferto di aliasing dell'altitudine e le sue misurazioni più profonde erano in realtà da 26 km di altitudine.)

Nel 1971, armato dei risultati della Venera 4 sovietica oltre ai risultati del Mariner 5, il team del Mariner 5 pubblicò un documento più completo. (Di nuovo, solo abstract / paywall; riferimento completo: The Neutral Atmosphere of Venus as Studied with the Mariner V Radio Occultation Experiments G. Fjeldbo, A. Kliore, VR Eshleman, Astronomical Journal Vol.76 # 2 marzo 1971 DOI: 10.1086 / 111096 ) A 35 km di altitudine la temperatura era di 500 K (227 C) e la pressione di ~ 9 atmosfere. L'estrapolazione dei loro profili alla superficie indicava una temperatura superficiale di 775-800 K e una pressione di 90 atmosfere (~ 91 bar), sebbene notassero che se il tasso di decadimento della temperatura osservato nella regione di altitudine di 50-35 km cambiava sotto i 35 km il la temperatura superficiale potrebbe essere diversa.

In effetti, il tasso di interruzione cambia e i valori attualmente accettati per la temperatura e la pressione medie nelle pianure di Venere sono 735 K e 92 bar. Ma le temperature e le pressioni misurate sopra i 35 km concordano bene con le successive misurazioni in situ e di radio occultazione. Le misurazioni dell'occultazione radio si sono rivelate molto accurate.

Wow! ok, oggi leggo questo articolo in modo approfondito, grazie!
@uhoh Ci sono alcune storie divertenti (e alcune interessanti) sul sistema radar di Stanford, non strettamente appropriate per commenti su domande o risposte, ma forse una chiacchierata qualche volta ...
ping me lì in qualsiasi momento!
@uhoh OK, come avvio una chat?
Il modo più semplice è usare la chat room principale (scorri verso il basso fino alla fine della pagina e cerca Chat), quindi seleziona la stanza chiamata The Pod Bay o usa semplicemente questo https://chat.stackexchange.com/rooms/9682/ the-pod-bay Oppure dopo aver fatto clic su Chat puoi fare clic su "crea una nuova stanza"
OK, vado a The Pod Bay.
#3
+6
Russell Borogove
2018-08-28 23:47:28 UTC
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Il mio Sourcebook on the Space Sciences del 1965 descrive tre modelli allora attuali per l'atmosfera venusiana: i modelli della serra, dell'eolosfera e della ionosfera. Senza entrare troppo nei dettagli, i primi due modelli prevedevano di trovare circa 5 atmosfere di pressione in superficie, e il terzo modello prevedeva circa 1 atmosfera. Il libro menziona anche il sorvolo della navicella spaziale Mariner II, che ha osservato l'oscuramento degli arti delle microonde, ovvero ha rilevato più emissioni di microonde dalla superficie di Venere che dall'atmosfera, il che era coerente con i modelli della serra a 5 atmosfere e dell'eolosfera ma non con il modello della ionosfera.

Venera 4 si è guastato a circa 26 km di altitudine:

La capsula ha dispiegato il suo paracadute a un'altitudine di circa 52 chilometri (32 mi), e ha iniziato a inviare dati su pressione, temperatura e composizione del gas alla Terra. Il controllo della temperatura ha mantenuto l'interno della capsula a -8 ° C (18 ° F). La temperatura a 52 km è stata registrata come 33 ° C (91 ° F) e la pressione come inferiore a 1 atmosfera standard (100 kPa). Alla fine della discesa di 26 km [dall'altitudine di schieramento del paracadute di 52 km], la temperatura ha raggiunto i 262 ° C (504 ° F) e la pressione è aumentata a 22 atmosfere standard (2.200 kPa) e la trasmissione del segnale è terminata.

Anche se è probabile che la temperatura del forno abbia ucciso la sonda almeno quanto la pressione.

L'articolo di Wikipedia su Venera 4 suggerisce che era prevista un'atmosfera più densa per il 1967:

le letture della pressione dalla capsula [22 atm a 26 km di altitudine] erano molto più bassi di quanto previsto dai modelli recentemente sviluppati dell'atmosfera di Venere [per la superficie Venusiana

non sono riuscito a trovare tutto sullo sviluppo di modelli di atmosfera tra il 1965 e il 1967.

Grazie! Quindi per Venera 4 è necessario assegnare ai 22 bar un * altitudine * prima che possa essere utilizzato come indicatore della potenziale * pressione superficiale *. Mentre ho menzionato il radar planetario dalla Terra, risulta che Venera 4 aveva capacità di raggio radar, leggendo ulteriormente nel tuo link, c'è una situazione piuttosto interessante con l'interpretazione di quei dati: https://en.wikipedia.org/wiki/Venera_4 #Radar_Altimeter che potrebbe interessare i lettori.
@hobbes' [link] (http://mentallandscape.com/V_Lavochkin1.htm) spiega ulteriormente questo problema con il radar di Venera 4. Sembra che le misurazioni del diametro planetario di Venere tramite radar dalla Terra siano state utilizzate per affrontare questa ambiguità. Una rilettura della mia domanda mostrerà che avevo la sensazione che il radar terrestre sarebbe stato in qualche modo coinvolto, anche se sembra che fosse in un modo diverso da quello che avevo considerato. Se riesci a inserire un po 'di questo nella tua risposta, cancellerò questi commenti.
#4
+5
uhoh
2018-08-29 18:03:01 UTC
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Questo è quello che è successo:

Il rapporto Mariner Venus 1967 NASA SP-190 (anche qui) dice, e sto seriamente accorciando:

Il giorno prima che Mariner 5 incontrasse Venus, la sonda sovietica, Venera 4 cadde nell'atmosfera con un paracadute. [...] Misurazioni approssimative della composizione atmosferica furono effettuate verso l'inizio della discesa ... Da queste misurazioni, gli scienziati sovietici costruirono un modello atmosferico per una regione nell'atmosfera che presumevano (sulla base di una singola misurazione del radioaltimetro ) corrispondeva ad altitudini comprese tra 0 e 26 km.

[…] Considerando tutte le informazioni disponibili, inclusi i risultati del radar e del radiometro nella regione delle microonde, l'unica ipotesi sostenibile sembra essere che la Venera Il radioaltimetro 4 non funzionava correttamente o era stato interpretato male (ad esempio, il suo segnale a 26 km due volte è stato considerato come un'altitudine di 26 km) e che la telemetria Venera 4 non si estendeva in superficie (rif. 2-22). Pertanto, le condizioni sulla superficie possono essere approssimate mediante estrapolazione. (Vedere figg. 2-15 e 2-16.)

[….] Tuttavia, in assenza delle misurazioni Venera, i risultati Mariner, che sono saldamente associati a una scala di distanza, potrebbero sono stati estrapolati per fornire le condizioni della superficie con la stessa precisione con cui sono ora note. Se Mariner 5 non fosse stato pilotato, l'interpretazione errata originale dei dati di Venera non sarebbe stata sospettata e le teorie risultanti sul fondo dell'atmosfera sarebbero ovviamente sbagliate.

Nota il punto interrogativo:

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Da Wikipedia:

L'altitudine della sonda Venera rispetto alla superficie è stata misurata durante l'utilizzo di un altimetro radar funzionante a 770 MHz. L'altimetro aveva un'ambiguità intera di 30 km: cioè, lo stesso segnale radar sarebbe stato dato a un'altitudine di X, X più 30 km, X più 60 km, ecc. 7 (un effetto noto come "aliasing"). All'epoca la distanza delle cime delle nuvole sopra la superficie non era nota e, a causa di questa ambiguità, il primo radar di ritorno, che ora si ritiene fosse a un'altitudine effettiva di circa 55 chilometri (34 mi), fu inizialmente interpretato erroneamente come 26 chilometri (16 mi). Pertanto, sulla base dei risultati radar (interpretati erroneamente), la sonda è stata inizialmente annunciata dalla squadra sovietica come una discesa che si è conclusa sulla superficie di Venere. Questo risultato è stato rapidamente respinto come incoerente con il diametro planetario misurato dal radar, e le letture della pressione della capsula erano molto inferiori a quanto previsto dai modelli recentemente sviluppati dell'atmosfera di Venere.


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sopra: The Stanford Una parabola da 150 piedi (e la Luna) utilizzata per trasmettere i segnali a doppia frequenza al Mariner 5 per le misurazioni di occultazione radio della sua densità atmosferica. Da instartupland.com 1, 2, 3.

Bello!


Il Mariner 5 ha sondato lo spessore dell'atmosfera di Venere ricevendo segnali radio trasmessi dall'antenna del diametro di 150 piedi alla Stanford University. Questo è il 1967 e non c'era la Deep Space Network che conosciamo oggi!

Frequenze armonicamente correlate di 49,8 e 423,3 MHz, (6,02 e 0,71 metri) sono state trasmesse dalla Terra verso Venere continuamente, e piccole antenne situate su I pannelli solari di Mariner 5 li hanno ricevuti. Questo è chiamato esperimento a doppia frequenza e queste sarebbero quindi chiamate antenne a doppia frequenza (DFR).

Mentre la navicella passava dietro a Venere (molto apposta), i raggi radio venivano rifratti dall'atmosfera di Venere. Più è densa l'atmosfera, più il segnale è in ritardo e poiché l'atmosfera ha un gradiente, è piegata lontano dal pianeta.

La rifrazione può essere espressa come $ N $ il numero di lunghezze d'onda intere che il raggio viene spostato. Il modo più rapido per ottenere N è integrare lo spostamento di frequenza. Oltre al normale spostamento doppler dal volo spaziale, quando il raggio passa attraverso un'atmosfera sempre più densa, il ritardo decrescente provoca uno spostamento "doppler" a una frequenza più bassa. È questo spostamento di frequenza che è stato utilizzato per misurare, per la prima volta, l'altissima densità dell'atmosfera di Venere in superficie!

I risultati sono discussi in The Neutral Atmosphere of Venus as Ha studiato con il Mariner V Radio Occultation Experiments di Gunnar Fjeldbo e Arvydas J. Kliore (JPL) e Von R. Eshleman (Center for Radar Astronomy, Stanford) Ast. J. 76 (2) 1971.

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Ecco un po 'dei dati, dove puoi vedere la rifrattività $ N $ e la pressione intorno a 10 atmosfere anche a 32 km!

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Se questa immagine della copertina del rapporto Mariner Venus 1967 NASA SP-190 è ancora enorme, significa che imgur non l'ha ancora risolto il loro bug (vedere: Il servizio Stack Imgur non ridimensiona più correttamente le immagini). Presumo che questo problema verrà corretto presto.

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Per mantenere la qualità delle immagini non le ridimensionerò manualmente. Sto ancora assumendo che imgur risolverà il loro bug e la funzione di ridimensionamento del supporto verrà ripristinata presto! Una volta che funziona, tornerò qui e adatterò le immagini di conseguenza. [Il servizio Stack Imgur non ridimensiona più correttamente le immagini] (https://meta.stackexchange.com/q/314028/303080)
Mi sono preso la libertà di modificarlo per correggere una frase che mi ha confuso, potrebbe essere stato un errore di copia / incolla. Lo rimetto a ciò che è nel documento di origine. Ripristina se indesiderabile.
@OrganicMarble Grazie! va bene e per favore fallo in qualsiasi momento, non è una libertà. Stavo finendo il vapore per la notte a ricevere questo post e non l'ho ancora letto.
Eccellente sintesi! Si noti che il diagramma del percorso dei raggi in Fjeldbo et al. è per una situazione ipotetica in cui l'indice di rifrazione (e quindi N) * aumenta * con l'altitudine. Nelle atmosfere reali, N * diminuisce * con l'altitudine, quindi il percorso del segnale è piegato * verso * il pianeta. - Le foto del piatto di Stanford sono fantastiche. Il laboratorio della mia scuola di specializzazione si trovava nell'edificio del trasmettitore ~ ​​100 m a nord dell'antenna. Hai una foto di qualcuno che "correva il piatto" come facevo io quando ero uno studente universitario: un po 'più di 4 miglia di andata e ritorno dalla Roble Gym e ~ 500' di dislivello verticale.
@TomSpilker è fantastico! In questi giorni chiamo "escursionismo" un dislivello di 500 '. Il diagramma può essere solo per la parte neutra dell'atmosfera dove la densità (e presumibilmente N) diminuisce con l'altitudine sia per la radio che per l'ottica. Ma per la radio, questo è un ottimo punto, l '* atmosfera superiore ionizzata * può fornire una rifrazione molto più forte rispetto alla parte neutra. Risposta attualmente insufficiente: [Quanto diventa grande la rifrazione nella radioastronomia?] (Https://astronomy.stackexchange.com/q/22217/7982)
@TomSpilker OH! Ora vedo. Sì, sia il mio [commento precedente] (https://space.stackexchange.com/questions/30346/when-did-planetary-scientists-realize-venus-surface-pressure-was-almost-100x-th/30423#comment90749_30355 ) e il diagramma è sbagliato! I raggi obliqui (non radiali) dovrebbero piegarsi * verso * l'aumento di N in un gradiente, * non lontano * da esso. Yikes!


Questa domanda e risposta è stata tradotta automaticamente dalla lingua inglese. Il contenuto originale è disponibile su stackexchange, che ringraziamo per la licenza cc by-sa 4.0 con cui è distribuito.
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