Венера-4

[X]

Я решил поместить сюда длинное сообщение (скорее, маленькую заметку), первоначально нацеленную в "итоги полетов к Марсу".

Я хотел бы еще раз вернуться к теме «Венеры-4». Я тут подумал над этим материалом и до меня, кажется, дошли некоторые принципиальные вещи. Полезно немножко посчитать самому, чтобы осознать ситуацию. Жаль, что это в общем случае невозможно. Мне было бы интересно услышать, что думают по поводу изложенной ниже версии грамотные люди. Прошу их просмотреть это письмо, хотя оно и длинное. Нет ли здесь каких ляпов/недочетов?

Я напомню, что речь идет об оценке давления/температуры на поверхности. Того, что один из участников именовал «более точными данными Маринера» (в дальнейшем «БТДМ»). К самой этой формулировке я пока не буду придираться. Перейду к фактам.

1.   О точности определения радиуса Венеры по наземным радароскопическим данным на начало 60-х (этим интересовался fagot). Результирующая погрешность есть некая суперпозиция погрешности определения положения центра масс Венеры (на тот момент, видимо, порядка нескольких км.) и амплитудного размаха форм рельефа (>10 км).
По выпущенной в 1990 г. «Энциклопедии Космоса», на тот момент техника радарных измерений позволяла строить альтиметрические карты поверхности с градацией по высоте 2 км. и угловым разрешением порядка нескольких градусов. На 60-е годы точности для отслеживания рельефа еще не хватало, поэтому он целиком списывается в погрешность.
В сети по близкому поводу можно посмотреть книгу Ржиги о «Венерах-15, 16», особенно гл. 2 «РОЛЬ РАДИОМЕТОДОВ В ИССЛЕДОВАНИЯХ ВЕНЕРЫ».
http://www.astronaut.ru/bookcase/books/rziga/text/02.htm
Там, в частности, приведена картинка
http://www.astronaut.ru/bookcase/books/rziga/foto/r05.gif
«Профиль высот поверхности Венеры, полученный по наблюдениям 1980 г. в СССР».
Таким образом, предложенная мной в прошлом письме оценка погрешности в целом состоятельна. Однако это несущественная мелочь по сравнению со следующим пунктом.
2.   Погрешность расчета в рамках данной модели достоверна не больше, чем достоверность самой модели. Модель, как известно, отличается от достоверных данных тем, что может быть не одна. Кто-то здесь называл точность оценки «наводящей на размышления». (Правда, восхищаться здесь можно лишь совпадению общего хода кривых давления и температуры, так как собственно «оценка условий на поверхности» по сказанному выше получается довольно неопределенная). Но факт действительно наводит на размышления. Для начала -- на размышления о том,  была ли расчетная модель единственной, и не произошло ли здесь эффекта «стирания» из «исторической памяти» других моделей, чьи результаты не были столь замечательно хороши. Это, кстати, принципиальный момент, подчеркивающий неправомерность использования слова «данные» в этом случае: «данные» -- нечто фиксированное и недвусмысленное. Также возникает вопрос: что за модель использовалась, была ли это модель эмпирической или физической, и если второе, то оправдалась ли эта физическая модель в дальнейшем. Ведь если нет, то совпадение отдельного параметра, сколь угодно хорошее, не является ничем иным, кроме как курьезом.
3.   Так вот, я утверждаю, что для составления адекватной физической модели атмосферы Венеры на тот момент никто не имел достаточно данных. Уверенность в этом я обосную ниже. Значит, использовалась эмпирическая модель. Это значит, что опытные данные располагались на неких гладких кривых, а предсказание состояло просто в продолжении этих кривых до победного конца. Напомним, что опытные данные (коэффициенты преломления) были получены для высот более 35 км.
4.   Вспомним теперь, что атмосфера Венеры четко стратифицирована. Верхняя атмосфера, к которой относятся данные измерений «Маринера», охвачена быстрым вращательным движением (о котором, напомню, тогда никто не знал, и которое было впервые количественно замерено «Венерой-8»). На высотах порядка 50 км. существуют к тому же сильнейшие вертикальные движения воздуха (которые, кстати, были засечены только по данным аэростатного зондирования на «Вегах»). Там же располагается дымка и слой плотных облаков, который заканчивается (внимание!) на высоте 35 км. Это сильно турбулентная, взвихренная часть атмосферы, для которой, естественно, совершенно неприменима адиабатическая модель. Да и никакая простая физическая модель к ней не подойдет, если на то пошло.
Ниже же находится спокойный, малоподвижный слой, простирающийся вплоть до самой поверхности. К нему адиабатическая модель вполне применима.
Посмотрите на графики давления и температуры, которые я позаимствовал на странице
http://www.examen.ru/db/ExamineBase/catdoc_id/163E26824551E15BC3256A02003E8EA6/rootid/BCD8A4FC42508700C3256A39005E8AE6/defacto.html

А. Изменение давления с высотой, шкала давления логарифмическая.
http://www.examen.ru/About.nsf/0/163e26824551e15bc3256a02003e8ea6/Content/0.9A5A?OpenElement&FieldElemFormat=gif  
Б. Изменение температуры с высотой.
http://www.examen.ru/About.nsf/0/163e26824551e15bc3256a02003e8ea6/Content/0.15A6?OpenElement&FieldElemFormat=gif

Как видите, характер кривой давления резко меняется именно по границе 35 км. Эмпирическая модель не в состоянии предсказать этот перелом графика. По данным «Маринера» он скорее всего не ловится вовсе, или ловится только самый кончик, явно недостаточный для определения нового наклона кривой. Поэтому предсказание давления по данным собственно «Маринера» (в соответствии с эмпирическим правилом) попадало бы совсем в «другое место». В какое – можете посмотреть по графику.
5.   Как с этим боролись? Да очень просто. Был участок, на которых замеры «Венеры» и «Маринера» перекрывались. Данные были совмещены по совпадению фактического хода кривых давления и температуры. Тем самым данные «Венеры» были подняты на их собственную высоту. Дальше было построено новое эмпирическое правило по данным «Венеры». Т.е., заслуга «Маринера» здесь в том, что по его данным независимо определялась относительная высота «Венеры».
6.   Теперь о том, почему я так уверен, что модель могла быть только эмпирической. Чтобы физически обосновать горизонтальную слоистость атмосферы, нужно с огромной точностью учесть немеряное количество факторов, которые для Венеры даже на сегодня, я уверен, и приблизительно неизвестны. Всякая физическая модель на 60-е вообще была бы фикцией, к которой даже ее создатели не имели бы ни малейшего доверия.
Более того, даже если рассматривать гораздо более скромную задачу расчета «сверху-вниз» в рамках одного слоя, представляя решение в какой-то физически осмысленной форме (например, та же адиабатическая колонка) с пересчитанными по экспериментальным данным параметрами, то ситуация оказывается вовсе нехороша, потому что любая форма решения будет иметь вид A(h,...)*exp B(h,...)*h, и погрешности в определении B(...) вылезут быстро и решительно. А при методике «Маринера», когда шаг по высоте наверняка был не слишком мал, а собственно исходные параметры расчета (плотности, температура) пересчитывались по косвенным данным (в частности, полученным от «Венеры-4» концентрациям газов), все это привело бы к совершенной недостоверности результатов. Т.е., если эта задача и не тянет на добропорядочную «некорректную по Адамару», то лежит где-то рядом.
Выше я писал, что считал «погрешности» в рамках адиабатической модели. Так вот, решение может довольно сильно изменяться в силу относительно трудноуловимых причин. Не только вариаций основных компонент химического состава. Например, теплоемкость CO2 меняется втрое в зависимости от того, находится ли он в диссоциированном состоянии. И т.д.
7.   Я думаю, что из этого рассмотрения каждый может сам для себя уяснить относительный вклад участников в исходное «вычисление». Более того, установить ценность самого вычисления. Она не очень велика, так как использование эмпирического правила за пределами области, где оно установлено, имеет неподдающуюся оценке надежность. Например, от 25 км. и до поверхности вполне мог бы уместиться еще один горизонтальный слой (скажем, началась бы из-за возрастающих давления и температуры какая-нибудь фазо-переходная галиматья, или завелась бы какая-нибудь дурашливая реакция).
8.   Отсюда рассмотрение проблемы: «как бы мы обошлись без Маринера». Здесь проблема в том, что верить этому расчету, по сказанному выше, не было особенных оснований. Ему и не верили: две следующие «Венеры», которые не успели переделать, ушли без изменений и тестировали только атмосферу. Третья, «Венера-8», была рассчитана на давление в 180 атм.: явно не по «Маринеру».
9.   Теперь о том, что, собственно, устанавливалось по данным «Маринера» без «Венеры». (Кто-то здесь называл эту ситуацию «ноль без палочки». Конечно, несправедливо так относится к бедной железяке, которую, уверен, делали энтузиасты своего дела, только потому, что ее «защитник» немного... гм. Но трудно удержаться). Мне трудно судить, но, думаю, ему не удалось бы даже однозначно похоронить живучую модель «горячий верх, холодный низ». Жизненный опыт показывает, что со спектроскопистами и прочими специалистами по черным телам всегда можно договориться. Как в известном анекдоте про теоретика:
-   Профессор, объясните нам закономерность на этом графике.
-   Гм. На этом? Но это очень просто (следует объяснение).
-   Ой, вы же его вверх ногами держите!
-   Ага, гм... (переворачивает). Ну, это еще проще (объясняет)
10.   Теперь о ценности данных «Венеры». С ценностью химического анализа, кажется, уже разобрались и она признана даже самыми «горячими» участниками. Замечательно, что именно N2, а не CO2 считался главным компонентом. Этого даже я не ожидал. (Это, кстати, подчеркивает «высокую надежность некоторых дистанционных методов», которые я уже высоко оценил в прошлом пункте.) Насколько это было важно для обработки данных «Маринера», тоже понятно.
Но другие результаты, по моему, важнее: именно «Венера» окончательно похоронила «холодный низ». Как нижняя экспериментальная оценка температуры ее результат не теряет ценности даже при «неисправленной» высоте. При составлении моделей атмосферы она просто априори «зарубила» целый кластер гипотез.
Наконец, используя неправильную привязку по высоте как отмычку, отдельные участники нападали на атмосферный профиль «Венеры», объявляли его «полностью бесполезным и вводящим в заблуждение». Как видим, никого он в заблуждение не ввел и был целиком утилизирован на благо человечества.
Думаю, ни один человек, реально связанный с экспериментом, и не ожидал увидеть 100% правильных результатов. Завершающий этап любого сложного эксперимента – сопоставление данных и выяснение «что же у нас не работало». Наши молодцы, что опубликовали все данные. Понятно также, что они больше верили в собственную аппаратуру, поэтому были менее склонны к рефлексии по этому поводу. Мароканцы, конечно, вовремя срюхнули. А вот интересно, они-то данные «Маринера» полностью опубликовали?
11.   В целом видно, что «Венера» и «Маринер» несопоставимы по ценности. Поэтому особенный позор тому недобросовестному участнику, который здесь занимается «гипнотическим кодированием», стараясь закрепить в неосведомленных лицах ассоциации «Венера» --> конфуз, «Маринер» --> круто. Только его ослабленное неустанным воинским служением Родине (а в основном, по-моему, за сидением в Интернете) здоровье служит ему оправданием. Кстати, боюсь, что у более осведомленных его многочисленные «чрезвычайно накаленные» послания по этому поводу уже привели к выработке совсем другой ассоциации: «Маринер» --> {censored}. Но сам «Маринер» здесь ни при чем, повторюсь...

[Старый]

Блин, почему оно у меня не помещается в экран?

[X]

Блин, почему оно у меня не помещается в экран?

По воинской бедности. Если бы вы использовали свое свободное время на шабашку, как другие военные, купили бы 21" монитор.

Впрочем, прочие ваши комментарии мне заранее известны. Я бы предпочел услышать кого-либо из грамотных. Фроста, например. Или VK. Или Сантея.

[Старый]

Замечательно, что именно N2, а не CO2 считался главным компонентом. Этого даже я не ожидал.

Не, ну это вобще. Ему уже не то что американские данные, ему уже и собственноручно изложенное имхо Королёва привели и всё равно...

[X]

Замечательно, что именно N2, а не CO2 считался главным компонентом. Этого даже я не ожидал.

Не, ну это вобще. Ему уже не то что американские данные, ему уже и собственноручно изложенное имхо Королёва привели и всё равно...

Спасибо. Оставайтесь с нами.

[X]

Хотя вообще-то при расчетах я использовал модель 85% CO2, 15% N2
как "до-Венерианскую". И был поражен приведенными цифрами в 40 и более %%. Однако....

[Старый]

Хотя вообще-то при расчетах я использовал модель 85% CO2, 15% N2

Ой! Это кто??? Карл Саган? :shock:  :shock:  :shock:  

[Дмитрий Виницкий]

Samoe smeshnoe, chto Afonin post u menyactoze v ecran Palma ne vlazit. Proshu proshenia za translit...

[X]

Samoe smeshnoe, chto Afonin post u menyactoze v ecran Palma ne vlazit. Proshu proshenia za translit...

He  B/\e3aeT  oH u Ha  Mou' 19 inch monitor....[/size]

[X]

Ну, если все так плохо, то сделаем так:

http://sovams.narod.ru/PUB/Venera4.html

А вообще это к Shin, наверное: почему у него строчки перестало бить.

[Старый]

А вообще это к Shin, наверное: почему у него строчки перестало бить.

Вероятно из-за того что вы вставили слишком длинную ссылку. Если б вы зарегистрировались то могли бы править сообщения и разрезать её напополам. А теперь мучайтесь. И мы с вами.

[fagot]

Не, ну это вобще. Ему уже не то что американские данные, ему уже и собственноручно изложенное имхо Королёва привели и всё равно...

А где эти американнские данные приводились?, наверно я не заметил.
А все же королевские цифры допускают и обратную ситуацию, когда азота примерно вдвое больше, чем СО2, может Маринер точнее намерял, чем написано у Королева?

[Старый]

А где эти американнские данные приводились?, наверно я не заметил.

Вот:
http://nssdc.gsfc.nasa.gov/database/MasterCatalog?sc=1962-041A
"Scientific Results
Scientific discoveries made by Mariner 2 included a slow retrograde rotation rate for Venus, hot surface temperatures and high surface pressures, a predominantly [/size]carbon dioxide atmosphere, continuous cloud cover with a top altitude of about 60 km, and no detectable magnetic field. It was also shown that in interplanetary space the solar wind streams continuously and the cosmic dust density is much lower than the near-Earth region. Improved estimates of Venus' mass and the value of the astronomical unit were made."

А все же королевские цифры допускают и обратную ситуацию, когда азота примерно вдвое больше, чем СО2, может Маринер точнее намерял, чем написано у Королева?

Допускают. Как допускают и 100% углекислого газа. Но указывают что двоное преобладание углекислого газа он считал наиболее вероятным. Он исходил из данных: азота 33+-33%, углекислого газа - 66+-33%.

[fagot]

Допускают. Как допускают и 100% углекислого газа. Но указывают что двоное преобладание углекислого газа он считал наиболее вероятным. Он исходил из данных: азота 33+-33%, углекислого газа - 66+-33%.

Об этом вы уже говорили, но все же какова ценность таких данных? Я думаю, что весьма низкая.

[Старый]

Об этом вы уже говорили, но все же какова ценность таких данных? Я думаю, что весьма низкая.

В "Инженерном справочнике по космической технике" я наткнулся на схему прибора измерявшего на Маринере-2 содержание углекислого газа. На схеме и описании всё выглядит красиво. Какова действительная ценность можно узнать только из данных самих постановщиков эксперимента. Какой они получили процент и какой разброс. Из того что было известно при  Королёве фактические значения оказались у самого края диапазона - азот 33-30%, СО2 - 66+31%.
 В контексте данного оопика интересно было бы воспроизвести рассчёт аналогичный тому что делали постановщики эксперимента на Маринере-5. При прочих равных произвести расчёт для 66% и для 90% углекислого газа и соответственно 34 и 10% азота. Тогда мы узнаем насколько данные Венеры уточнили результат Маринера.
 Кто б произвёл?

[Bat]

Вероятно из-за того что ...

Не "вероятно", а именно из-за того, что. Длинная строка без пробелов. От размеров монитора не зависит.

[Pavel]

Вот, наткнулся на статью в Космических исследованиях. 1967 год.
Отксерокопировал первые и последние страницы. Середина совершенно ненужна из-за полностью ошибочных предположений.
Есть и про Маринер 2 и про Сагана... В общем смотрите сами.
Надеюсь вопрос о том как видели атмосферу Венеры до Венеры-4 закрыт.

http://ido.kemsu.ru/space/foto/265.tif
http://ido.kemsu.ru/space/foto/266-267.tif
http://ido.kemsu.ru/space/foto/274-275.tif

[X]

Вот, наткнулся на статью в Космических исследованиях. 1967 год.
Отксерокопировал первые и последние страницы. Середина совершенно ненужна из-за полностью ошибочных предположений.
Есть и про Маринер 2 и про Сагана... В общем смотрите сами.
Надеюсь вопрос о том как видели атмосферу Венеры до Венеры-4 закрыт.

http://ido.kemsu.ru/space/foto/265.tif
http://ido.kemsu.ru/space/foto/266-267.tif
http://ido.kemsu.ru/space/foto/274-275.tif

А вы смогли прочитать исходный пост? Мне очень интересно ваше мнение о его середине. Я понимаю, что длинно и времени нет.

[X]

Итак, для нежелающих качать картинки Павла полностью.

Модель атмосферы, не противоречащая данным "Маринера-2":

парциальное давление CO2  -- 5%
азот -- 95%

температура на поверхности по данным радиоизмерений при такой модели атмосферы -- 600 K.

давление на поверхности 2-10 атм. при одной модели и 50 атм.
по другой модели (при большем количестве водяных паров), которых вообще на Венере много-много.

Кстати, насколько я понимаю, "Маринер-5" целиком упихался бы в эту идилическую картинку, не внеся в нее никаких революционных изменений..

Расчет по адиабате, без учета конвекции.

Старому мои очередные дежурные сочувствия...

[Зомби. Просто Зомби]

Несколько припоздал, но не пропадать же добру  :mrgreen:

"Пользуясь результатом Спинрэда [10], примем, что относительное содержание СО2 в атмосфере Венеры равно 5% по числу частиц. Если считать, что остальные 95% приходятся на азот...
...
...Величину поверхностного давления Рпов в расчетах возьмем, как и в [15], равной 5 и 10 атм...
...
 В [15] показано, что описанная модель атмосферы хорошо удовлетворяет результатам измерений...
...
 Сравнение... с экспериментальными точками... показывает, что результаты измерений "Маринера-2" можно согласовать с моделью атмосферы Венеры, параметры которой обсуждались в работах [1, 5, 6, 9, 15].
...
...результаты работы показывают, что для объяснения экспериментальных данных "Маринера-2" не требуется предполагать, что давление у поверхности планеты превышает 10 атм, а температура - 700 К..."

Литература
1. У.Келлог, К.Саган... (перевод, очевидно)
...
5. C.Sagan...
6. C.Sagan...
...
9,15. Г.М.Стрелков, правда, затесался
Ну, что поделаешь, автор цитируемого текста, как на себя-то, любимого, не сослаться