У ХХ ст. за допомогою спектральних досліджень в атмосфері Венери знайдений вуглекислий газ, який виявився основним газом її атмосфери (96,5 %), до складу якої входить також біля 3 % азоту і невеликі кількості інертних газів, кисня, окислу вуглеводу, хлороводню і фтороводню. Крім того, в її атмосфері міститься біля 0,1 % водяної пари. Вуглекисла пара і водяна пара створюють в атмосфері Венери парниковий ефект (причиною якого є сильне поглинання цими газами теплового випромінювання), що приводить до сильного розігрівання поверхні планети. Температура її поверхні біля 5000С.

Малюнок Венери, зроблений А. Дольфюсом на обсерваторії Піків Міді, містить більші подробиці, ніж будь-яка фотографія, отримана з Землі, але деталі видимої поверхні настільки неясні, що їх важко змалювати точно. До того ж хмарне простирадло змінюється дуже швидко.

Дослідження Венери з допомогою АМС

До кінця 50-х років стало ясно, що наземні методи дослідження Венери не можуть дати істотно нової інформації. Методи оптичної, інфрачервоної і ультрафіолетової астрономії виявилися непридатними для дослідження підхмарної атмосфери планети. Запуск перших штучних супутників Землі, а потім посилка перших АМС до Місяця показали можливість вивчення Венери з близьких відстаней.

АМС першого покоління.

Першим дослідницьким апаратом, направленим землянами до іншої планети, стала автоматична станція "Венера-1", що стартувала 12 лютого 1961 року. Через три місяці вона пройшла на відстані біля 100 тисяч кілометрів від Венери і вийшла на орбіту супутника Сонця. Радіозв'язок з цією станцією продовжувався доти, поки відстань до Землі не перевищила 3 млн. км. і потім припинилася через вихід з ладу бортової апаратури. Основними задачами станції "Венера-1" були перевірка методів виведення космічних на міжпланетну трасу, перевірка наддалекого радіозв'язку і управління станцією, проведення фізичних досліджень в космосі.

У грудні 1962 року американський зонд "Марінер-2" пролетів на відстані 35 тисяч кілометрів від Венери, маючи на борту радіометр сантиметрового діапазону, магнітометр і ряд приладів для дослідження заряджених часток в космічному поросі. Результати магнітних вимірювань показали, що власне магнітне поле планети невелике (магнітний момент Венери не перевищує 5 - 10 % магнітного поля Землі). З точністю на 1,5 порядки більшої, ніж раніше з поверхні Землі, вдалося визначити відношення маси Сонця і Венери. За даними радіометра був зроблений висновок, що радиовипромінювання формується в нижній атмосфері Венери, а не в іоносфері, як це припускалося раніше.

У 1965 році до "найпрекраснішої із зірок небесних", так назвав Венеру Гомер, пішла "Венера-2 ", яка провела так звані польотні дослідження. АМС пролетіла на відстані 24 000 км від поверхні планети. Надійно працювали прилади для вимірювання космічних променів, магнітних полів, потоків заряджених часток і мікрометеоритів, радіопередавачі і вся система передачі результатів наукових спостережень. Розпрямлені крила сонячних батарей живили прилади і апаратуру електроенергією. Основна технічна проблема, що стояла перед конструкторами міжпланетної станції, полягала в забезпеченні її роботи під час спуску в атмосфері Венери в умовах величезних температур і тиску, а також в період аеродинамічного гальмування.

І ось наступив якісно новий етап: в 1965 році "Венера-3" уперше досягла поверхні планети, а 1967 року "Венера-4" уперше здійснила плавний спуск в її атмосфері і провела безпосередні фізико-хімічні дослідження. АМС "Венера-4" несла апарат, що спускається, який відділився перед входом автоматичної станції в атмосферу. АМС згоріла в щільних шарах атмосфери, а апарат, що спускається на парашуті плавно опустився в щільні шари атмосфери. Перший в історії людства сеанс міжпланетного радіозв'язку продовжувався 93 хвилини. Були виміряні в залежності від висоти щільність, тиск і температура атмосфери, проведений хімічний аналіз складу атмосфери. Апарат, що спускається був розрахований на тиск до 20 атмосфер, і передача даних припинилася до посадки на тверду поверхню Венери. Було встановлено, що вуглекислий газ є основним компонентом атмосфери (не менше за 95%), отримані межі змісту ряду інших компонентів, однозначно встановлено існування високого тиску і температур в атмосфері планети. На літаючому апараті виміряна воднева корона Венери, проведені спостереження заряджених часток і мікрометеоритів.

У 1967 р. через день після посадки "Венери-4" біля планети на відстані 4000 км пролетів американський "Марінер-5 ", за допомогою якого було досліджене проходження радіосигналу через атмосферу і іоносферу і проведені вимірювання водневої корони. По даним радіопросвічувания була отримана залежність температури і тиску від висоти в межах 90-35 км і концентрація електронів іоносфери.

Існування менше за щільну, ніж земна, водневу корону у Венери було виявлено вимірюваннями на космічних апаратах "Венера-4" і "Марінер-5". Для верхніх областей Венери характерний ряд особливостей, що визначаються фотохімією CO2 з можливою участю в комплексі реакцій води і галогенів, в умовах атомних і молекулярних взаємодій і взаємодії з сонячним вітром.

Основна мета запуску в 1969 році двох станцій "Венера-5" і "Венера-6" - збільшення проникнення в атмосферу Венери, підвищення точності вимірювань хімічного складу, параметрів атмосфери і відповідних ним висот. Корпус апарату, що спускається був декілька зміцнений, що дозволило провести вимірювання підхмарної атмосфери на більш низьких висотах (до 19 км над поверхнею планети).

Апарат нової конструкції, що Спускається був створений і увійшов до складу станції "Венера-7 ", яка досягла околиць планети в грудні 1970 року. Її апаратура проводила вимірювання не тільки під час спуску у всій товщі атмосфери, але і протягом 53 хвилин на самій поверхні планети. Умови виявилися незвичайно суворими: тиск досягав 90 атмосфер, а температура - до 5000 З; в хмарному простирадлі, що закутує планету, дуже багато вуглекислого газу і мало кисня. Отримані дані про характер порід поверхневого шару Венери. Крім вимірювань атмосферного тиску, щільності і температури були виміряні освітленість і вертикальна структура аерозольного середовища, в тому числі і хмарного шару, визначені швидкості вітру на різних висотах в атмосфері по доплерівському зсуву частоти радіопередавача, проведена гамма-спектроскопія поверхневих порід. Фотометричні вимірювання показали, що хмарний шар тягнеться до висот біля 40 км, оцінена його оптична товщина і прозорість; освітленість на поверхні денної сторони Венери виявилася достатньою для зйомки зображення місця посадки. Уперше отриманий висотний профіль швидкості вітру, який характеризується зростанням швидкості від 0,5 м/сікти у поверхні до 100 м/сікти у верхнього кордону хмар. За змістом природних радіоактивних елементів (уран, торій, калій) поверхневі породи на Венері займають проміжне положення між базальтами і гранітами.

У лютому 1974 року на відстані 6000 км від Венери пройшов американський літаючий зонд "Марінер-10", на якому були встановлені телевізійна камера, ультрафіолетовий спектрометр і інфрачервоний радіометр. Отримані телевізійні зображення хмарного шара використовувалися для дослідження динаміки атмосфери. З допомогою ультрафіолетового спектрометра виявлено і виміряно кількість гелію в атмосфері.

АМС другого покоління.

На станціях другого покоління інформація з апаратів, що спускаються передавалася на орбітальний апарат, а потім ретранслювалася на Землю. Це призвело до значного збільшення кількості інформації, що отримується. Уперше були передані панорамні телевізійні зображення з іншої планети, виміряні на апаратах, що спускаються: щільність, тиск, температура атмосфери, кількість водяної пари, проведені нефелометричні вимірювання часток хмар, вимірювання освітленості в різних дільницях спектра. Для вимірювань характеристик грунту крім гамма-спектрометра використовувався радіаційний плотномір. Штучні супутники дозволили отримати телевізійні зображення хмарного шара, розподіл температури вздовж верхньому кордону хмар, спектри нічного свічення планети, провести дослідження водневої корони, багаторазового радиопросвічування атмосфери і іоносфери, вимірювання магнітних полів і навколопланетної плазми. Дані оптичних вимірювань показали, що енергетичні характеристики венеріанських блискавок в 25 раз перевершують параметри земних блискавок.

На панорамах, складених з телевізійних зображень, переданих з апарату "Венери-9" (деталі якого попали на передній план), що спускається, видно виходи корінних порід; розвали каменів можуть бути результатом зміщень в корі і служити підтвердженням тектонічної активності на Венері. Загалом поверхня Венери - це гаряча суха кам'яниста пустеля.

У 1978 році по міжпланетній трасі пройшли і досягли заданої мети ще два посланці - "Венера-11" і "Венера-12", основною задачею яких було детальне дослідження хімічного складу нижньої атмосфери методами маси-спектрометрії, газової хроматографії, оптичної і рентгенівської спектроскопії. Були виміряно кількість азоту, окислу вуглеводню, двоокисі сірки, водяної пари, сірки, аргону, неону, отримані детальні дані по поглинанні сонячного випромінювання на різних висотах в атмосфері, необхідні для вивчення його теплового режиму. Спеціальним приймачем були зареєстровані імпульси електромагнітного випромінювання, вказуючі на існування електричних зарядів в атмосфері на зразок земних блискавок. Налітаючих апаратах були встановлені ультрафіолетові спектрометри для дослідження складу верхньої атмосфери.

Основна складова атмосфери Венери - вуглекислий газ (96% по об'єму), азот (4%), окись вуглеводню, двоокись сірки, кисня практично немає, зміст водяної пари, мабуть, коливається від 0,1 - 0,4% під хмарними шарами до 15-30% вище за них. Наземними спектроскопічними дослідженнями знайдені також молекули HCl.

Температура атмосфери Венери у поверхні планети (на рівні, відповідному радіусу 6052 км) 735 До, тиск 9 МПа, щільність газу в 60 раз більше, ніж в земній атмосфері.

Температура верхнього кордону хмарного шару в приполярній зоні на 5-10 До вище, ніж у екватора, що, видимо, пов'язано із зміною висоти розташування хмар. Висока температура атмосфери у поверхні пояснюється дією парникового ефекту: згідно з даними прямих вимірювань значна частина сонячного випромінювання (3 - 4%) досягає поверхні і нагріває її, а сильна непрозорість для власного інфрачервоного випромінювання щільної вуглекислої атмосфери з домішкою водяної пари перешкоджає охолодженню поверхні.

Виявлена висока грозова активність Венери: інтенсивність електричних розрядів, що реєструвалася по частоті проходження низькочастотних імпульсів на апаратах, що спускаються "Венера-11" і "Венера-12", виявилася у багато разів вище, ніж на Землі. Очевидно поблизу поверхні Венери виникають електричні поля з напруженістю в сотні кВ/м. Висока грозова активність приблизно пояснюється наявністю діючих вулканів на поверхні Венери.

Один з самих складних за всю історію досліджень Венери комплексний експеримент був здійснений з допомогою АМС "Венера-13" і "Венера-14" (1982 рік). На апаратах, що спускаються була встановлена вдосконалена апаратура хімічного аналізу атмосфери (маси-спектрометри, газові хроматографи, оптичні і рентгенівські спектрометри) для дослідження часток хмарного шара. На цих станціях уперше були отримані кольорові панорами поверхні планети. Апарати, що Спускаються провели буріння грунту (при температурі 4700 З і тиску у поверхні 93,5*105 Па!). Розжарений грунт, здобутий буровою установкою, транспортувався за складній системою трубопроводів всередину міцного корпусу апарату, що спускається, де був проведений його хімічний аналіз. Аналіз дозволив визначити вміст в грунті оксидів магнію, алюмінію, кремнію, заліза, калію, кальцію, титану і магнію. Уперше виміряні електропровідність і механічна міцність грунту, а також виконаний найпростіший сейсмічний експеримент. Програма атмосферних вимірювань дозволила провести вимірювання змісту інертних газів - аргону, неону, криптону, ксенону - і більшості їх ізотопів, що дуже важливо для розуміння процесу формування атмосфери Венери. Адже більшість ізотопів є реліктовими, тобто їх зміст не змінювався з часу формування атмосфери. Крім того, був виконаний комплекс вимірювань змісту сірковміщуючих і інших малих компонентів атмосфери. Ці вимірювання підтвердили, що сірка є основним елементом, що визначає склад венерианських хмар.

Головною метою космічного експеримента на штучних супутниках Венери автоматичних міжпланетних станціях "Венера-15" і "Венера-16" (1983 рік) було радіолокаційне картографування поверхні північної півкулі за допомогою радіолокаторів бічного огляду. Уперше отримані радіолокаційні зображення північної приполярної області Венери. На зображеннях розрізняються кратери, гряди, піднесеності, великі розломи, гірські хребти і деталі рельєфу розміром 1-2 км. На супутниках були також встановлені прилади для зондування поверхні і атмосфери планети в радіодіапазоні і інфрачервоний Фурьє-спектрометр, для дослідження хімічного складу, будови, теплового режиму і динаміки атмосфери на висотах 55-100 км.