Die atmosphärischen chemischen Anomalien der Venus könnten zukünftige astrobiologische Missionen motivieren

Als Wissenschaftler im Jahr 2020 Phosphin in der Atmosphäre der Venus entdeckten, löste dies erneute, lebhafte Diskussionen über die Venus und ihre potenzielle Bewohnbarkeit aus. Es wäre seltsam, wenn der Nachweis kein Interesse wecken würde, da Phosphin ein potenzieller Biomarker ist. Die Leute waren also verständlicherweise neugierig. Leider konnten weitere Studien sein Vorhandensein nicht bestätigen.

Aber auch ohne Phosphin ist die Atmosphäre der Venus voller chemischer Intrigen, die auf biologische Prozesse hinweisen. Ist es an der Zeit, eine astrobiologische Mission zu unserem höllischen Schwesterplaneten zu schicken?

Während die Phosphin-Diskussion ziemlich schnell verstummte, gibt es andere, langlebigere Hinweise darauf, dass die Atmosphäre der Venus chemische Anomalien enthält, von denen einige mit Leben in Zusammenhang stehen könnten. Beispielsweise scheinen einige der atmosphärischen Gase nicht im thermodynamischen Gleichgewicht zu sein. Um die Komplexität noch zu erhöhen, sind sich die Wissenschaftler nicht sicher, wie die Zusammensetzung großer Partikel in der unteren Atmosphäre aussieht.

Die Autoren einer neuen Arbeit veranschaulichen, warum die Venus unsere chemische Neugier weckt, und schlagen vor, dass es Zeit für eine astrobiologische Mission ist, diese zu befriedigen.

Das Papier trägt den Titel „Astrobiologisches Potenzial chemischer Anomalien der Venusatmosphäre und anderer ungeklärter Wolkeneigenschaften.„Es wurde noch nicht begutachtet und veröffentlicht, ist aber auf dem Preprint-Server verfügbar arXiv. Der Hauptautor ist Janusz Petkowski, ein Astrobiologieforscher in der Abteilung für Erd-, Atmosphären- und Planetenwissenschaften am MIT.

„Wissenschaftler spekulieren seit über einem halben Jahrhundert über die Venus als bewohnbare Welt“, schreiben die Autoren, „basierend auf der erdähnlichen Temperatur und dem erdähnlichen Druck in den Wolken der Venus in 48–60 km Höhe über der Oberfläche.“

Die meisten weltrauminteressierten Menschen wissen, dass die Atmosphäre der Venus extrem dicht und heiß ist. Wir wissen auch, dass es hauptsächlich aus Kohlendioxid besteht, dass sein anderer Hauptbestandteil Stickstoff ist und dass es dichte Schwefelsäurewolken trägt. Andere Chemikalien sind nur in winzigen Spuren vorhanden.

Besonders interessant ist der atmosphärische Bereich zwischen 48 und 60 km über der Erdoberfläche. In dieser Höhe nähern sich sowohl der Druck als auch die Temperatur dem erdähnlichen Niveau an. Zwischen etwa 52,5 km und 54 km liegt die Temperatur zwischen 20°C und 37°C. In etwa 49,5 km Höhe über der Erdoberfläche herrscht der gleiche Druck wie auf Meereshöhe der Erde. Es gibt keine Möglichkeit, dass flüssiges Wasser auf der Oberfläche der Venus vorhanden ist, aber in der Atmosphäre ist es möglich.

Dies ist der Hintergrund für die Überlegungen zur potenziellen Bewohnbarkeit der Venus.

Aber es gibt auch zahlreiche chemische Überlegungen, und in ihrer Arbeit skizzieren die Autoren ein seit langem bestehendes Rätsel in der Atmosphäre des Planeten.

„In diesem Artikel überprüfen und fassen wir die langjährigen, ungeklärten Atmosphärenbeobachtungen der Venus zusammen, die im Laufe des letzten halben Jahrhunderts gesammelt wurden“, schreiben sie.

Ein großer Teil des Rätsels um die Venus betrifft die sogenannten „unbekannten Absorber“. Bereits in den 1920er Jahren zeigten Ultraviolettbeobachtungen ungewöhnlich kontrastreiche Merkmale, die sich im Zusammenhang mit der viertägigen Rotation der oberen Wolkendecke der Venus bewegen. Etwas absorbiert das UV-Licht.

„Es wurden große Anstrengungen unternommen, um die Substanz(en) zu identifizieren, die für die Absorption zwischen 320 und 400 nm verantwortlich sind, aber kein vorgeschlagener Kandidat erfüllt alle Beobachtungsbeschränkungen, was zu dem häufig verwendeten beschreibenden Begriff ‚unbekannter UV-Absorber‘ führt.“ die Autoren schreiben.

Forscher haben lange versucht zu verstehen, was der oder die Absorber sein könnten, und einige haben Fortschritte gemacht. Untersuchungen haben gezeigt, dass Schwefelallotrope und Schwefelverbindungen dafür verantwortlich sein könnten, und Forscher haben neue Wege für ihre Entstehung in der Atmosphäre der Venus entdeckt. Aber diese Wege sind das Ergebnis von Simulationen, nicht von Erkundungen. Nicht alle sind mit diesen Erkenntnissen einverstanden. Es gibt keinen Konsens.

„Trotz jahrzehntelanger Bemühungen und Beobachtungen durch zwei umlaufende Raumschiffe im 21. Jahrhundert (Venus Express von der ESA und Akatsuki von JAXA) konnte keines der vorgeschlagenen Kandidatenmoleküle vollständig mit den Beobachtungsdaten übereinstimmen“, erklären die Autoren.

Entweder passen die Kandidaten nicht gut zum Profil, oder sie sind nicht zahlreich genug vertreten. Auch einige der vorgeschlagenen Kandidaten sind nicht stabil.

Aber es ist wichtig, dass wir herausfinden, was es ist. „Der unbekannte Absorber ist bemerkenswert effizient und fängt mehr als 50 % der Sonnenenergie ein, die die Venus erreicht, mit daraus resultierenden Auswirkungen auf die Struktur und Dynamik der Atmosphäre“, schreiben die Autoren. Obwohl das Rätsel weiterhin besteht, handelt es sich um ein riesiges fehlendes Teil, das unsere Bemühungen, den Planeten zu verstehen, behindert.

Einige Forscher vermuten, dass der UV-Absorber ein Zeichen für wolkenbasierte biologische Aktivität ist. „Die spektralen Eigenschaften der Venuswolken, einschließlich der starken UV-Absorption, stimmen mit dem Spektrum bestimmter Arten terrestrischer Bakterien überein“, erklären die Autoren.

Ein weiteres Rätsel betrifft die unteren Wolken. Eine Untergruppe von Wolkenpartikeln, die größer als 7 µm sind, ist unbekannt. Erschwerend kommt hinzu, dass einige von ihnen nicht rund sind. Das wissen wir von der NASA-Mission Pioneer Venus. Da die Partikel, sogenannte Mode-3-Partikel, nicht kugelförmig sind, können sie keine Flüssigkeitströpfchen sein.

„Die Natur und Zusammensetzung der Mode-3-Partikel wird anhand der derzeit vorliegenden Daten diskutiert“, schreiben die Autoren und machen damit deutlich, dass wir mehr Daten von einer modernen Mission benötigen.

Einige haben vorgeschlagen, dass es sich bei den Partikeln um Schwefelsäure handeln könnte, aber die Autoren sagen, dass die Daten dies ausschließen. Wenn es sich nicht um Schwefelsäure handelt, spricht das für die Idee, dass Leben in den Wolken fortbestehen könnte. „Dieses Ergebnis könnte auf eine unbekannte Chemie hinweisen und ist faszinierend im Hinblick auf das mögliche Vorhandensein von ‚Leben, wie wir es kennen‘, das einer Umgebung mit konzentrierter Schwefelsäure nicht standhalten kann“, erklären die Autoren.

Es ist jedoch zu beachten, dass nicht alle Wissenschaftler der Meinung sind, dass die großen Partikel überhaupt existieren und dass stattdessen Kalibrierungsfehler für ihre Entdeckung verantwortlich sein könnten.

Die Autoren nennen weitere Gründe, warum nur eine biologische Mission zur Venus diese Rätsel lösen kann. In-situ-Messungen des Venera-Programms und der VeGa-Ballons legten nahe, dass die Atmosphäre nichtflüchtige Verbindungen enthielt, die für das Leben notwendig sind. Das Leben, wie wir es kennen, erfordert Metalle, einschließlich Eisen. Venera fand Eisen, VeGa jedoch nicht. Noch mehr Rätsel warten darauf, gelöst zu werden.

Es gibt noch weitere ungeklärte Komponenten in der Atmosphäre der Venus. Es gibt Spurengase mit Häufigkeitsprofilen, die Wissenschaftler nicht erklären können. Auch Venera und Pioneer fanden dort Sauerstoff. Niemand weiß, woher es kommt, und es ist Gegenstand häufiger Diskussionen. Andere chemische Nachweise tragen zum Mysterium und zur Komplexität bei.

Das Verrückte an der Untersuchung der Venus aus der Ferne ist, dass viele der Beobachtungen entweder durch biotische oder abiotische Prozesse erklärt werden könnten. Deshalb brauchen wir eine biologische Mission.

„Auch die Bewohnbarkeit der Venuswolken soll durch neue In-situ-Missionen erforscht werden“, erklärt der Autor. Viele Wissenschaftler stimmen ihnen zu, darunter auch die renommierte Planetenforscherin Sara Seager. Tatsächlich geht Seager sogar noch weiter und schlägt vor, dass eine Mission zur Probenrückgabe erforderlich sei.

In Zukunft stehen Missionen zur Venus an. Die VERITAS-Mission und die DAVINCI-Mission der NASA werden beide zur Venus fliegen, allerdings erst in einigen Jahren. DAVINCI wird eine Sonde für In-situ-Beobachtungen in die Atmosphäre der Venus schicken, während VERITAS die Oberfläche detaillierter kartieren wird.

In der Zwischenzeit müssen die Datenwissenschaftler nur mit den Daten arbeiten, die wir haben. Obwohl Wissenschaftler einfallsreich und entschlossen sind, reicht das nicht aus.

Nur eine Mission zur Venus, die sich ausschließlich auf Biologie und Chemie konzentriert, kann die Geheimnisse des Planeten lösen.