Für nur zwei "Venustage" zur Venus

Nach dem großen Erfolg der Titan-Landesonde Huygens fiebert die ESA der nächsten spektakulären Mission entgegen, die bereits in sieben Monaten startet

Während das Huygens-Team der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) immer noch alle Hände voll zu tun hat, um das reichhaltige Datenmaterial der Huygens-Sonde auszuwerten, die am 14. Januar 2005 auf den eisigen Saturn-Mond niederging, laufen die Vorbereitungen für die Venus-Express-Mission (VEX) bereits auf vollen Touren. In sieben Monaten macht sich der VEX-Orbiter vom kasachischen Baikonur mit einer Sojus/Fregat-Rakete auf dem Weg zum inneren Nachbarplaneten der Erde. Bespickt mit sensiblen Instrumenten, soll die Sonde den planetaren Nachbarn, der schon mehr als 20-mal irdischen Besuch bekam, so genau wie nie zuvor unter die Lupe nehmen.

Nein, warm ums Herz wird es einem beileibe nicht, wenn man sich einmal die hohen Temperaturen vergegenwärtigt, die auf dem von der Sonne aus gesehen zweiten Planeten vorherrschen. Die Daten, die die sowjetischen Venera- und amerikanischen Marinersonden sowie der Pioneer-Venus-Orbiter und der Magellan-Satellit im letzten Jahrhundert von dem (temporär) erdnächsten Planeten sammelten und zur Erde funkten, zeigen das Bild eines im wahrsten Sinn des Wortes höllischen Planeten. Überall kocht, brodelt, qualmt und stürmt es. Nicht hin und wieder, sondern unaufhörlich.

Ungeheurer Treibhauseffekt

Der im Vergleich zur Erde 90-mal höhere Druck ist genauso wenig einladend wie die hiesigen Temperaturen, deren Mittelwert zirka 470 Grad Celsius beträgt. Selbst mit der besten Raumfahrer-Montur könnten Astronauten auf dem geologisch sehr aktiven Planeten nur für kurze Zeit überleben. Bei der dortigen Hitze würden selbst Metalle und Legierungen wie Blei, Zink und Messing schmelzen. Kein Wunder also, dass bisher auch alle zur Venus entsandten Sonden den extremen Umweltbedingungen des unheimlichen Planeten nur für wenige Minuten trotzen konnten, sofern sie ihn überhaupt erreichten.

Dieses lebensfeindliche Klima ist vor allem der undurchsichtigen, stark reflektierenden Atmosphäre zuzuschreiben, die sich vorwiegend aus Kohlendioxid (rund 96 Prozent) und Stickstoff sowie Spuren von Wasserdampf, Kohlenmonoxid, Schwefeldioxid, Schwefelsäure und einigen Edelgasen zusammensetzt. Die aus mehreren Schichten bestehende dichte, schwefelhaltige Wolkendecke und die von riesigen Ebenen, Tiefebenen, vulkanartigen Erhebungen und Hochländern durchzogene Landschaft tun ihr Übriges, um dem „teuflischen“ Ruf der Venus gerecht zu werden. Eingehüllt in diesen Wolkenteppich, die zwar jegliche Strahlung (und Hitze) einfängt, dafür aber nichts mehr herauslässt, herrscht auf der Venus das ganze Jahr über ein ungeheurer Treibhauseffekt, der den Planeten von Jahr zu Jahr immer weiter aufheizt. Infolge dieser undurchdringlichen Wolkenschicht reflektiert die Venus sage und schreibe 75 Prozent der einfallenden Sonnenstrahlung – während unser Planet gerade mal 30 Prozent zurückstrahlt.

Andererseits ist die Venus in manchen Punkten der Erde ein wenig ähnlich. So ist sie nur unwesentlich kleiner als die Erde (95% des Erddurchmessers, 80% der Erdmasse). Selbst ihre durchschnittliche Dichte und ihre chemische Zusammensetzung stimmen mit unserem Heimatplaneten (fast) überein.

VEX soll elementare Wissenslücken schließen

Doch ungeachtet aller bislang gesammelten Daten über den Morgen- und Abendstern wissen die Forscher nur herzlich wenig über die dortige Atmosphäre und Ionosphäre. Woraus sie genau bestehen und was vor allem unter der dichten Wolkendecke ist, bleibt nebulos. Einige Phänomene in diesem Vorhof zur Hölle, wie beispielsweise die gewaltigen hurrikanähnlichen Stürme in den oberen Atmosphärenschichten (350 km/h), können sich die Wissenschaftler ebenso wenig erklären wie die Frage: Wie und wann konnte ein derart gigantischer Treibhauseffekt überhaupt eintreten?

Ein zweites Phänomen auf der Venus verblüfft die Forscher ebenfalls: Die ältesten Vulkankrater scheinen nur 500 Millionen Jahre alt zu sein. Daraus schließen sie, dass sich in der Venus zunächst ein gewaltiger Druck wie in einem Dampfkochtopf aufstaute, um dann schlagartig durch gewaltige globale Eruptionen wieder abgebaut zu werden. Könnte darin der Schlüssel für die unheimliche Venus-Atmosphäre liegen?

Um Antworten auf diese Fragen zu erhalten, startet Ende November dieses Jahres die erste europäische Raumsonde zur Venus. Versehen mit dem Auftrag, insbesondere die Atmosphäre des erdnahen Planeten genauestens unter die Lupe zu nehmen, soll Venus Express nach ihrem 153-tägigen Flug ab März/April 2006 im Venus-Orbit Position beziehen, den Planeten erforschen und dabei reichlich Bit und Bytes zur Erde funken. Wenn die ESA-Raumsonde in eine Umlaufbahn um die Venus einschwenkt, die sie über die Pole des Planeten führt, beträgt die größte Annäherung an die Oberfläche 250 km und die größte Entfernung rund 66.000 km. Die Forscher hoffen dann, Daten von den Instrumenten an Bord der Sonde über zwei Venustage, also 500 Erdtage, in einem Turnus von sieben bis acht Stunden täglich mit einer Geschwindigkeit von 19 bis 228 KBit/sec gen Erde zu senden. Tatsächlich dauert ein venerischer Tag 243 Erdentage, womit er sogar länger ist als ein Venusjahr mit seiner Dauer von 225 Erdentagen.

Voll gepackt mit Elektronik

Venus Express ist als kostengünstige Evaluierungsmission konzipiert und lehnt sich in punkto Hardware stark an vorangegangene Missionen an, wobei eben aus finanziellen Gründen ganz bewusst auf eine Landemission, sprich eine Landekapsel à la Beagle-2, verzichtet wurde. Um Geld einzusparen, sind ergo als wissenschaftliche Nutzlast Instrumente vorgesehen, die ursprünglich für Mars Express und die ESA-Kometenmission Rosetta entwickelt wurden. Mit diesem Kosten sparenden Recycling-Konzept, das mit Venus Express erprobt wird, will die ESA künftig auch in Zeiten eingeschränkter Budgets ehrgeizige Missionen auf den Weg bringen.

Um zuverlässiges Datenmaterial zu sammeln, wurde die 1270 kg schwere und fast würfelförmig aussehende 1,4 × 1,65 × 1,7 Meter große Sonde mit sensibler Elektronik bzw. Instrumenten ausgerüstet. So sind gleich drei verschiedene Spektrometer mit an Bord: PFS, SPICAM und VIRTIS. Diese sollen vor allem die Gashülle der Venus erstmals in unterschiedlichen Spektralbereichen unter die Lupe nehmen, wobei die hoch auflösende Kamera VMC Bilder des Planeten im sichtbaren Bereich sowie im UV- und Infrarotlicht liefern soll.

Hinzu kommt noch das Radarinstrument VeRa, das zur Radiosondierung von Atmosphäre und Ionosphäre dient und ein Teilchendetektor namens ASPERA, der die Erosionsprozesse in der Venusatmosphäre unter dem Einfluss des Sonnenwindes erforschen soll. Nicht zuletzt wird auch ein Magnetometer-Instrument mit an Bord sein, mit dem die ESA-Wissenschaftler mehr darüber in Erfahrung bringen wollen, wie Sonnenwind und Atmosphäre ohne planetares Magnetfeld im Wechsel wirken.

Phoenix aus der Asche

Bei alledem stand die langfristig geplante Venus-Express-Exkursion mehrfach vor dem Absturz. Als am 11. Juli 2002 das ESA-Programmkomitee (SPC) einstimmig beschloss, die zunächst gestrichene Venus Express-Mission nun doch in Angriff zu nehmen, sah es ganz danach aus, als stünde der Exkursion zum Morgen- und Abendstern nichts mehr im Wege. Leider hatte die Entscheidung aber nur vorläufigen Charakter, da zu diesem Zeitpunkt eine definitive Zusage des italienischen Beitrags zur Mission nicht vorlag. Im Oktober 2002 fanden die ESA-Verantwortlichen jedoch eine Lösung, die das Programmkomitee billigte. Die ESA übernimmt einen Teil der Kosten für die italienischen Instrumente. Im Gegenzug arbeiten in dem entsprechenden Forschungsteam mehr europäische Wissenschaftler mit.

“Ich bin wirklich stolz darauf, dass es dem Programmkomitee gelungen ist, alle offenen Fragen zu klären. Endlich können wir Wissenschaftlern und Industriefirmen eine ganz klare Ansage machen: An die Arbeit, es geht zur Venus!“, sagte Prof. David Southwood, Wissenschaftsdirektor der ESA, seinerzeit nach Bekanntgabe der frohen Botschaft.

Einmonatiges Startfenster

Bevor Venus-Express auf die Reise geschickt werden kann, muss nicht nur die Soft- und Hardware perfekt aufeinander abgestimmt, sondern auch das Wetter halbwegs gut sein. Die Chancen hierfür stehen nicht schlecht, beläuft sich doch das Startfenster von Venus Express auf knapp einem Monat. Mit anderen Worten: Irgendwann zwischen dem 26. Oktober und 25. November 2005 muss die Mission starten.

Nichtsdestotrotz eignet sich die Venus als hervorragendes Studienobjekt, mit dem sich das weltweite Szenario eines globalen irdischen Treibhauseffekts plastisch durchspielen lässt. Mittlerweile glauben die meisten Wissenschaftler, dass sie von der Venus viel über die frühen und späten Erdjahre lernen. "Die Venus und Erde sind zwar verschiedene Wege gegangen", sagt der Planetenforscher Larry Esposito von der Universität von Colorado in Boulder. „Aber infolge der menschlichen Aktivitäten entwickelt sich die Erde immer mehr in dieselbe Richtung wie die Venus. Wenn wir die Geschichte der Venus besser verstehen lernen, können wir unsere Modelle für die Erde besser abstimmen.“

Mikroben in der Venus-Atmosphäre

Dass auf diesem unwirtschaftlichen und heißen Sterntrabanten, der trotz seiner "Ausstrahlung" mit zu den lebensfeindlichsten Planeten innerhalb des Sonnensystems zählt, irgendwelche Lebensformen eine Nische gefunden haben könnten, daran glaubten bislang von den Exobiologen selbst die kühnsten Optimisten nicht. Doch Dirk Schulze-Makuch (damals noch von der University of Texas) und sein Kollege Louis Irwin stießen bei der Analyse alter Daten russischer und amerikanischer Venussonden auf eine Reihe von Ungereimtheiten bei der chemischen Zusammensetzung der Venus-Atmosphäre. Ihren Berechnungen nach müssten durch das Sonnenlicht und durch elektrische Entladungen in der Lufthülle der Venus große Mengen an Kohlenmonoxid produziert werden.

Aber ausgerechnet in diesem Bereich ist das Molekül Kohlenmonoxid nur in geringer Konzentration anzutreffen. Hierfür könnten nach Ansicht der beiden US-Astrobiologen möglicherweise Mikroben verantwortlich sein, die das Kohlenmonoxid abbauen. Diese könnten auch in der Venus-Atmosphäre in einer Höhe um 50 Kilometer eine ökologische Nische gefunden haben, wo nur eine Temperatur von 70 Grad Celsius vorherrscht. Außerdem könnte die Venus in ihrer Frühzeit kühler gewesen sein, eventuell sogar Ozeane besessen haben, in denen Leben entstanden ist. Erst als es zu einem Treibhaus-Effekt auf dem Planeten kam, zogen sich die Bakterien in die Hochatmosphäre zurück.

Ferner fanden Schulze-Makuch und sein Team bestimmte Muster im Absorptionsspektrum der Venus, die darauf hindeuten, dass die Atmosphäre eine große Menge an "Cycloocta-Schwefel" enthält. Derlei Schwefelringe schützen Bakterien vor den schädlichen UV-Strahlen und reflektieren die Energie der relativ harmlosen sichtbaren Wellenlängen. Während Kritiker darauf hinweisen, dass es auf der Venus zu wenig Wasser für das Entstehen von Leben gibt und der Planet ohnehin keine schützende Ozonschicht habe, die in der Lage wäre, Bakterien ausreichend vor der intensiven UV-Strahlen der Sonne zu schützen, hält Schulze-Makuch dagegen, Venus-Mikroben könnten aus einer Schwefel-Hydrat-Verbindung in den Wolken Wasser saugen.

Wer auch immer von ihnen Recht haben mag – Venus Express, die nicht primär nach Spuren von Leben sucht, könnte dennoch ihren Anteil dazu beitragen, die Diskussion über lebende Mikroben in der Venus-Atmosphäre lebendig zu halten.