zurück zum Artikel

"Venus Express" soll die Atmosphäre des unwirtlichen Planeten untersuchen und erkunden, weshalb er sich so anders entwickelt hat als die Erde

Wolken, Wolken, nichts als Wolken! Gut vierzig Millionen Kilometer ist die Venus näher an der Sonne als die Erde. Dennoch wird es hier niemals heller als an einem trüben irdischen Sommernachmittag. Nur etwa 2,5 Prozent des Sonnenlichts erreichen die Oberfläche. Das meiste wird von einem dichten, gelblichen Wolkenband ins All zurückreflektiert und lässt den Planeten auf der Erde als leuchtenden Abend- und Morgenstern erstrahlen.

Als die Venus im Jahr 1761 zum ersten Mal seit der Erfindung des Teleskops die Sonnenscheibe kreuzte, wollten die Astronomen eigentlich nur die Dauer dieses Sonnendurchgangs möglichst exakt messen, um daraus die Entfernung zwischen Erde und Sonne genauer zu bestimmen. Doch eben das gelang nicht, weil sich die Venus wider Erwarten nicht scharf konturiert zeigte, sondern von einem diffus hellen Lichtsaum umgeben war. Michail Lomonossow von der Universität St. Petersburg und sein französischer Kollege Joseph-Nicolas Delisle deuteten diesen Rand als Atmosphäre und erklärten die Helligkeit des Planeten mit einer reflektierenden Wolkenschicht. Dabei blieb es 200 Jahre lang. Für die irdischen Beobachtungsinstrumente war der Wolkenschleier undurchdringlich.

Erst die Raumfahrt ermöglichte den Blick unter die Dunstglocke. Seit 1961 haben die Sowjetunion und die USA mehr als 40 Sonden zur Venus gestartet - nicht immer mit Erfolg. Jetzt soll mit "Venus Express" erstmals eine europäische Raumsonde die rätselhafte Wolkenwelt unseres Nachbarplaneten erkunden. Jörn Helbert deutet auf seinen Computermonitor, auf dem das Schwarzweißbild eines Kraters erscheint."Das ist die Quetzalpetlatl Corona im Süden der Venus", erläutert der 36-jährige Physiker. "Wir haben sie als Ziel für Orbit 60 bis 70 vorgesehen."

Helbert ist wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Planetenkunde des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) und bereitet das Beobachtungsprogramm für das Instrument "VIRTIS" vor. Irgendwann zwischen dem 26. Oktober und dem 25. November, wenn die Wetterverhältnisse günstig sind, soll es mit Venus Express auf einer Sojus-Fregat- Rakete vom Kosmodrom in Baikonur starten. Der Name steht für "Visible and Infrared Thermal Imaging Spectrometer". Es ist eins von sieben Präzisionsmessgeräten, die ab Anfang Juni nächsten Jahres die Venus mindestens 500 Tage beobachten sollen (siehe Grafik Seite 56). VIRTIS nutzt dabei erstmals aus dem Venus-Orbit spektrale Fenster in der Wolkendecke, die den Blick in tiefere Atmosphärenschichten und womöglich bis auf die Oberfläche erlauben.

Ähnlich wie die Venus-Atmosphäre selbst wurden auch diese Fenster eher nebenbei entdeckt. Der australische Astronom David Allen wollte im Jahr 1984 eigentlich nur eine neue Infrarotkamera testen, die er zur Beobachtung ferner Galaxien entwickelt hatte. Er richtete das Gerät auf die Nachtseite der Venus. Wider Erwarten zeigte das Strahlungsspektrum zwei deutliche Ausschläge im Bereich von 1,7 und 2,3 Mikrometern. Allen interpretierte die Daten richtig als Wärmestrahlung, die aus tieferen Schichten der Atmosphäre stammt. War es also doch möglich, durch die dichte Wolkendecke hindurchzuschauen?

Blick unter die Hüllen der Venus

TRANSPARENTE ATMOSPHÄRE

Die US-Sonde "Galileo" begutachtete die Fenster später aus der Nähe. Am 10. Februar 1990 flog sie dicht an der Venus vorbei, um in deren Schwerefeld Schwung für die weitere Reise zum Jupiter zu holen. Bei dieser Gelegenheit wurde unter anderem das "Near-Infrared Mapping Spectrometer" (NIMS) aktiviert, das gleichzeitig eine große Zahl Bilder in verschiedenen Wellenlängen im Nah-Infrarot aufnehmen kann. Diese Bilder zeigten Strukturen in den tieferen Schichten der Atmosphäre mit einer Auflösung von etwa 50 Kilometern. Da die verschiedenen Wellenlängen die Wolkenschichten unterschiedlich weit durchdringen, konnten die Forscher aus den Daten ein dreidimensionales Bild der Atmosphäre ableiten.

Natürlich war das nur eine Momentaufnahme. Aber sie half zum einen, die von der Erde aus gewonnenen Beobachtungsdaten besser zu interpretieren. Zum anderen zeigte sie das Potenzial der beiden Infrarot-Fenster. Mit Venus Express wollen die Forscher diese Informationsquelle nun kontinuierlich über einen längeren Zeitraum ausschöpfen.

Neben den bereits von Galileo genutzten Beobachtungs- Fenstern soll VIRTIS noch nach weiteren Spektralbereichen zwischen 0,25 und 5 Mikrometern suchen, in denen die Atmosphäre durchlässig ist. "Modellrechnungen deuten auf die Existenz solcher Fenster hin", sagt Helbert. "Vielleicht gelingt es uns, aus dem Orbit direkt die Oberfläche zu betrachten." Zwar ist die Venus-Oberfläche durch Radarabtastungen mittlerweile nahezu vollständig erfasst, fotografische Aufnahmen gibt es aber bislang nur sehr wenige. Denn mit einer Oberflächentemperatur von etwa 470 Grad Celsius ist die Venus der heißeste Planet des Sonnensystems. Zugleich herrscht ein Druck, der einer Tauchtiefe von über 900 Metern in den irdischen Meeren entspricht und die meisten U-Boote zerquetschen würde. Die wenigen Sonden, die überhaupt die Oberfläche des Planeten erreichten, konnten unter diesen mörderischen Bedingungen höchstens eine Stunde lang Daten übermitteln.

SONDE AUS ERSATZTEILEN

Venus Express wird eine Landung auf dem unwirtlichen Planeten gar nicht erst versuchen. Ein so schwieriges Unterfangen wäre innerhalb des vorgegebenen, engen Entwicklungsrahmens unmöglich zu realisieren gewesen. Das Projekt ist auch so schon ehrgeizig genug: Hervorgegangen ist es aus einem Aufruf der europäischen Weltraumorganisation Esa vom März 2001, Vorschläge für Weltraummissionen einzureichen, die das für die Marssonde "Mars Express" entwickelte Design nutzen können. Weitere Bedingung: Die Mission sollte spätestens im Jahr 2005 starten - ein ungewöhnlich knapp bemessener Zeitrahmen. Die Idee, eine Sonde zur Venus zu senden, war am überzeugendsten, weil viele Instrumente verwendet werden können, die als Ersatzteile für die Marserkundung wie für die Kometenmission "Rosetta" bereits gebaut worden sind.

Eine exakte Kopie von Mars Express lässt sich aber nicht zur Venus schicken. Dafür sind die Bedingungen im Umfeld der beiden Planeten, vor allem die Temperatur- und Strahlenbelastung, zu unterschiedlich. Insbesondere im Infrarot-Bereich arbeitende Spektrometer wie VIRTIS müssen auf einer Seite der Sonde montiert werden, die stets von der Sonne wegzeigt. Das klingt einfacher, als es ist. Denn für eine optimale Datenübertragung gilt es, die Sonden gleichzeitig so auszurichten, dass ihre Parabolantennen zur Erde weisen. Beim Mars Express ist das kein Problem, da sich Erde und Sonne von dort aus gesehen immer ungefähr in derselben Richtung befinden. Die der Antenne gegenüberliegende Seite der Sonde ist folglich stets im Schatten und kann das empfindliche Spektrometer tragen. Für die Venus, die die Sonne auf einer dichteren Bahn umkreist als die Erde, gilt das nicht. Um die wärmeanfälligen Detektoren zu schützen und zugleich eine gute Kommunikation mit der Erde zu gewährleisten, musste an der Venus-Sonde daher gegenüber der Hauptantenne eine zweite, kleinere Antenne angebracht werden.

Eine weitere, durch die größere thermische Belastung erzwungene Änderung gegenüber Mars Express betrifft die Solargeneratoren, die das Gefährt mit elektrischem Strom versorgen. Die Silizium-Solarzellen der Marssonde wären einer Temperaturspanne von minus 150 bis plus 135 Grad Celsius nicht gewachsen gewesen und wurden deshalb durch weniger empfindliche Gallium-Arsenid-Zellen ersetzt. Sie versorgen die Sonde in Erdnähe mit 800 Watt Strom, produzieren im Venus- Orbit mit 1400 Watt jedoch weit mehr Elektrizität als erforderlich. Eine entsprechend modifizierte Elektronik muss diesen Energieüberschuss auffangen. Fünf Monate nach dem Start soll die Sonde in eine Umlaufbahn um die Venus einschwenken, die über die Pole führt. Einmal wird dann noch der Hauptantrieb aktiviert, um die lang gestreckte, elliptische Flugbahn endgültig auszurichten. Ihr nächster Punkt liegt etwa 250 Kilometer über der Venus-Oberfläche, ihr fernster mehr als 66000 Kilometer weit weg.

Blick unter die Hüllen der Venus

Für einen Umlauf wird Venus Express genau 24 Stunden benötigen, was die Abstimmung mit der Bodenkontrolle vereinfacht. Sobald die Techniker die Instrumente für betriebsbereit erklärt haben, können die eigentlichen wissenschaftlichen Beobachtungen beginnen, voraussichtlich Anfang Juni nächsten Jahres. Dann werden Helbert und seine Kollegen endlich erfahren, wie die Quetzalpetlatl Corona im Infrarotlicht aussieht und was sich daraus über die Entwicklungsgeschichte der Venus lernen lässt. "Vielleicht gelingt es uns sogar, erstmals aktiven Vulkanismus auf der Venus zu beobachten", hofft Helbert. Venus Express ist nicht die erste Venus-Sonde, die man aus übrig gebliebenen Teilen anderer Raumgefährte zusammengebastelt hat.

Die erfolgreiche US-Sonde Magellan entstand auf ähnliche Weise aus Ersatzteilen von Sonden wie Voyager und Galileo, nachdem eine kostspielige Venus-Mission namens "Voir" Anfang der achtziger Jahre von der US-Regierung unter Präsident Reagan gestoppt worden war. Von August 1990 bis Oktober 1994 umkreiste sie den Planeten und erstellte mit Hilfe von Radar die bis heute genauesten Karten. Sie erfassen 97 Prozent der Oberfläche.

Die Magellan-Daten zeigen eine von vulkanischen Prozessen geprägte Landschaft. Auffällig ist das ausgeglichene Höhenprofil: Nur etwa fünf Prozent der Oberfläche liegen mehr als zwei Kilometer über der Durchschnittshöhe. Mehr als 90 Prozent sind sanft gewellte Ebenen. Einige Landschaftsformationen sind einzigartig für die Venus. Dazu zählen Coronae wie Quetzalpetlatl, konzentrische Ringe aus Hügelketten und Gräben, die um ein flaches Becken angeordnet sind. Sie werden zumeist als Einbruchkrater interpretiert, die sich bildeten, als von unten aufsteigendes Magma den Boden anhob, sich dann aber verteilte, bevor es ihn ganz durchbrechen konnte.

Auf der Erde hat die vergleichsweise dicke Kruste eine Entstehung ähnlicher Strukturen verhindert, vermuten Experten. Ebenfalls charakteristisch für die Venus sind die "Tesserae", benannt nach dem russischen Wort für Dachziegel: unebene, zerklüftete Gebiete, die etwa zehn Prozent der Oberfläche bedecken, zumeist in höher gelegenen Regionen. Sie deuten auf eine lange Abfolge tektonischer Deformierungen hin. Trotz der Vielfalt ihrer vulkanischen Strukturen konnte auf der Venus jedoch bislang keine vulkanische Aktivität beobach- tet werden. Möglicherweise ist das nur Zufall, und die bisherigen Raumsonden waren immer zur falschen Zeit am falschen Ort. Vieles deutet aber darauf hin, dass der Vulkanismus auf der Venus einem anderen Rhythmus folgt als auf der Erde.

"Während auf der Erde die innere Hitze kontinuierlich durch Vulkane nach außen abgeführt wird, scheint das auf der Venus in größeren zeitlichen Abständen in Form katastrophaler globaler Eruptionen zu geschehen", sagt Helbert. Die gleichmäßige Verteilung von Einschlagkratern lässt jedenfalls darauf schließen, dass die Venus-Oberfläche überall gleich alt ist. Demnach müsste sich die letzte katastrophale vulkanische Umformung vor etwa 500 Millionen Jahren ereignet haben. Die Auswirkungen eines solchen Ereignisses hat Sean Solomon von der Carnegie Institution in Washington gemeinsam mit zwei Kollegen in einer Modellrechnung abgeschätzt. Dagegen wirken die auf der Erde drohenden Klimaveränderungen geradezu harmlos: Die Wissenschaftler gehen davon aus, dass etwa 200 Millionen Kubikkilometer Lava ausgestoßen wurden, was einer den gesamten Planeten bedeckenden, 500 Meter dicken Schicht entspricht. Die dadurch freigesetzten Mengen an Wasser und Schwefeldioxid intensivierten den Treibhauseffekt der Atmosphäre und bewirkten über die nächsten 100 bis 200 Millionen Jahre einen Anstieg der Oberflächentemperatur um ungefähr 60 Grad, gefolgt von einer relativ raschen Abkühlung um 100 Grad aufgrund der Ausdünnung der Wolken 250 Millionen Jahre später. Die Abkühlung setzte sich nach und nach ins Innere fort und führte dazu, dass der Boden sich zusammenzog - und die von Furchen durchzogenen Ebenen herausbildete, die heute zu sehen sind.

Blick unter die Hüllen der Venus

UNTERSCHIEDE ZWISCHEN DEN NACHBARN

Dieses Modell einer Rückkopplung atmosphärischer Prozesse auf die Oberfläche erscheint grundsätzlich plausibel. Im Detail hängt es allerdings von Annahmen etwa über die Menge an freigesetzten Treibhausgasen ab. Dafür gibt es bisher nur ungenaue Messdaten. Ein Mangel, dem Venus Express abhelfen soll. Die Sonde wird die Zusammensetzung und Dynamik der Atmosphäre in verschiedenen Höhen global erfassen.

Hidenori Genda und Yutaka Abe von der University of Tokyo dürften sich besonders für die Daten von "ASPERA" interessieren. Das Messgerät soll die Wechselwirkungen zwischen den oberen Atmosphärenschichten und den Teilchen des Sonnenwinds beobachten und messen, welche Gase dadurch entweichen. Genda und Abe haben Anfang dieses Jahres ein Modell vorgestellt, um die unterschiedlichen Konzentrationen des Edelgases Argon-36 in den Atmosphären von Erde und Venus zu erklären. Auf der Venus findet sich die 50fache Menge dieses besonderen, aus der Zeit der Entstehung unseres Sonnensystems stammenden Gases. Der Grund dafür, so vermuten die Forscher, liegt in der Präsenz von Ozeanen auf den Protoplaneten, jenen Planetenvorläufern, aus denen sich vor etwa 4,6 Milliarden Jahren während der Phase der großen Kollisionen die Erde formte.

In ihrer Modellrechnung zeigen sie, dass das Aufwirbeln und Verdampfen des Wassers beim Zusammenstoß zweier Protoplaneten große Teile der Atmosphäre mit sich reißen kann. Da die dichter bei der Sonne kreisenden Bausteine der Venus nicht über flüssiges Wasser verfügten, sei dort mehr von der Uratmosphäre erhalten geblieben. Die Verteilung eines anderen Edelgases, Neon, lässt sich damit allerdings nicht gut erklären. Hier könnte Venus Express neue Erkenntnisse liefern. Ganz allgemein erhofft man sich von der Mission genauere Antworten auf die Frage, weshalb sich unser Nachbar so anders entwickelt hat als die Erde, obwohl sich beide Himmelskörper in Größe und Masse stark ähneln. Dass die Venus wie die Erde von Lebewesen bevölkert sein könnte, gilt als unwahrscheinlich.

Die beiden Standardantworten auf die Frage nach Leben auf unserem Schwesterplaneten lauten "Nein" und "NEIN!!", so der Venus-Experte David Grinspoon. Doch diese Einschätzung sei vielleicht zu stark durch unsere erdgebundene Sicht geprägt. "Eine der Lektionen, die wir aus den jüngsten Venus-Erkundungen gelernt haben, ist, dass die Natur bei der Evolution komplexer Planeten selten zweimal den gleichen Weg einschlägt. Dasselbe könnte für die Evolution komplexen Lebens gelten", sagt Grinspoon. Und der Plantenkundler steht mit dieser Haltung nicht allein. So vermuten die Astrobiologen Dirk Schulze-Makuch und Louis Irwin von der University of Texas in El Paso, dass in der Venus-Atmosphäre in einer Höhe von ungefähr 50 Kilometern Mikroben existieren könnten. Dort entspricht der atmosphärische Druck dem an der Erdoberfläche, und die Temperatur liegt bei 70 Grad Celsius. Mit mikroskopischen Lebensformen ließen sich verschiedene Merkwürdigkeiten in der chemischen Zusammensetzung der Venus-Atmosphäre erklären. Den beiden Forschern zufolge sorgen Mikroorganismen möglicherweise dafür, dass Kohlenmonoxid, Schwefeldioxid und Wasserstoff in Schwefelwasserstoff oder Carbonylsulfid umgewandelt werden, und nutzen dabei ultraviolette Strahlung von der Sonne als Energiequelle. Das würde die bislang rätselhaften dunklen Flecken auf Ultraviolettaufnahmen des Planeten erklären.

Und falls sich keine derartigen Lebensformen identifizieren lassen, wäre es dann möglich, dass sich irgendwann in der Zukunft Leben dort ansiedelt - in Gestalt menschlicher Astronauten? Völlig undenkbar ist das nicht. Zumindest in der Atmosphäre schwebende Raumstationen - dort, wo komfortablere klimatische Verhältnisse herrschen als direkt auf der Venus - wären vielleicht realisierbar. Über ein vergleichbares Konzept für unbemannte Missionen denken Wissenschaftler am Glenn Research Center der Nasa in Ohio bereits nach. Ein solargetriebenes Flugzeug könnte demnach nicht nur Messungen in der Atmosphäre vornehmen, sondern auch Roboterfahrzeuge auf der Oberfläche steuern. Denn Roboter mit ähnlichen Fähigkeiten wie denen von "Spirit" und "Opportunity", die gegenwärtig den Mars erkunden, lassen sich für den Einsatz auf der Venus bislang nicht konstruieren. "Die elektrischen Komponenten wie Motoren und Transistoren könnten wir bei den Temperaturen wohl zum Laufen kriegen", sagt Teamleiter Geoffrey Landis. "Aber nicht die Mikroelektronik für Computer."

Landis schlägt daher vor, Rover auf der Oberfläche abzusetzen, die gegen Hitze, Säure und Druck geschützt sind, aber keinen Rechner mitführen. Ihre Aktionen würden stattdessen vom 50 Kilometer darüber kreisenden Solarflugzeug gesteuert. Die Nasa-Zentrale lässt noch wenig Begeisterung für diese Idee erkennen. Doch das könnte sich ändern, sobald die ersten Messdaten von Venus Express aufbereitet sind. Vielleicht verdichten sich die Hinweise auf Theorien, die bisher noch als abenteuerlich gelten. Vielleicht gelingen Venus Express auch Entdeckungen, die niemand erwartet hat. Es wäre ja nicht das erste Mal in der Erforschungsgeschichte dieses Planeten.

Hans-Arthur Marsiske schreibt gern und oft über das Weltall. Eine Reise zur Venus reizt ihn allerdings wenig; die Dauerbewölkung dort würde ihn trübsinnig stimmen, fürchtet er.

(Text entnommen aus Technology Review Nr. 10/2005 [1]; das Heft können Sie hier [2] bestellen.) (wst [3])

URL dieses Artikels:
https://www.heise.de/-277653

Links in diesem Artikel:
[1] http://www.heise.de/tr/inhalt/2005/10
[2] http://www.heise.de/abo/tr/hefte.shtml
[3] mailto:wst@technology-review.de

Copyright © 2005 Heise Medien