Wir haben einen toxischen Zwilling. Die Venus ist der erdnächste Planet, sowohl in der Größe als auch oft in der Entfernung, doch die Oberflächenbedingungen könnten unterschiedlicher nicht sein. Ein Planet ist die Heimat von Leben im Überfluss; der andere ist höllisch heiß, erstickt von einer Atmosphäre aus Kohlendioxid, die einen Oberflächendruck erzeugt, der dem entspricht, wenn man auf der Erde fast einen Kilometer unter Wasser ist.
Es war jedoch nicht immer so. Einst könnte die Venus ein ähnliches Klima wie die Erde gehabt haben, komplett mit Wasserozeanen und Plattentektonik.
Herauszufinden, was mit der Venus schief gelaufen ist, ist die Frage hinter einer neuen Welle von Missionen zur Erforschung des Planeten. Es ist ein Unterfangen, das verspricht, neues Licht darauf zu werfen, wie Planeten bewohnbar werden, und könnte sogar unsere Suche nach Leben anderswo im Kosmos leiten.
In den letzten 20 Jahren ist die Erforschung der Venus in Ungnade gefallen. Missionen zu Mars, Jupiter, Saturn und Pluto haben die Schlagzeilen beherrscht, und die arme alte Venus ist so etwas wie ein vergessener Planet geworden. Aber das war nicht immer so. Tatsächlich war die Venus in den frühen Tagen der Weltraumforschung unser erstes Ziel …
Frühe Forscher zur Venus
1962 flog die Raumsonde Mariner 2 der NASA an der Venus vorbei und traf als erste Raumsonde auf einen anderen Planeten. Fünf Jahre später trat die sowjetische Sonde Venera 4 in die Atmosphäre der Venus ein und war damit die erste, die in die Atmosphäre einer anderen Welt eindrang.
Im selben Jahr startete Mariner 5 der NASA zur zweiten erfolgreichen Vorbeiflugmission der Weltraumbehörde. Die Erforschung der Venus war in vollem Gange.
Was folgte, war eine Reihe von Missionen, einige Misserfolge, aber meistens Erfolge, um mehr über diesen Planeten herauszufinden, der unserem eigenen auf den ersten Blick so ähnlich erschien. Ab den 1980er Jahren verlangsamte sich das Tempo jedoch erheblich. Die letzte Mission der NASA zur Venus war die Raumsonde Magellan, die 1989 gestartet wurde.
Der Grund für diesen Abbruch? Als die Daten von unserem Zwillingsplaneten zurückkamen, interpretierten Astronomen die hohen Temperaturen, die erstickende Atmosphäre und die Einschlagskrater, die sie auf der Oberfläche sahen, als Beweis dafür, dass die Venus biologisch und geologisch tot war – und daher von begrenztem Interesse für Wissenschaftler, die nach außerirdischem Leben suchen oder Erdähnliche Geologie.
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Der makellose Zustand der meisten Einschlagskrater der Venus deutete beispielsweise auf eine vergleichsweise junge Oberfläche hin, was darauf hindeutet, dass eine Art globales, vulkanisches Ereignis in der Geschichte des Planeten den Planeten vollständig neu auftauchen ließ, was zu einer dramatischen Verringerung der geologischen Aktivität führte. P>
Diese Idee steht jedoch noch zur Debatte. „Seitdem haben viele Leute [Computer-]Modelle erstellt, die darauf hindeuten, dass dies eine sehr unwahrscheinliche Interpretation ist“, sagt Dr. Sue Smrekar, Planetengeophysikerin am Jet Propulsion Lab der NASA und bekennende „Venusophile“.>
Anstelle eines großen Ereignisses, sagt Smrekar, „könnte man ‚stationäre‘ [kleinere und wiederkehrende] Prozesse des Vulkanismus haben, um die Aufzeichnung des Einschlagskraters zu erstellen.“ Diese Debatte beizulegen und die wahre Geschichte der Venusgeschichte zu entdecken, ist die Motivation hinter einer vorgeschlagenen NASA-Mission namens VERITAS, die von Smrekar geleitet wird.
Gleicher Planet, anderes Klima
Heute beträgt die durchschnittliche Oberflächentemperatur auf der Venus 462 °C. Aber der Planet war nicht immer so ein heißes Durcheinander. Als sich das Sonnensystem vor viereinhalb Milliarden Jahren in seinen Anfängen befand, sahen die Dinge noch anders aus.
„Sie würden höchstwahrscheinlich Wasser und ein angenehmes Klima auf dem Mars, der Erde und der Venus sehen“, sagt Dr. Richard Ghail von Royal Holloway, University of London, der leitender Wissenschaftler einer vorgeschlagenen Mission der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) zur Venus ist , genannt EnVision.
Zwei Milliarden Jahre später war es eine andere Geschichte. Der Mars war im Grunde tot und die Erde ein gefrorener Schneeball, sagt Ghail. Die Erde war im geologischen Sinne als Planet aktiv, aber festgefroren, so wie der Jupitermond Europa heute aussieht.
„Venus sah wahrscheinlich aus wie eine heiße Version der Erde“, sagt Ghail. „Es gab immer noch Ozeane, aber sie verdunsteten … es fing an, wirklich unangenehm zu werden.“ An diesem Punkt „würde man meinen, alle drei dieser Planeten seien biologisch dem Untergang geweiht. Und doch kam die Erde daraus heraus und in diese neue Phase, in der das Leben auftauchte“, fügt er hinzu.
Das Verständnis der geologischen Geschichte der Venus wird entscheidend sein, um die gegensätzlichen Geschicke der beiden Planeten zusammenzusetzen. Obwohl die Venus heute nicht als geologisch aktiv bekannt ist, werden ihre früheren Muster vulkanischer Aktivität ein wichtiger Hinweis sein, um uns dabei zu helfen, mehr über den Planeten herauszufinden.
Die Menge an Vulkanismus könnte zum Beispiel mit der Menge an giftigem Schwefeldioxid in der Atmosphäre der Venus zusammenhängen, was ein Hauptgrund dafür ist, dass sie unbewohnbar ist. „Letztendlich wollen wir verstehen, warum Venus und Erde unterschiedlich sind“, sagt Smrekar.
Die Oberfläche der Venus wurde seit der Magellan-Mission der NASA 1989 nicht mehr kartiert. „Wir haben jetzt bessere topografische Karten für Pluto als für die Venus, also ist es Zeit für ein Update“, sagt Smrekar.
Hier kommt VERITAS (Venus Emissivity, Radio Science, InSAR, Topography, and Spectroscopy) ins Spiel.
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Das Ziel dieser Mission, die derzeit für eine Finanzierung durch das Discovery Program der Agentur (eine Reihe von kostengünstigeren Missionen zur Erforschung des Sonnensystems) in Betracht gezogen wird, ist die Verwendung von Radar und Messungen der thermischen Eigenschaften des Planeten, um eine hochauflösende Topographie zu erstellen Karten und Informationen zu Gesteinsarten auf der gesamten Oberfläche des Planeten.
Dies wird helfen, die Natur der vulkanischen Vergangenheit der Venus zu bestimmen, aber auch die Frage beantworten, ob es jemals Plattentektonik gab und welche Rolle Wasser in ihrer Geschichte spielte.
Die Oberfläche der Venus hat eine Handvoll riesiger Plateaus. „Wenn diese Merkmale in Zusammensetzung und Ursprung denen auf der Erde ähnlich sind, sagt uns das, dass die Venus einige sehr erdähnliche Prozesse durchlief und dass Wasser bei der Gestaltung der [venusischen] Oberfläche wirklich wichtig war“, sagt Smrekar.
Sie fügt hinzu, dass wir durch die Untersuchung der Gesteinsarten auf der Venus herausfinden könnten, ob dort einmal Wasser war oder nicht. Beispielsweise können bestimmte Gesteinsarten nur entstehen, wenn Lava auf Wasser trifft. In der Zwischenzeit wird die Untersuchung, ob die Oberfläche der Venus in kontinentähnliche Merkmale aufgeteilt ist, zeigen, ob sie einst Plattentektonik hatte.
Auf der Erde spielt die Plattentektonik eine wichtige Rolle im Kohlenstoffkreislauf und trägt dazu bei, Kohlendioxid aus der Atmosphäre zu entfernen. Ein Mangel an Plattentektonik auf der Venus könnte also helfen zu erklären, warum die Atmosphäre dieses Planeten so viel Kohlendioxid enthält (96,5 Prozent), das wiederum für den außer Kontrolle geratenen Treibhauseffekt der Venus verantwortlich ist.
VERITAS ist nur eine von mehreren Missionen, die zur Erforschung der Venus vorgeschlagen werden. Ein weiteres im Discovery Program der NASA ist DAVINCI (Deep Atmosphere Venus Investigation of Noble gases, Chemistry, and Imaging).
Wenn ausgewählt, würde diese Mission beinhalten, eine Abstiegssonde durch die Atmosphäre zu werfen und die chemische Zusammensetzung bis zur Oberfläche in High-Fidelity zu messen, Informationen über den Ursprung und die Entwicklung der Venusatmosphäre zu liefern und bei der Beantwortung der Frage zu helfen, warum sie anders ist zu dem der Erde.
DAVINCI verlor in der Vorschlagsrunde 2015 gegen zwei andere Missionen, Psyche und Lucy, wurde aber im Juli dieses Jahres erneut eingereicht.
Unterdessen ist LLISSE (Long-Life In-situ Solar System Explorer) ein weiteres vorgeschlagenes NASA-Projekt, das nicht mit dem Discovery-Programm verbunden ist. Dies begann 2017 als Projekt zur Entwicklung kleiner Lander und Instrumente, die im Gegensatz zu den Minuten früherer Missionen tagelang auf der Venusoberfläche überleben können.
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„Diese Fähigkeit wird unser Verständnis der Venus revolutionieren, indem sie uns ermöglicht, zu sehen, wie sich die Bedingungen im Laufe der Zeit ändern, und uns neue Einblicke in die dynamischen Prozesse gibt, die in der Atmosphäre der Venus ablaufen“, sagt Dr. Lori Glaze, Direktorin der Planetary Science Division der NASA und Teil der NASA Bemühungen zur Unterstützung von LLISSE.
„Solche Informationen sind entscheidend, um die Geschichte des Wassers und möglicherweise bewohnbare Perioden in der Vergangenheit der Venus zu verstehen. Aber dazu braucht es eine Elektronik, die Temperaturen von über 470°C übersteht.“
Standard-Siliziumelektronik bricht unter diesen Bedingungen schnell zusammen, daher würde LLISSE hochmoderne Siliziumkarbid-Halbleiter verwenden. Das Ziel ist eine Sonde auf der Oberfläche der Venus, die vor Ort Daten über das Wetter des Planeten sammelt – etwas, das einen Durchbruch für die Weltraumforschung bedeuten würde.
Der Ausblick auf zukünftige Missionen zur Venus
Derzeit ist keine dieser Missionen in Stein gemeißelt. Von allen vorgeschlagenen Sonnensystem-Missionen im Discovery-Programm der NASA im Jahr 2019 werden fünf die nächste Entwicklungsstufe erreichen, und eine wird schließlich mit einem geplanten Start für 2021 fortgesetzt. In der Zwischenzeit hofft man, dass die LLISSE-Sonde dazu bereit sein wird gehen im Jahr 2023, wahrscheinlich von einer anderen Mission zur Venus gebracht.
Auch die Venusoberfläche will die ESA mit Radar untersuchen. Die Raumsonde EnVision würde vier Jahre damit verbringen, den Planeten zu umkreisen, zu untersuchen, wie viel Vulkanismus stattfindet und ob sich die Oberfläche bewegt, und auch die innere Struktur des Planeten charakterisieren.
All dies wird dazu beitragen, ein detaillierteres Bild der Unterschiede – und Ähnlichkeiten – zwischen Venus und Erde zu erstellen. „Es wäre wirklich aufregend, echte Vergleiche mit der Erde anzustellen“, sagt Ghail und verweist auf die Tatsache, dass die Venus-Daten eine ähnliche Auflösung haben werden wie die geologischen Daten, die wir bereits für die Erde haben.
Ein Teil der EnVision-Mission würde den Versuch beinhalten, die sowjetischen Venera-Lander zu entdecken, die Bilder der Oberfläche zurück zur Erde schickten. „Wir wollen feststellen, wo sie sich befinden [nachdem sie auf der Oberfläche abgestürzt sind], und dann ihre unmittelbare Umgebung abbilden, um den Bildern einen Sinn zu geben“, sagt Ghail.
Dadurch können Forscher die Chemie der von den Landern analysierten Gesteine mit einem bestimmten Gebiet auf der Venus in Verbindung bringen.
EnVision befindet sich derzeit in seiner ersten Studienphase, die im Frühjahr 2021 endet. Wenn es ausgewählt wird, wird es 2032 starten und nach einer fünfmonatigen Kreuzfahrt auf der Venus ankommen. Aber NASA und ESA sind nicht die einzigen Raumfahrtagenturen, die die Venus im Auge haben.
Russland will seine Erforschung des Planeten mit Venera-D fortsetzen, einer vorgeschlagenen Mission, die einen Orbiter und einen Lander umfasst. Und auch die Indian Space Research Organization (ISRO) plant einen Orbiter namens Shukrayaan-1.
Alle diese Missionen versprechen, uns bei der Beantwortung der Frage zu helfen, wie sich die Venus so sehr von der Erde unterscheidet. Aber sie haben auch eine noch größere Frage im Auge:Gibt es anderswo im Kosmos Leben? Sobald wir eine bessere Vorstellung von den Prozessen haben, die einen Planeten bewohnbar machen können, werden Exoplanetenjäger eine bessere Vorstellung davon haben, wo sie auf anderen Welten nach Leben suchen können.
„Wir müssen verstehen, was mit der Venus passiert ist und wie häufig dieses Schicksal ist, um abzuschätzen, wie viele potenziell bewohnbare Planeten es gibt“, sagt Prof. Abel Méndez, Direktor des Planetary Habitability Laboratory an der Universität von Puerto Rico in Arecibo. P> 
Weitere Hinweise werden kommen, wenn Astronomen ihre Fähigkeit verbessern, Atmosphären von Exoplaneten zu erkennen und zu messen. „Wir können die Erde im Moment nicht von der Venus unterscheiden“, sagt Méndez. Ein grundlegender Unterschied zwischen den beiden Planeten ist die erstickende, extra dicke Atmosphäre der Venus. Diese [Dicke] ist „etwas, das wir noch für keinen erdgroßen Planeten messen können, aber wir kommen näher“, sagt er.
Sobald Astronomen mehr Informationen über Exoplanetenatmosphären haben, können sie diese mit Messungen der Entfernung des Planeten von seinem Mutterstern kombinieren, um eine bessere Vorhersage darüber zu erhalten, wie wahrscheinlich es ist, dass er bewohnbar ist.
Denn wie die Erde und die Venus gezeigt haben, ist Entfernung nicht alles. „Selbst die Erde mit einer venusähnlichen Atmosphäre wäre zu heiß für Leben“, sagt Méndez.
Es mag eine Weile dauern, bis wir endgültige Antworten darauf haben, wie viele Venus es im Kosmos gibt und warum zwei so nahe beieinander liegende Planeten so unterschiedliche Schicksale haben könnten, aber es scheint, dass der Blick der Astronomen der Welt endlich zurückkehrt gegenüber unserem nächsten Nachbarn. Manchmal stellt sich heraus, dass die interessantesten Dinge direkt vor unserer Nase liegen.