Es ist typisch, dass Sie auf eine Venus-Mission warten und gleich drei auftauchen:DAVINCI+ und Veritas, gesendet von der NASA, und EnVision, gesendet von der ESA. Der Planetenforscher Paul Byrne enthüllt, wie diese Missionen helfen könnten, eine der größten Fragen der Wissenschaft zu beantworten:Ist die Erde einzigartig?
Wir gehen zurück zur Venus. Warum ist das so aufregend?
Es gibt zwei Gründe. Das erste ist, dass wir es eine Weile nicht getan haben. Wenn ich wir sage, meine ich die Vereinigten Staaten.
Derzeit befindet sich eine Sonde auf der Venus. Die japanische Weltraumbehörde hat den Akatsuki-Orbiter, einen auf Klimaatmosphäre fokussierten Orbiter, der dort seit mindestens fünf Jahren in Betrieb ist. Und es wurden Sonden von der ESA geschickt, die die Venus aus dem Orbit untersucht haben.
Die Venus war früher das Aushängeschild für die Planetenerkundung. Wir waren daran interessiert, weil es eine große, felsige Welt gleich nebenan war. Es ist näher an der Erde als der Mars. Es dauert weniger Zeit, um dorthin zu gelangen. Und die optimale Ausrichtung für Starts kommt häufiger vor als für den Mars.
Und denken Sie daran, Venus ist nicht wie Erde oder Mars. Sie können die Oberfläche der Venus nicht aus dem Weltraum sehen, weil ihre dichte Atmosphäre die Oberfläche für sichtbare Wellenlängen verdeckt.
Das bedeutet, dass wir einige grundlegende Fragen für die Venus haben, solche, die wir uns seit Jahrzehnten stellen, und solche, die wir gerade erst entdeckt haben. Wir sind jetzt bereit, das zu korrigieren.
Was ist der andere Grund?
In den letzten 10 Jahren konzentrierte man sich zunehmend auf Exoplaneten – Planeten, die andere Sterne als unseren eigenen umkreisen. Im Moment ist unsere Fähigkeit, sie zu entdecken, auf Planeten wie die Erde und die Venus ausgerichtet:felsige Welten, die nahe um ihren Stern kreisen. Sie sind einfach besser zu sehen, da sie öfter an ihrem Stern vorbeiziehen. Außerdem sind wir grundsätzlich daran interessiert zu verstehen:Gibt es da draußen andere Erden? Sind wir einzigartig?
Unsere Fähigkeit, den Radius eines Planeten aufzulösen, kann derzeit nicht zwischen einem Planeten wie der Venus und einem anderen wie der Erde unterscheiden. Wenn Sie eine Nachricht über eine „erdähnliche Welt“ sehen, können Sie genauso gut eine venusähnliche Welt sagen. Wir können den Unterschied nicht erkennen. Es wirft eine grundsätzliche Frage auf. Wenn wir erdgroße Welten finden, können wir vernünftige Vermutungen darüber anstellen, wie ihre Bedingungen sind? Werden wir Ozeane, Bäume und Wolken finden oder werden wir bei einem selbstreinigenden Ofen wie der Venus landen?
Warum sind wir also nicht zurückgegangen oder haben uns das genauer angesehen?
Ich weiß wirklich nicht, warum insbesondere die NASA nicht zurückgegangen ist. Ich habe Gedanken (mit einem großen T). Dass der Betrieb an der Oberfläche technisch äußerst anspruchsvoll ist, gehört sicher dazu. Es ist einfacher, Wissenschaft auf dem Mars und dem Mond zu betreiben. Auf denen kannst du für eine Weile landen und operieren, aber nicht auf der Venus.
Aber Sie können problemlos so lange in der Venusumlaufbahn bleiben, wie Sie möchten. Und der einzige andere Ort im Sonnensystem, den wir derzeit kennen, der in Bezug auf Temperatur und Druck erdähnlich ist, liegt etwa 55 km hoch in der Venusatmosphäre. So schlimm es am Boden auch ist, in dieser Höhe sind es etwa ein Bar und null Grad Celsius. Sie können einen Parka anziehen. Sie könnten auf einer Luftplattform oder einem Luftschiff vor einer Gondel stehen und in Sicherheit sein.
Tatsächlich flogen die Franzosen mit den sowjetischen Vega-Missionen im Jahr 1985 zwei Ballons auf der Venus in etwa dieser Höhe. Sie arbeiteten etwa zwei Tage lang in der Venusatmosphäre. Sie waren nicht viel mehr als Tech-Demonstrationsmissionen.
Also denke ich, dass es mehr als nur die Schwierigkeit gibt. Interessant ist der zeitliche Ablauf. 1996 kommt ALH84001 auf den Markt. Dies war ein Meteorit, der 1984 in der Antarktis gefunden wurde, von dem später erkannt wurde, dass er vom Mars stammte, und es wurde möglicherweise angenommen, dass er versteinerte Mikroben vom Roten Planeten enthielt.
Am Ende war der überwältigende wissenschaftliche Konsens, dass dies keine Anzeichen von außerirdischem Leben waren, aber dieser Moment verlagerte den Fokus sofort auf den Mars als eine Welt, die potenziell bewohnbar und potenziell bewohnt war. Dies geschah ungefähr zur gleichen Zeit, als die Magellan-Mission, die zur Venus ging, zu Ende ging, und es half der Venus-Community sicherlich nicht, ihre Währung zu behalten. Aber es gibt keinen bestimmten Grund, warum die Venus wissenschaftlich weniger verdienstvoll ist als der Mars, und ich denke, viele Wissenschaftler würden zustimmen, dass die Venus tatsächlich interessanter ist.
Was glauben wir, basierend auf dem, was wir damals wissen, wie die Oberfläche der Venus aussieht?
Es sind etwa 470 °C. Und es ist überall fast diese Temperatur, von den Polen bis zum Äquator. Es ist alles Müll. Du wirst nicht angezündet, aber du wirst backen. Die Venus befindet sich in einem außer Kontrolle geratenen Treibhauszustand. Und wem das nicht reicht, die Atmosphäre besteht zu 96,5 % aus CO2 . Sie werden also ziemlich schnell ersticken. Und dann ist da noch der Druck. Der atmosphärische Druck an der Oberfläche beträgt das 90-fache der Raumtemperatur. 90 Balken. Das entspricht 1 km unter Wasser auf der Erde.
Dann gibt es schwefelsauren Regen. Es gibt eine globale Wolkenschicht und diese Wolken bestehen überwiegend aus Schwefelsäure. Wir glauben nicht, dass es auf der Oberfläche regnet. Es ist zu heiß. Wir glauben also, dass es eine Art Niederschlag vom Boden der Wolkenschicht nach unten gibt, aber der Regen erreicht nie den Boden. Sie müssen sich nur damit auseinandersetzen, wenn Sie durch die Wolken reisen.
Abgesehen von all diesen Dingen ist es in Ordnung.
Wenn Sie etwas landen wollen, ist das Hauptproblem die Elektronik. Die Lander, die wir in der Vergangenheit geschickt haben, werden heute noch dort sitzen. Sie könnten verwittert sein, aber es waren Titankugeln – auf keinen Fall sind sie geschmolzen. Aber die Elektronik wird durchgebrannt sein.
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Welche grundlegenden Fragen zur Venus werden uns diese Missionen bei der Beantwortung helfen?
Warum ist ein Planet, der in Größe, Zusammensetzung, Alter und Umlaufbahn der Erde so ähnlich ist, der Erde so unähnlich? Sie können fast alles in diesen Regenschirm einrahmen. Diese Missionen werden das nicht lösen, aber sie werden uns helfen, es anzugehen.
Wir haben zwei Modelle dafür, wie die Venus entstanden ist. Das erste ist, dass der Planet immer schrecklich war. Es begann in der sogenannten Magma-Ozean-Phase, von der wir glauben, dass dies bei den meisten Gesteinsplaneten der Fall ist.
Die Idee ist, dass diese frühe Venus der Sonne zu nahe war, um jemals lange genug abzukühlen, um die Gase in der Atmosphäre zu kondensieren. Insbesondere H2 O kühlte nicht genug ab, um Ozeane zu bilden, die den Boden bedecken und Krusten bilden, und am Ende hält es nur CO2 fest Atmosphäre. Das bedeutet, dass die Venus in einen außer Kontrolle geratenen Treibhauseffekt gerät (sie kann nicht so viel Wärme verlieren, wie sie gewinnt), und so ist der Planet von Anfang an ruiniert. In diesem Fall ist die Antwort darauf, warum die Venus so seltsam ist, dass sie einfach davon abhängt, wie weit sie von der Sonne entfernt ist. Das ist es.
Das zweite Szenario ist, dass die Venus tatsächlich genau wie die Erde gewesen sein könnte, mit Ozeanen und Plattentektonik. Eine der interessantesten Entdeckungen der Venus-Missionen in den 70er und 80er Jahren hatte mit etwas zu tun, das als Deuterium-Wasserstoff-Verhältnis bezeichnet wird [Deuterium ist ein Wasserstoffisotop].
Auf der Venus haben wir entdeckt, dass das Verhältnis etwa 100-mal höher ist als das der Erde, und die beste Erklärung dafür ist, dass die Venus irgendwann viel Wasser gehabt haben könnte und jetzt ist es weg. Die Oberfläche ist knochentrocken. Was bedeutet, dass irgendein Ereignis diesen außer Kontrolle geratenen Treibhauseffekt ausgelöst hätte.
Wie werden diese Sonden Antworten liefern?
Die DAVINCI+-Mission wird einen Orbiter haben, aber der Star der Show ist die Sonde, die im Laufe einer Stunde an einem Fallschirm zum Planeten hinabsteigen wird. Dann wird es aus etwa 60 km freier Fall in Richtung Oberfläche fallen. Es wird das Deuterium-Wasserstoff-Verhältnis messen. Im Moment ist der Fehlerbalken bei den Messungen aus den 70er und 80er Jahren ziemlich groß. Das Deuterium-Wasserstoff-Verhältnis sagt uns, wie viel Wasser es auf der Venus gab, aber es sagt uns nicht, in welchem Zustand es war.
Das Wasser könnte ein heißer Dampf gewesen sein, der die Atmosphäre erfüllte, oder dieses Wasser könnte eine kühle Flüssigkeit gewesen sein, die Ozeane auf einer milden Oberfläche bildete. Um das herauszufinden, müssen wir die vorhandenen Edelgase messen. Die Edelgase sind hier unsere Freunde:Helium, Argon, Xenon, Neon. Sie sind an verschiedene Teile des Planeteninneren gebunden, und wenn wir uns ihre Konzentration ansehen, können wir ein Modell dessen bauen, was aus dem Planeteninneren ausgestoßen wurde, und uns ein Bild von der Geschichte der Venus und dem Zustand ihres Wassers machen wäre drin gewesen, wenn es es gegeben hätte.
Wenn wir also herausfinden, welches der beiden Szenarien auf die Venus zutrifft, bekommen wir eine bessere Vorstellung davon, wie einzigartig die Erde sein könnte?
Hier wird es interessant. Wenn wir herausfinden, dass es das erste Szenario ist, dass es immer zu heiß war, macht das die Sache etwas einfacher. Wir können einfach auf die Entfernung eines Planeten vom Stern schauen und sagen:„Okay, er ist in der Venuszone, er wird wahrscheinlich zerstört werden.“ Und dann können wir das testen.
Aber wenn es sich um Szenario zwei handelt, hat das große Auswirkungen. Jüngste Arbeiten unter der Leitung von Michael Way vom Goddard Institute of Space Science der NASA haben Modelle erstellt, die zeigen, dass Wolkenschichten die Venus schon früh kühl gehalten haben könnten. Danach hätte der Planet stabil bleiben sollen.
Offensichtlich ist etwas schief gelaufen. Und genau da legt das Modell nahe, dass irgendetwas einen ganzen Haufen CO2 eingebracht hat geologisch gesehen schnell in die Luft. Der einzige Prozess, der uns dazu einfällt, sind Vulkane. Viele von ihnen. Sie setzen viel CO2 ein in die Luft. Nicht so viel wie Menschen, aber wenn Sie in geologisch kurzer Zeit genügend große Eruptionen haben, ist es möglich, dass Sie genug CO2 ablassen in die Atmosphäre, dass Sie einen Klimawandel auslösen könnten.
Der springende Punkt dabei ist zu sagen, dass wir nicht wissen, was diese Ereignisse antreibt, wir wissen nicht, ob sie in einem Zyklus auftreten oder ob sie zufällig sind.
Wenn Szenario zwei für die Venus richtig ist, war es dann einfach Pech, dass ein paar Vulkane gleichzeitig ausbrechen und diesen unwiderruflichen Weg des Klimawandels gehen? Oder hat die Erde Glück, dass es hier noch nicht passiert ist? Vielleicht ist Venus die „normale“ und vielleicht ist die Erde ungewöhnlich. Was auch immer wir auf der Venus finden, wird wichtig sein, um die Geschichte und Zukunft unseres eigenen Planeten zu verstehen, aber auch, was wir um andere Sterne herum sehen werden.
Werden wir ein neues Gefühl dafür bekommen, wie es ist, auf der Venus zu stehen?
Der Ort, an dem sie die Sonde absetzen, ist ein Gebiet namens Alpha Regio. Es ist eine Landfläche auf der Venus, die Tessera genannt wird. Das ist kein geologischer Begriff, sondern das, was die Russen erfunden haben, als sie dieses Terrain entdeckten. Ungefähr 7 Prozent der Oberfläche der Venus scheinen mit Steinchen bedeckt zu sein, was viel ist, wenn man bedenkt, dass die Venus keine Ozeane hat.
Es scheint tektonisch geformt zu sein:Es gibt viele Brüche in verschiedenen Ausrichtungen sowie Falten. Aber wir wissen nicht, was es ist. Es ist anders als alles andere im Sonnensystem.
Wenn DAVINCI+ auf die Oberfläche fällt und sich der Dunst auflöst, wird es eine Reihe von Bildern in festgelegten Höhen nach unten aufnehmen. Dies werden die Bilder mit der höchsten Auflösung sein, die wir je hatten. Sie ermöglichen es uns, hinein- und herauszuzoomen, um die Struktur zu verstehen.
In der Zwischenzeit wird uns Veritas mit unglaublich hochauflösenden Radardaten versorgen – bis zu 10 m pro Pixel an Ort und Stelle. Es wird so sein, als würde man ein Computerspiel aus den 80ern mit einem von heute vergleichen. Wir werden Dinge sehen, von denen wir uns nicht einmal vorstellen konnten, dass sie auf der Oberfläche der Venus vorhanden sind. Veritas wird uns einen viel besseren Überblick über die Struktur der Venus geben, die Oberfläche, das Innere und sogar den Kern.
Wie sieht also das nächste Jahrzehnt für einen Planetenwissenschaftler wie Sie aus?
Diese Missionen sind bahnbrechend. Sie sind das Versprechen eines zweiten goldenen Zeitalters der Erforschung der Venus.
Persönlich setze ich mich dafür ein, meinen Teil dazu beizutragen, dass dies nicht die einzigen beiden Missionen sind, zu denen die NASA beschließt, die Venus in den nächsten 30 Jahren zu schicken. Diese beiden Missionen werden nicht alle Fragen beantworten.
Wenn DAVINCI+ jedoch sein endgültiges Ziel, die Tessera, erreicht, könnte es sich effektiv um einen zukünftigen Landeplatz handeln. Zufälligerweise gibt es neue Forschungsergebnisse, die zeigen, dass es möglich ist, Schaltungsverbindungen, Transistoren und Kabel aus Siliziumkarbid zu bauen, die bei Venustemperaturen problemlos funktionieren können. Wir könnten also eine Station sehen, die 60-120 Tage auf der Oberfläche bleiben könnte, die tatsächlich in der Lage wäre, eine Probe zu testen, die von der Oberfläche der Venus genommen wurde.
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