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13. November 2019

Venus als bewohnbarer Nachbar: Forscher berichten von Rätseln der Frühgeschichte der Planeten




Sputnik-Korrespondenten haben beim Besuch eines Seminars mit der NASA am Institut für Weltraumforschungen der Russischen Akademie der Wissenschaften, bei dem es um den Landepunkt für die Venera-D-Mission ging, erfahren, wie dieser Planet unmittelbar nach der Entstehung des Sonnensystems aussah.

Venus als Exoplanet

Wie entstand Leben im Sonnensystem? Gibt es dieses noch irgendwo im Universum? Das sind derzeit die heißesten Fragen in der Astronomie. Wissenschaftler suchen nach Himmelskörpern, die der Erde ähnlich sind, und wo es Spuren flüssigen Wassers geben kann. Ganz in der Nähe gibt es einen Planeten, der nach Größe und Gewicht unserem Planeten ähnlich ist – die Venus.

Es heißt, dass Erde und Venus sich in einer Region der protoplanetaren Scheibe aus dem gleichen Stoff bildeten, doch später ging die Entwicklung verschiedene Wege.

Die Erde ist von Atmosphäre umhüllt, die fast 20 Prozent Sauerstoff enthält. Ein mäßiger Treibhauseffekt und das Vorhandensein der Ozeane schaffen Bedingungen auf der Oberfläche für Leben. Venus ist von einer Hülle aus Kohlenwasserstoff umgeben, die Temperaturen auf der Oberfläche liegen bei fast 500 Grad Celsius – wegen des enormen Treibhauseffekts und Drucks in Höhe von 92 Atmosphären.

Überraschenderweise stellten die Wissenschaftler fest, dass die Bedingungen auf 50 Exoplaneten, die nach ihrer Größe mit der Erde vergleichbar sind, mehr denen auf der Venus ähneln.

Die Venus bleibt ein wenig außerhalb der Grenzen der Zone der Bewohnbarkeit – so werden Orbits genannt, bei denen die Strahlung des Sterns nicht so stark ist, um flüssiges Wasser zu vernichten. Sie bekommt mehr Energie von der Sonne als vom eigenen Stern, einem roten Zwerg, einem der aussichtsreichsten Exoplaneten für die Suche nach Spuren von Leben – TRAPPIST-1d, der an der Grenze der Zone der Bewohnbarkeit liegt.

Da wir in der absehbaren Zukunft direkt keine Daten über die Bedingungen auf Exoplaneten bekommen werden, ist die Venus die beste Variante zur Erforschung der Evolution der Planeten und der Bedingungen ihrer Bewohnbarkeit.

Wie Michael Way von Goddard Space Flight Center sagte, ist Venus für astrobiologische Studien von sehr großer Bedeutung. Man will dabei verstehen, wie sich die Atmosphäre herausbildete, wie die Geschichte ihrer Oberfläche ist, welche Temperaturen es in der Vergangenheit gab.

Alle Fragen zur Bewohnbarkeit der Venus stoßen auf die Frage nach der Existenz von flüssigem Wasser. Indirekt weist darauf ein ungewöhnliches Verhältnis des Gehalts von Deuterium und Wasserstoff hin, das um ein Vielfaches größer als auf der Erde ist. Es wurde 1978 erstmals von der US-Sonde Pioneer entdeckt und von der europäischen Raumsonde Venus-Express bestätigt. Das könnte erklären, ob es auf dem Planeten früher sehr große Ozeane gab, die verdampften, und der leichte Wasserstoff die Atmosphäre verließ.

Wann verdampften die Ozeane und aus welchem Grund? Die Antworten auf diese Fragen kann nur eine künftige Venus-Mission geben, die Informationen über flüchtige Elemente in der Atmosphäre und auf der Oberfläche sammeln wird, so Way.

Zu sauer

Die Raumsonden Venus, Pioneer und Vega legten offen, dass es in der Atmosphäre der Venus drei Wolkenschichten mit Schwefelsäure gibt. Die oberste Schicht ist von der Erde mit ferngesteuerten Methoden gut zu sehen, darunter im UV-Bereich, also bei Sonnenstrahlen. Darunter liegen die mittlere und niedrige Schicht, die unmittelbar nicht zu sehen sind, weil die obere Schicht nicht transparent ist.

„Welche Substanz neben CO2 nimmt die Sonnenstrahlung in der Venus-Atmosphäre auf? Gas, feste Teilchen oder noch etwas?“, fragt sich Planetenforscher Sanjay Limaye von der University of Wisconsin-Madison.

Es gibt zwei Mutmaßungen – ein chemisches fehlendes Gleichgewicht in der Atmosphäre und Mikroorganismen in den Wolken. Würde dort Methan gefunden, wäre das ein eindeutiges Anzeichen zugunsten der zweiten Version. Auf der Erde ist dieses Gas vorwiegend biogener Herkunft.

Viele Arten der Mikroorganismen ernähren sich auf der Erde statt Sauerstoff mit Schwefelverbindungen. Hätte es solche Bakterien an Bord der sowjetischen und US-Sonden gegeben, die in der Venus-Atmosphäre waren, hätten sie sich an das Leben in ihren Schwefelwolken anpassen können, führte Limaye aus.

Über die Parameter der Wolkenschichten sprach Dr. Biol. Oleg Kozurbenko von der Staatlichen Universität Jugra. Im Unterschied zu der glühenden Oberfläche ist die Temperatur in der Atmosphäre nicht hoch. In einer Höhe von 50 Kilometern liegt sie nur bei 50 Grad Celsius – ziemlich annehmbar für das Leben von Bakterien irdischen Typs. Der Druck dort liegt bei zwei Atmosphären und weniger. Unter solchen Bedingungen befinden sich thermophile, azidophile Bakterien, gewöhnliche Bewohner heißer Quellen, Vulkane und des Meeresbodens.

Sie hätten in den Venus-Wolken überleben und autonome Gemeinschaften bilden können, so der Experte. Das einzige Problem – ein pH-Wert in Höhe von 0,3 ist zu niedrig für irdische Organismen.

Junge Venus als Wiege des Lebens

In der Prä-Satelliten-Ära dachten die Forscher, dass Venus der Erde ähnlich sei, dass es dort eine Sauerstoff-Atmosphäre und Wolken aus Wasserdampf gebe. David Grinspoon erinnert sich an die Enttäuschung der Wissenschaftler im Jahr 1967, als die Sonde Mariner Informationen über eine Gashülle des Planeten übergab. Es wurde klar, dass Venus für das Leben absolut ungeeignet ist.

1997 übergab der Wissenschaftler einem Verlag das Manuskript des Buchs „Venus revealed“, wo von der möglichen Existenz von azidophilen Bakterien in Schwefelwolken geschrieben wurde. Sie werden durch die Energie chemischer bzw. Photoreaktionen ernährt, die dank Vulkanismus aufrechterhalten werden. Ein unbekannter Absorber von UV-Strahlung kann ein photosynthetisches Pigment, ein Produkt ihres Metabolismus sein, so Grinspoon. Mikroben vermehren sich mithilfe von Sporen, die die härtesten Bedingungen überleben und die Bildung der Aerosol-Teilchen der Schwefelsäure auslösen können. Sie beeinflussen die Widerspiegelungs- und Strahlungseigenschaften der Wolken und vielleicht sogar ihre Dynamik.

Solche Ideen schienen dem Redakteur des Verlages zu spekulativ zu sein, die das Vertrauen in das Buch gänzlich untergruben. Er bat, sie zu entfernen. Doch der Autor lehnte den Vorschlag ab. Grinspoon zufolge sind die Wolken auf der Venus viel länger und stabiler als auf der Erde. Die Aerosol-Teilchen existieren da monatelang und fallen nicht nach unten. In der oberen Schicht bilden sich Teilchen in Submikronen-Größe. Die größeren Tropfen liegen in der niedrigen Schicht, ihr Durchmesser liegt bei bis zu sieben Mikrometer.

In der oberen Schicht gibt es Teilchen unbekannter Natur, die fast die Hälfte der Wärme von der Sonne aufsaugen. Vielleicht sind es Schwefel- bzw. Chlorverbindungen, doch bislang passt kein einziger Kandidat zu dem beobachteten Spektrum. Zudem ändert sich die Aufsauge-Fähigkeit stark abhängig von Zeit und Raum. Das alles soll nun erklärt werden. Diese Hypothese über Mikroorganismen existiert neben einigen anderen.

Auf der frühen Venus hätten die Bedingungen vor Milliarden Jahren sogar günstiger als auf der Erde sein können. Vielleicht war dieser Planet sogar als erster bewohnbar?

„Wann verlor die Venus das Wasser?“ – so lautet die Hauptfrage von Grinspoon. Er zeichnet folgendes Bild: So lange das Innere des Planeten aktiv war, existierte dort ein geschmolzener Magma-Ozean, auf der Oberfläche strömte Lava aus den Vulkanen. Es gab Wasser, sein Dampf bildete die Wasser- und Sauerstoffatmosphäre.

In früheren Phasen konnten die Venus, die Erde und der Mars Stoffe austauschen, darunter biologische. Als vor etwa drei bzw. dreieinhalb Milliarden Jahren die Venus begann, ihr Wasser zu verlieren, passten sich ihre Bewohner dem Leben in Schwefelwolken an.

„Die ersten zwei Milliarden Jahre könnte die Erde zwei Nachbarn mit Ozeanen auf der Oberfläche und Leben gehabt haben“, so der Wissenschaftler.





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