Venus (Teil 3): Leben auf dem zweiten Planeten

Die Venus gehört nicht zu den Orten in unserem Sonnensystem, die lebensfreundliche Bedingungen bieten. Aber war das zu alle Zeiten so? Und herrschen überall auf der Venus lebensfeindliche Bedingungen?

Die Venusbewohner, meinte der französische Gelehrte Bernard le Bovier de Fontenelle (1657 – 1757), „ähneln den Mooren von Grenada: ein kleines schwarzes Volk, von der Sonne verbrannt, voll Geist und Feuer, immer verliebt, Verse schmiedend, die Musik liebend, immerzu Feste, Tänze und Turniere erfindend“ (Entretiens sur la pluralité des mondes, Seite 108 in der Ausgabe von 1766).

Bevor man wirklich über die Verhältnisse auf dem zweiten des Planeten des Sonnensystems Bescheid wusste, spekulierten spekulierten Gelehrte, Astronomen und Verfasser fantastischer Geschichten über das Leben auf dem Nachbarplaneten der Erde. Heute weiß man, dass zumindest auf der glühend heißen Oberfläche kein Leben existiert. Aber war das immer so?

Die Venus entstand vor etwa 4,5 Milliarden Jahren – zur gleichen Zeit wie die Erde. Die Sonne schien damals noch schwächer, und die Venus entwickelte sich in der Frühzeit wahrscheinlich wie ihre Schwester, die Erde. Auf der Erde sind die ersten nachweisbaren Mikroorganismen 3,465 Milliarden Jahre alt. Aber wahrscheinlich erschien das Leben auf dem blauen Planeten noch früher, nämlich kurz nachdem sich die Ozeane vor 4,4 Milliarden Jahren gebildet hatten. Es ist anzunehmen, dass der zweite Planet des Sonnensystems in seiner Frühzeit ebenfalls Ozeane besaß – und möglicherweise auch Leben.

Deuterium und Wasserstoff

Das einstige Vorhandensein von Wasser auf der Venus ist nicht reine Spekulation. Es gibt sogar einen Hinweis dafür. 1978 erreichte die NASA-Sonde Pioneer-Venus 2 den Nachbarplaneten der Erde und tauchte gemeinsam mit drei Tochtersonden in die Lufthülle ein, um die Atmosphäre zu analysieren. Eines der überraschenden Ergebnisse war, dass das Verhältnis von Deuterium- zu Wasserstoffatomen 100-mal größer war als auf der Erde. Zur Erinnerung: Während ein Wasserstoffatom nur ein Proton hat, besteht der Deuteriumkern aus einem Proton und einem Neutron. Deuterium wird deshalb auch „Schwerer Wasserstoff“ genannt. Auf der Erde kommen auf jedes Deuteriumatom ungefähr 10000 Wasserstoffatome. Man kann davon ausgehen, dass auf der Venus ursprünglich diese Atome im gleichen Verhältnis vorhanden waren. Aber von dem „leichteren“ Wasserstoff verschwand mehr in den Weltraum als von dem „schwereren“ Deuterium. Deshalb kommen heute auf ein Deuteriumatom 100 Wasserstoffatome.

Langsamer oder plötzlicher Wandel

Die Venus verlor wahrscheinlich 99,9 Prozent des Wassers, das sich einst auf dem Planeten befand. Wie konnte das geschehen?

Eines der Modelle geht von einem graduellen Wandel aus. Da sich der zweite Planet näher an der Sonne befindet, erwärmt er sich stärker und mehr Wasser gelangt in die Atmosphäre. Mit dem Verdunsten des Wassers verschwindet das Schmiermittel für die Plattentektonik, und damit kommt auch ein Mechanismus zu Stillstand, der Kohlenstoff von der Oberfläche ins Planeteninnere transportierte. Die Folge ist ein Treibhauseffekt, der den Planeten in eine heiße, ausgetrocknete, lebensfeindliche Welt verwandelt.

Schematische Darstellung der Umlaufbahnen der inneren Planeten und des Bereichs, der ungefähr als habitable Zone angesehen wird.
„Habitable Zone“ oder „bewohnbare Zone“, im Englischen auch „Goldilock Zone“ genannt, bezeichnet den Bereich, in dem sich die Umlaufbahn eines Planeten befinden muss, damit Wasser dauerhaft im flüssigen Zustand bleiben kann (im Bild blau eingzeichnet). Flüssiges Wasser wird als Voraussetzung für die Existenz von Leben angesehen. Über die Grenzen dieser habitablen Zone sind sich die Wissenschaftler nicht einig. Die Venus scheint sich am inneren Rand oder außerhalb des inneren Randes zu befinden. Dies muss jedoch nicht immer so gewesen sein, da die Sonne anfangs schwächer war und deshalb Wasser bei einem geringeren Abstand zum Zentralgestirn flüssig bleiben konnte. Der Mars ist dagegen jenseits der bewohnbaren Zone. Wasser würde auf der Oberfläche sofort gefrieren. (Bild: A. Mößmer)

Manche Wissenschaftler sind jedoch der Meinung, dass die Venus Milliarden von Jahren lang Wasser behielt und möglicherweise ebenso lange Leben beherbergte. Nach diesem Modell kam es erst vor etwa 700 Millionen Jahren zu einem Ereignis, das die Oberfläche veränderte und zu einem Treibhauseffekt führte. Im September 2019 präsentierten Michael Way und Anthony Del Genio vom NASA Goddard Institute for Space Studies (GISS) anlässlich eines Treffens von Planetologen in der Schweiz die Ergebnisse von fünf Simulationen. In den fünf Szenarien wurden unterschiedliche Tiefen der Venusozeane angenommen. In allen Fällen blieb die Temperatur drei Milliarden Jahre lang im Bereich von 20 bis 50 Grad Celsius – genügend Zeit für die Entwicklung von Leben.

In luftiger Höhe

Auf der Oberfläche mögen alle Spuren von Leben unter den Lavamassen begraben sein. Aber vielleicht existieren noch Überreste einst blühenden Lebens unter weniger extremen Bedingungen weiter oben in der Atmosphäre. Die Zeitschrift Astrobiology veröffentlichte im September 1918 eine Studie, die sich mit dieser Möglichkeit beschäftigt. In einer Höhe von 47,5 – 50,5 Kilometern entspricht der Luftdruck etwa dem auf der Erdoberfläche, und die Temperatur beträgt ungefähr 60 Grad Celsius, was für manche extremophile Mikroorganismen durchaus eine angenehme Umgebung sein könnte.

Tatsächlich beobachtete man bereits zu Beginn des 20. Jahrhunderts in der Venus-Atmosphäre dunkle Flecken, die sich im Laufe der Zeit in Form, Größe und Position veränderten, aber niemals ganz verschwanden. Heute glaubt man, dass sie hauptsächlich aus Partikeln bestehen. Diese Teilchen kommen die der Größe irdischen Bakterien sehr nahe. Darüber hinaus stimmen die Lichtspektren der venusianischen Partikel nach Meinung mancher Forscher eng mit den Spektren bekannter Bakterien überein.

Allerdings sollte man solche Spekulationen mit Vorsicht genießen. Noch in den 1960er-Jahren meinten manche Forscher, dass dunkle Gebiete auf dem Mars, die mit dem Wechsel der Jahreszeiten ihre Farbtönung änderten, von Pflanzenwuchs zeugten. Klarheit über Leben in den Venuswolken kann man nur durch eine genauere Analyse der Atmosphäre erlangen.

Das Konzept einer Sonde, die genau diese Aufgabe erfüllen soll, haben die Firmen Northrop Grumman und L‘Garde entwickelt. Das teilweise aufblasbare Flugobjekt heißt „Venus Atmospheric Maneuverable Platform“ („Venus Atmosphärische Manövrierbare Plattform“, kurz VAMP). Es hat die Form eines Deltaflügels und verfügt über elektrisch angetriebene Propeller. In der vorgesehenen Höhe kann VAMP längere Zeit als die bisherigen Sonden überleben, die Atmosphäre analysieren und die Daten zur Erde funken.

Sollte die VAMP-Mission wirklich durchgeführt werden, könnte sie zur Entdeckung von außerirdischen Mikroben führen, oder die Hoffnung auf Leben auf dem Schwesterplaneten der Erde endgültig begraben.

Venus (Teil 2): Das Innenleben eines Planeten

Obwohl sich die Erde und die Venus in vielerlei Hinsicht gleichen, gibt es auch große Unterschiede. Die Ursachen dafür liegen tief im Inneren der Planeten.

Auf der Erde ist die Bewegung der Kontinentalplatten größtenteils für den Vulkanismus verantwortlich. Lavaströme dringen nach oben und bauen eine neue Erdkruste durch die seitliche Bewegung der Platten horizontal auf. Auf der Venus scheint es aber keine Plattentektonik zu geben. Ohne eine solche Bewegung muss ein senkrechter Aufbau für die relativ neue Oberfläche verantwortlich sein. Auf dem Nachbarplaneten der Erde verdickt sich die Kruste wahrscheinlich oben durch Vulkanismus und unten durch langsam abkühlende Magmastauseen. Dieser Prozess bildet eine dicke und entsprechend starke Basaltkruste, die mit der Zeit stärker wird. Eine solche Kruste widersteht Verformungen, selbst wenn der Venusmantel unter der Kruste fließt und zirkuliert. Ohne eine Verformung kann keine Plattentektonik einsetzen, und die Hitze kann nirgendwo entweichen. Sie steigt, und der überhitzte Mantel beginnt zu schmelzen. Falls keine Wärme freigesetzt wird, können große Teile des Mantels relativ schnell schmelzen und ein massives Magmareservoir an der Krusten-Mantel-Grenze erzeugen, was dann zu einem Ausbruch führt. Nach diesem katastrophalen Ereignis kühlt sich die Oberfläche wieder langsam ab. Nicht alle Forscher sind von diesem hypothetischen Szenarium überzeugt. Manche nehmen eine weniger dramatische, dafür aber konstantere Erneuerung der Kruste an.

Foto des Wheatley-Kraters auf der Venus
Über 1000 große vulkanische Gebiete sind auf der Venus bekannt. Der Wheatley-Krater in diesem Bild hat einen Durchmesser von 72 Kilometern. Zu sehen sind auch dünne, gewundene Kanäle, die von Lavaströmen erzeugt wurden. Sie können sich über Hunderte von Kilometern erstrecken. (Bild: NASA)

Kerndaten

Wegen der dichten Wolken ist es schwierig, die Oberfläche der Venus zu beobachten. Noch schwieriger ist es, etwas über das Innere des Nachbarplaneten zu erfahren.

Auf der Erde erlangen Wissenschaftler Erkenntnisse über den Kern des Planeten, indem sie nach Erdbeben seismische Wellen messen. Diese Wellen durchlaufen die verschiedenen Schichten des Erdinneren: den Kern, den Mantel und die Kruste. Abhängig von der Dichte der verschiedenen Schichten und Bereiche reflektieren und biegen sie sich. Auf der Venus ist diese Methode nicht möglich. Sonden, denen es gelingt, auf der Oberfläche aufzusetzen, überstehen die große Hitze nur kurze Zeit.

Stattdessen stellen die Wissenschaftler Berechnungen aufgrund der Dichte an. Die Venus hat eine etwas geringere Dichte als die Erde. Es wird angenommen, dass sich im Innersten der Venus ein Metallkern mit einem Durchmesser von 3.000 Kilometern befindet. Der Mantel ist ebenfalls etwa 3.000 Kilometern dick, und die Kruste ist mit 50 Kilometern stärker als die äußerste Schale der Erde.

Der innere Aufbau der Venus und der Erde im Vergleich
Venus und Erde haben in ihrem Inneren wahrscheinlich einen etwas unterschiedlichen Aufbau, was Auswirkungen auf der Oberfläche zur Folge hat. (Bild: A. Mößmer)

Anders als die Erde besitzt die Venus keinen Geodynamo. Das heißt, im Venuskern gibt es keine Strömungen von flüssigen Metallen, die ein nennenswertes Magnetfeld erzeugen. Ein möglicher Grund dafür ist die langsame Rotation des Planeten. Die Schwester der Erde hat folglich auch keine schützende Megnetosphäre, die den Sonnenwind und die kosmische Strahlung ablenken würde.

Die beiden Schwesterplaneten waren sich kurz nach ihrer Geburt wahrscheinlich bedeutend ähnlicher als heute. In der Folgezeit entwickelten sie sich aber unterschiedlich. Was war der Grund dafür?

Einigen Sonden der Sowjetunion gelang eine erfolgreiche Landung auf der Venusoberfläche. Wegen der hohen Temperaturen blieben sie jedoch nicht lange funktionsfähig.
Sonde Datum der Landung Überlebensdauer auf der Oberfläche
Venera 7 15. Dezember 1970 23 Min.
Venera 8 22. Juli 1972 50 Min., 11 Sek.
Venera 9 22 Oktober 1975 53 Min.
Venera 10 25. Oktober 1975 65 Min.
Venera 13 1. März 1982 127 Min.
Venera 14 5. März 1982 57 Min.
Vega 1 11. Juni 1985 56 Min.
Vega 2 15. Juni 1985 57 Min.

Venus (Teil 1): Die missratene Schwester der Erde

Die Entdeckung von Exoplaneten ist heute so zur Normalität geworden, dass nur noch besonders ungewöhnliche oder erdähnliche Trabanten anderer Sterne für Aufsehen sorgen. Die Hoffnung dabei ist natürlich, dass die erdähnlichen Planeten Leben beherbergen könnten.

Seit Menschen den Himmel beobachten, kennt man allerdings ein Gestirn, das der Heimatwelt der Menschheit – in kosmischen Verhältnissen – nicht nur sehr nahe ist, sondern ihr auch so sehr ähnelt, dass man es als Schwester der Erde bezeichnen kann: die Venus. Beide Planeten haben ungefähr die gleiche Größe, Dichte, Masse und Anziehungskraft. Noch dazu ist die Umlaufbahn der Venus der Erde von allen Planeten am nächsten. Während die durchschnittliche Entfernung zwischen Erde und Mars bei 225 Millionen Kilometern liegt, beträgt sie zum zweiten Planeten des Sonnensystems nur 108 Millionen Kilometer.

Beobachtungen der Venus mit Teleskopen bestätigten eine dichte Lufthülle, die keinen Blick auf die Oberfläche zulässt. Dies gab schon früh Anlass zu Spekulationen über die Verhältnisse auf der Oberfläche. Möglicherweise lag unter der Wolkendecke eine von Leben wimmelnde Dschungelwelt. Schon die ersten Spektralanalysen zeigten jedoch, dass Wasserdampf in der Venusatmosphäre überhaupt keine Rolle spielt, und auch Sauerstoff ließ sich nicht nachweisen. Stattdessen zeigte die Analyse für Kohlensäure typische Linien.

Venus und Erde im Vergleich
Venus Erde
Durchmesser am Äquator 12103,6 km 12756,32 km
Mittlere Dichte 5,243 g/cm³ 5,513 g/cm³
Masse (Erde = 1) 0,815 1
Gravitation an der Oberfläche 8,87 m/s² 9,80665 m/s²
Atmosphäre (Hauptbestandteile) 96,5 % Kohlenstoffdioxid, 3,5 % Stickstoff 78 % Stickstoff, 20,95 % Sauerstoff

Dies hinderte jedoch Science-Fiction-Autoren nicht daran, sich eine andere Welt auszumalen. Hans Dominik beschrieb 1926 in einem Roman die Venus als einen Planeten mit erdähnlicher Flora und Fauna. Edgar Rice Burroughs, der in seiner Barsoom-Serie bereits mehrere Romane über den Mars geschrieben hatte, verfasste von 1932 bis 1942 mehrere Geschichten, die den Schwesterplaneten der Erde zum Thema hatten. In seinem Roman Perelandra beschrieb C. S. Lewis, der später durch Die Chroniken von Narnia berühmt wurde, 1943 die Venus als eine Art Garten Eden mit Inseln aus schwimmender Vegetation.

Foto der Venus, das die Sonde Mariner 10 am 5. Februar 1974 von dem Planeten machte.
Dieses Bild der Venus wurde von Mariner 10 aufgenommen. Die Sonde flog am 5. Februar 1974 an dem Planeten vorbei. (Bild: NASA)

Stanislav Lem gehörte zu den Ersten, die den Nachbarplaneten der Erde als eine Welt mit extremen Oberflächenbedingungen darstellte. In seinem Roman Die Astronauten von 1951 (erschienen auch unter dem Titel Der Planet des Todes) schilderte er die Venus als einen verwüsteten Ort. Astronauten von der Erde landen auf dem Nachbargestirn und entdecken die Überreste einer ausgestorbenen hochtechnologischen Zivilisation, die sich selbst und ihre Umwelt zerstörten.

Extreme Verhältnisse

Heute wissen wir mehr über die tatsächlichen Bedingungen auf dem Nachbarplaneten – und sie sind alles andere als lebensfreundlich. Anstatt aus Wassertröpfchen, wie auf der Erde, bestehen die obersten Wolken der Venus aus Schwefelsäure. Orkane mit einer Geschwindigkeit von 360 Stundenkilometern treiben die Wolken in ungefähr vier Tagen um den Globus. Nicht weniger lebensfeindlich ist es weiter unten in der dichten, zum größten Teil aus Kohlendioxid bestehenden Atmosphäre. Auf der Oberfläche ist die Windgeschwindigkeit zwar nicht so hoch, aber die Temperatur von 470 Grad Celsius würde jedes Wasser sofort zum Verdunsten bringen – falls es welches gäbe. Sogar Blei schmilzt bei dieser Temperatur. Der atmosphärische Druck ist ungefähr so hoch wie 1,6 Kilometer unter Wasser auf der Erde. Die einwandfreie Sichtweite beträgt nur etwa 100 Meter.

Eine weitere Besonderheit der Venus ist auch die Drehrichtung, die von Ost nach West verläuft und damit anders erfolgt als bei den übrigen Planeten – mit Ausnahme des Uranus. Das heißt, dass die Sonne im Westen auf- und im Osten untergeht. Die Rotation vollzieht sich jedoch sehr langsam. Sie nimmt relativ zur Sonne fast 117 Erdtage in Anspruch. Dadurch dauert ein Venustag länger als ein halbes Venusjahr, das 224,7 Erdtage lang ist. Diese langsame Rotation hat wahrscheinlich auch zur Folge, dass die Venus ein sehr schwaches Magnetfeld besitzt.

Große Unterschiede zur Erde weist auch die Venusoberfläche auf. Auf unserem Nachbarplaneten gibt es Gebiete mit bis zu 7000 zusammengeballten Schildvulkanen sowie massive einzelne Vulkangebilde mit einem Durchmesser von bis zu 1000 Kilometern (zum Vergleich: Auf der Erde befinden sich Vulkane vor allem entlang der Ränder der Kontinentalplatten, und einer der größten Vulkane der Erde, der Mauna Loa auf Hawaii, hat einen Durchmesser von etwa 120 Kilometern). Ungleich der Planeten Merkur und Mars – oder auch des Mondes –, die kaum geologische Veränderungen aufweisen, ist die Oberfläche der Venus relativ neu. Sie zeigt im Durchschnitt nur ein Alter von 200 bis 700 Millionen Jahren. Darauf weisen auch Meteoritenkrater hin, die allesamt vergleichsweise jüngeren Datums sind. Die gesamte Oberfläche scheint durch vulkanische Aktivitäten erneuert worden zu sein.

Cover des Buches "Venus" von Patrick Moore
Wer sich näher mit der Venus beschäftigen möchte, dem kann man das Buch des Astronomen Patrick Moore empfehlen. Die hier abgebildete Paperback-Ausgabe erschien 2005 bei Cassell Illustrated. (Titelbild: JPL/MIT/USGS/Galaxy)

Cheops: Ein neuer Blick auf ferne Welten

Die erste Entdeckung eines Planeten, der um einen anderen Stern als unsere Sonne kreist, erfolgte 1995. Seitdem konnten Forscher über 4000 sogenannte Exoplaneten ausmachen. Weltraumteleskope wie COROT, Kepler und TESS spielten dabei eine herausragende Rolle. Am 18. Dezember 2019 startete vom Weltraumbahnhof bei Kourou in Französisch-Guyana ein weiteres Weltraumteleskop das der Erforschung fremder Welten jenseits der Grenzen unseres Sonnensystems dient. Es heißt „Cheops“.

Der Sattellit Cheops in der Umlaufbahn um die Erde
Künstlerische Darstellung des Cheops-Satelliten in der Erdumlaufbahn. Die Abdeckung des Teleskops ist bereits geöffnet. (Bild: ESA / ATG medialab)

Cheops steht für „CHaracterising ExOPlanet Satellite“, zu Deutsch etwa: Satellit für die Charakterisierung von Exoplaneten. Es handelt sich dabei um das erste von drei Teleskopen, die der näheren Erforschung von Exoplaneten dienen sollen. Ihre Aufgabe besteht nicht darin, neue Trabanten anderer Sterne zu entdecken, sondern einige der bekannten näher zu studieren.

Ausgewählte Objekte

Als Studienobjekte wählte man mehrere Hundert Sterne, in deren Orbit bereits früher Planeten ausgemacht wurden. Dabei handelt es sich um Trabanten, die etwa so groß wie die Erde sind, bis zu Giganten in Neptungröße. Präzise Messungen sollen genauere Daten hinsichtlich der Planetengrößen liefern. Zusammen mit unabhängigen Informationen über die Planetenmassen können Wissenschaftler auf diese Weise ihre Dichte bestimmen und diese extrasolaren Welten in einem ersten Schritt charakterisieren. Die Dichte eines Planeten liefert wichtige Hinweise auf seine Zusammensetzung und Struktur und weist beispielsweise darauf hin, ob er überwiegend felsig oder gasförmig ist oder möglicherweise bedeutende Ozeane beherbergt. Da die Planeten nicht direkt beobachtet werden können, misst der Satellit die winzigen Helligkeitsänderungen, die aufgrund des Planetentransits vor der Sternscheibe erfolgen.

Ein Stern mit der Umlaufbahn eines Planeten.
Cheops kann die Exoplaneten nicht direkt sehen. Stattdessen misst das Teleskop die Lichtschwankung, die dadurch entsteht, dass ein Planet vor der Scheibe des Sterns vorbeizieht. (Bild: A. Mößmer)

Cheops zählt zu den kleinen Missionen der S-Klasse im Wissenschaftsprogramm der ESA. Das Projekt ist eine Partnerschaft zwischen der ESA und der Schweiz. An dem Konsortium beteiligt sind wissenschaftliche Einrichtungen in Belgien, Deutschland, Frankreich, Italien, Österreich, Portugal, der Schweiz, Spanien, Schweden, Ungarn und dem Vereinigten Königreich.

Der Satellit wurde von einer Soyuz-Fregat-Rakete in eine Höhe von etwa 700 km getragen. Mit an Bord befanden sich ein italienischer COSMO-Skymed-Satellit sowie drei Kleinsatelliten, sogenannte Cubesats.