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Sonnensystem: Ungleiche Schwester

Die Venus ist der Erde in vielen Hinsichten sehr ähnlich und dennoch hat sie sich auf enorm unterschiedliche Weise entwickelt. Auf welche, das soll unter anderen die Raumsonde Venus Express aufdecken. Über ein Jahr liefert sie nun bereits spannende Daten aus der Umlaufbahn und damit auch viele Antworten.
Venus Express
Die acht Planeten des Sonnensystems sind eigentlich alle aus einem Guss: Vor etwa vier Milliarden Jahren klumpten sie aus Gas und Staub in der Urwolke zusammen und umkreisen seither das Zentralgestirn. Ihr Aussehen unterscheidet sich trotz der gemeinsamen Anfänge allerdings enorm: von Gasriesen, etwa Jupiter oder Saturn, bis hin zu Gesteinsplaneten wie der Erde oder Mars.

Infrarotkarte der festen Venusoberfläche | Die europäische Raumsonde Venus Express übermittelte mehr als tausend Infrarotaufnahmen, die hier zu einem Falschfarben-Mosaik zusammengesetzt sind. Orange und gelbe Regionen sind Tiefländer, blaue Gebiete sind Gebirge, die bis zu fünf Kilometer über ihre Umgebung aufragen. Auf den Bergen liegen die Temperaturen um bis zu vierzig Grad Celsius niedriger als in den Tiefebenen, sie betragen "nur" 400 Grad Celsius, immer noch heiß genug, um Blei zu schmelzen.
Und selbst bei scheinbar ähnlichen Kandidaten gibt es noch erhebliche Unterschiede. Vorzüglich demonstriert von der Venus, dem zweitinnersten und sechstgrößten Planeten im Sonnensystem. Sie gilt eigentlich als erdähnlich. Das mag in der Größe, Masse und der chemischen Zusammensetzung noch ungefähr hinhauen, Geologie und Atmosphäre wirken allerdings wie von einem anderen Stern.

Mehr als dreißig Raumsonden versuchten bereits, die Geheimnisse der vermeintlichen Zwillinge aufzuklären. Seit 2006 schauen sich Wissenschaftler die Abläufe auf dem Planeten mit der europäischen Raumsonde Venus Express genauer an. Zwei Forscherteams konzentrierten sich dabei auf die Wechselwirkungen zwischen der Atmosphäre und dem umgebenden Weltall.

Tielong Zhang und seine Kollegen von der Österreichischen Akademie der Wissenschaften deckten auf, dass der Sonnenwind – der von der Sonne ausgehende Partikelstrom – von der Venus komplett abgeschirmt wird [1]. Da sie kein nennenswertes inneres Magnetfeld besitzt, sollten die Teilchen eigentlich direkt mit der oberen Atmosphäre in Wechselwirkung treten.

Dabei würden eigens Felder induziert, die den Rest des Planeten schützen – so ließen frühere Beobachtungen während des Sonnenmaximums schließen. Die Magnetometer an Bord von Venus Express zeigten nun, dass auch während des Sonnenminimums kaum Sonnenpartikel in die Ionosphäre – den äußersten Teil der Atmosphäre – eindringen.

Venus-Express-Aufnahme | Die Falschfarbendarstellung zeigt die nördliche Hemisphäre der Venus am im Mai 2006 im ultravioletten Spektralbereich. Venus Express flog während der Aufnahme in einem Abstand von etwa 20 000 Kilometern über die Venusoberfläche. Die komplexe Struktur der Atmosphäre ist deutlich zu erkennen.
Wissenschaftler um Stas Barabash vom Swedish Institute of Space Physics in Kiruna verfolgten hingegen, wie Teilchen aus der Atmosphäre ins Weltall entkommen [2]. Am häufigsten ertappten sie Sauerstoff-, Helium- und Wasserstoff-Ionen. Auf diese Weise könnte die Venus ihr Wasser verloren haben, denn Forscher glauben, dass sie einst reichlich davon besaß – womöglich sogar in riesigen Ozeanen. Heute finden sich auf ihr jedoch nur noch Spuren davon.

Und bei Oberflächentemperaturen von fast 460 Grad Celsius könnten selbst die nicht flüssig vorliegen. Stattdessen ist die Oberfläche des Planeten von einer staubtrockenen Kruste überzogen, über der sich in einigen Kilometern Höhe dichte Wolken türmen. Die Atmosphäre, in der sich das alles abspielt, besteht zu über 96 Prozent aus Kohlendioxid, und dieses Treibhausgas sorgt nicht zuletzt für das extreme Klima auf der Venus.

Martin Pätzold vom Rheinischen Institut für Umweltforschung und sein Team schickten mit Hilfe von Venus Express ein Radiosignal durch eben jene Atmosphäre, um Temperaturprofile für die verschiedenen Höhen zu erstellen [3]. In den mittleren Wolkenschichten, etwa sechzig Kilometer über der Oberfläche, zeigen sich Differenzen von bis zu vierzig Grad.

Wirbel über dem Südpol der Venus | Aus etwa 200 000 Kilometer Entfernung sieht die Esa-Raumsonde Venus Express erstmals die Wolkenstrukturen nahe dem Südpol unseres Nachbarplaneten.
Ein unerwartetes Ergebnis, galt die Venus doch bislang als recht gleichtemperiert. Die gespeicherte Sonnenenergie kann jedenfalls nicht allein für diesen Effekt verantwortlich sein. Ein unbekannter Mechanismus oder doch nur ein Messfehler? Beides halten die Forscher für möglich.

Ein Team um Wojciech Markiewicz vom Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung in Lindau untersuchte die Dynamik noch höher liegender Gefilde [4]. Etwa siebzig Kilometer über dem Boden zeigte sich die südliche Polarregion dabei äußerst unbeständig: In nur einem Tag kann sich das Wolkenmuster dort komplett verändern.

Ohnehin haben die Polarregionen der Venus einiges zu bieten: Vorherige Beobachtungen hatten einen mehrere tausend Kilometer messenden Doppelwirbel am Nordpol entdeckt. Giuseppe Piccioni vom römischen Forschungsinstitut IASF-INAF und seine Teamkollegen sammelten Beweise für ein ähnliches Phänomen am Südpol. Allerdings rotiere es hier etwas schneller.

Sicht auf Tages- und Nachtseite der Venus | Nacht- und Tagseite der Venus sind hier zusammengefügt. Venus Express machte die Aufnahmen während seines ersten Umlaufs um den verhüllten Planeten. Auf der Nachtseite, die im Infraroten aufgezeichnet wurde, offenbaren sich komplexe Wolkenstrukturen. Sie werden durch die thermische Strahlung sichtbar, die aus verschiedenen Schichten der Atmosphäre aufsteigt. Je heller die Farbe, desto mehr Strahlung stammt aus den unteren Schichten. Die Tagesseite wurde im sichtbaren Licht beobachtet – das Sonnenlicht wird an der Atmosphäre der Venus gestreut und reflektiert. Ein Blick in Tiefe ist hier leider nicht möglich.
Wissenschaftler um Jean-Loup Bertaux vom Service d'Aéronomie der französischen Forschungsorganisation CNRS haben dagegen Hinweise auf eine warme Schicht in der oberen Atmosphäre, etwa 90 bis 120 Kilometer über der Oberfläche, auf der Nachtseite des Planeten gefunden – einer Region, die ursprünglich für so kalt gehalten wurde, dass sie den Namen Kryosphäre bekam [5].

Und zum Schluss noch etwas Erleuchtendes: Christopher Russell von der University of California in Los Angeles und sein Team glauben in ihrer Arbeit den ersten amtlichen Beweis dafür gefunden zu haben, dass Blitze über die Venus zucken [6]. Nach irdischen Erfahrungen mit Gewittern eigentlich nicht möglich bei der dortigen Wolkenzusammensetzung. Und so waren es dann auch keine eindeutig sichtbaren Blitze, sondern kurze Ausbrüche von elektromagnetischen Wellen, die durch die Ionosphäre reisten.

So bleiben einige Forscher weiterhin skeptisch. Um dieses und andere Wetterphänomene mit Hilfe von Venus Express weiter aufzuklären, bleibt den Forschern immerhin noch Zeit bis 2013 – dann nämlich geht der Sonde ihr Spritvorrat zur Neige.

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