Astronomen entdecken einen spektakulären Anstieg bestimmter Gase in der Venusatmosphäre
Forscher haben eine unerwartete Zunahme der Häufigkeit von zwei Varianten von Wassermolekülen in der Mesosphäre der Venus entdeckt. Dieses Phänomen stellt unser Verständnis der Geschichte des Wassers auf der Venus und die Möglichkeit infrage, dass die Venus in der Vergangenheit bewohnbar war.
Dank der Beobachtungen des Instruments SOIR ( Solar Occultation in the Infrared ) an Bord der Raumsonde Venus Express der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) haben Forscher einen unerwarteten Anstieg der Häufigkeit von zwei Varianten von Wassermolekülen (H2O und HDO) und ihres HDO/H2O-Verhältnisses in der Venus-Mesosphäre entdeckt.
Venus: der Zwilling der Erde unter extremen Bedingungen
Derzeit ist die Venus ein trockener und lebensfeindlicher Planet. Der Druck ist fast 100-mal höher als auf der Erde und die Temperatur beträgt etwa 460 °C.
Seine Atmosphäre, die von dichten Wolken aus Schwefelsäure und Wassertröpfchen bedeckt ist, ist extrem trocken. Das meiste Wasser befindet sich unter und in diesen Wolkenschichten. Es ist jedoch möglich, dass die Venus in der Vergangenheit genauso viel Wasser beherbergt hat wie die Erde.
"Die Venus wird gewöhnlich als Zwilling der Erde bezeichnet, weil sie ähnlich groß ist", sagt Hiroki Karyu, Forscher an der Tohoku-Universität. "Trotz der Ähnlichkeiten zwischen den beiden Planeten hat sie sich anders entwickelt. Anders als auf der Erde herrschen auf der Venus extreme Oberflächenbedingungen."
Die Untersuchung der Häufigkeiten von H2O und seinem deuterierten Gegenstück HDO (Isotopologen) gibt Aufschluss über die Geschichte des Wassers auf der Venus. Es wird allgemein angenommen, dass die Venus und die Erde ursprünglich ein ähnliches HDO/H2O-Verhältnis hatten. Das in der Venusatmosphäre (unterhalb von 70 km) beobachtete Verhältnis ist jedoch 120-mal höher, was auf eine erhebliche Anreicherung von Deuterium im Laufe der Zeit hinweist.
Diese Anreicherung ist hauptsächlich darauf zurückzuführen, dass die Sonnenstrahlung Wasserisotopologen in der oberen Atmosphäre zersetzt und dabei Wasserstoff- (H) und Deuteriumatome (D) erzeugt. Da H-Atome aufgrund ihrer geringeren Masse leichter aus dem Weltraum entweichen können, steigt das HDO/H2O-Verhältnis allmählich an.
Um die Menge an H und D zu bestimmen, die in den Weltraum entweicht, müssen die Wasserisotopologen die Mengen in Höhen messen, in denen das Sonnenlicht sie zersetzen kann, was über den Wolken in Höhen von mehr als ~70 km geschieht.
Die Studie, die jetzt in den Proceedings of the National Academy of Sciences veröffentlicht wurde, kam zu zwei überraschenden Ergebnissen:
- Die Konzentrationen von H₂O und HDO nehmen mit der Höhe zwischen 70 und 110 km zu, und
- Das HDO/H2O-Verhältnis steigt in diesem Bereich um eine Größenordnung an und erreicht Werte, die mehr als 1.500-mal höher sind als in den Ozeanen der Erde.
Ein vorgeschlagener Mechanismus zur Erklärung dieser Ergebnisse betrifft das Verhalten hydratisierter Schwefelsäureaerosole (H2SO4). Diese Aerosole bilden sich direkt über den Wolken, wo die Temperaturen unter den Taupunkt von Schwefelwasser fallen, was zur Bildung von mit Deuterium angereicherten Aerosolen führt.
Diese Partikel steigen in größere Höhen auf, wo sie aufgrund des Temperaturanstiegs verdampfen und dabei einen größeren Anteil an HDO im Vergleich zu H2O freisetzen. Dann wird der Dampf nach unten transportiert und der Zyklus beginnt von neuem.
Die Studie hebt zwei wichtige Punkte hervor. Erstens spielen Höhenunterschiede eine entscheidende Rolle für die Lage der Reservoirs von D und H. Zweitens erhöht der Anstieg des HDO/H2O-Verhältnisses letztlich die Freisetzung von Schulden, was sich auf die langfristige Entwicklung des D/H-Verhältnisses auswirkt. Diese Ergebnisse ermutigen dazu, höhenabhängige Prozesse in die Modelle einzubeziehen, um genaue Vorhersagen über die Entwicklung des D/H-Verhältnisses zu machen.
Das Verständnis der Entwicklung der Bewohnbarkeit der Venus und der Geschichte des Wassers wird uns helfen, die Faktoren zu verstehen, die einen Planeten bewohnbar machen, sodass wir wissen, wie wir verhindern können, dass die Erde in die Fußstapfen ihres Zwillings tritt.
Quellenhinweis:
Arnaud Mahieux et al, Unexpected increase of the deuterium to hydrogen ratio in the Venus mesosphere, Proceedings of the National Academy of Sciences (2024).DOI: 10.1073/pnas.2401638121