Mit mehreren gelandeten Rovern und einer Mission, um Proben zur Erde zurückzubringen, Mars beherrscht seit Jahrzehnten die Suche nach Leben im Sonnensystem. Aber Venus hat neue Aufmerksamkeit auf sich gezogen.
In einem neuen Bericht, der am 10. Dezember 2021 veröffentlicht wurde, legt ein von MIT-Forschern geleitetes Team den wissenschaftlichen Plan und die Begründung für eine Reihe von fragwürdigen, privat finanzierten Missionen dar, die in der ultrasaueren Atmosphäre des Zweiten nach Lebenszeichen suchen sollen Planeten von der Sonne.
„Wir hoffen, dass dies der Beginn eines neuen Paradigmas ist, bei dem man billiger, häufiger und fokussierter vorgeht“, sagt Sara Seager, Class of 1941 Professor of Planetary Sciences am Department of Earth, Atmospheric and Planetary Sciences (EAPS .) des MIT ) und leitender Ermittler für die geplanten Venus Life Finder Missionen. „Dies ist ein neuer, agiler und schneller Weg, Weltraumforschung zu betreiben. Es ist sehr MIT.“
Die erste der Missionen soll 2023 starten und vom kalifornischen Rocket Lab verwaltet und finanziert werden. Die Electron-Rakete des Unternehmens wird eine 50-Pfund-Sonde an Bord seiner Photon-Raumsonde für die fünf–Monat, 38 Millionen Meilen Reise zur Venus, alles für einen dreiminütigen Flug durch die Venuswolken.
Mit zwei Ultraviolettkanälen von Akatsuki, dem japanischen PLANET-C und dem Venus Climate Orbiter, wurde ein Falschfarbenbild der schwefelhaltigen Wolkendecke der Venus angefertigt, das die konvektiven Turbulenzen der tropischen Regionen des Planeten im Gegensatz zum klaren, glatteren Polar hervorhebt Regionen. Bildnachweis: Daimia Bouic/JAXA/ISAS/DARTS
Mit einem speziell für die Mission entwickelten Laserinstrument soll die Sonde Anzeichen dafür erkennen, dass in den Tröpfchen, auf die sie bei ihrem kurzen Abstieg in den Dunst stößt, eine komplexe Chemie auftritt. In den Tröpfchen nachgewiesene Fluoreszenz oder Verunreinigungen könnten auf etwas Interessanteres als Schwefelsäure hinweisen Säure könnte dort oben herumwedeln und die Idee, dass Teile der Atmosphäre der Venus bewohnbar sein könnten, mit Munition verstärken.
„Über Missionen zur Venus wird schon lange gesprochen“, sagt Seager. „Aber wir haben eine neue Suite fokussierter, miniaturisierter Instrumente entwickelt, um die jeweilige Aufgabe zu erledigen.“
Seager, der auch gemeinsame Berufungen in den Fachbereichen Physik und Luft- und Raumfahrt innehat, sagt, dass die Venus im Vergleich zum Mars das „vernachlässigte Geschwister“ der Astrobiologie sei. Die letzten Sonden, die in die Atmosphäre der Venus eindrangen, wurden in den 1980er Jahren gestartet und waren durch die damals verfügbaren Instrumente begrenzt. Und während NASA und die Europäische Weltraumorganisation haben für das Ende des Jahrzehnts Missionen zur Venus geplant, und sie werden auch nicht nach Lebenszeichen suchen.
„Es gibt diese anhaltenden Geheimnisse auf der Venus, die wir nicht wirklich lösen können, wenn wir nicht direkt dorthin zurückkehren“, sagt Seager. “Längende chemische Anomalien, die Raum für die Möglichkeit des Lebens lassen.”
Zu diesen Anomalien gehören erhebliche Sauerstoffkonzentrationen; ungeklärte Verhältnisse von Schwefeldioxid, Sauerstoff und Wasser; und das Vorhandensein von Wolkenpartikeln mit unbekannter Zusammensetzung. Umstrittener war, dass Seager Teil eines Teams war, das letztes Jahr über den Nachweis von Phosphingas in der Atmosphäre der Venus berichtete, das auf der Erde nur durch biologische und industrielle Prozesse produziert wird.
Andere Astrophysiker haben seitdem den Phosphin-Nachweis in Frage gestellt, aber Seager sagt, dass die Entdeckung den Venus-Missionen insgesamt positive Impulse gegeben hat. „Die ganze Phosphin-Kontroverse hat das Interesse der Menschen an der Venus geweckt. Es ermöglichte den Menschen, Venus ernster zu nehmen“, sagt sie.
Phosphin oder nicht, die geplanten Missionen werden sich auf die Atmosphäre der Venus konzentrieren, da dies die Umgebung des Planeten ist, die am wahrscheinlichsten bewohnbar ist. Während ein außer Kontrolle geratener Treibhauseffekt die Oberfläche der Venus zu einer wasserlosen Höllenlandschaft machte, die heiß genug war, um Blei zu schmelzen, behalten Wolken hoch in der Atmosphäre Temperaturen, die für das Leben, wie wir es kennen, geeignet sind.
„Wenn es Leben auf der Venus gibt, ist es eine Art mikrobielles Leben, und es befindet sich mit ziemlicher Sicherheit in Wolkenpartikeln“, sagt Seager.
Die Wolken der Venus stellen jedoch, obwohl sie relativ gemäßigt sind, andere Herausforderungen an die Bewohnbarkeit. Zum einen bestehen sie hauptsächlich aus konzentrierter Schwefelsäure, die milliardenfach saurer ist als jeder Lebensraum auf der Erde. Auch die Atmosphäre außerhalb der Wolken ist extrem trocken, 50- bis 100-mal trockener als die Atacama-Wüste in Chile.
Um die potenzielle Bewohnbarkeit dieser sauren, ausgetrockneten Wolken zu bewerten, überprüfte das Berichtsteam die Literatur und führte eine Reihe von Experimenten durch. „Wir haben uns vorgenommen, neue wissenschaftliche Erkenntnisse über die Mission zu gewinnen“, sagt Seager.
Das internationale Team hinter dem Bericht umfasste Forscher der Georgia Tech, der Purdue University, des Caltech und des Planetary Science Institute und wurde von Breakthrough Initiatives finanziert. Neben Seager, der das Team leitete, war Janusz Petkowski, ein Mitglied des MIT EAPS Research, als stellvertretender Studienleiter tätig.
Basierend auf experimentellen Ergebnissen spekuliert der Bericht, dass das Leben in Schwefelsäuretröpfchen auf verschiedene Weise fortbestehen könnte. Es könnte sich in Vesikel säureresistenter Lipide befinden oder Schwefelsäure neutralisieren, indem es Ammoniak produziert, das den pH-Wert der Schwefelsäure auf ein Niveau senken kann, das von säureliebenden Mikroben auf der Erde toleriert wird. Theoretisch könnte sich das Venus-Wolkenleben auf eine Biochemie stützen, die in der Lage ist, Schwefelsäure zu tolerieren, die sich von allem auf der Erde unterscheidet.
In Bezug auf Trockenheit weist der Bericht darauf hin, dass die Atmosphäre zwar im Durchschnitt zu trocken für das Leben ist, es jedoch bewohnbare Regionen mit relativ hoher Luftfeuchtigkeit geben kann.
Basierend auf ihren Recherchen wählte das Team auch die wissenschaftliche Nutzlast für die Mission aus – die auf nur 1 Kilogramm beschränkt war. Seager sagt, dass sie sich für ein Instrument namens autofluoreszierendes Nephelometer entschieden haben, weil es die Arbeit erledigen konnte und klein, billig und schnell genug für die komprimierte Missionszeitachse gebaut werden konnte.
Das Instrument wird derzeit von einem in New Mexico ansässigen Unternehmen namens Cloud Measurement Solutions und einem in Colorado ansässigen Unternehmen namens Droplet Measurement Technologies gebaut. Das Instrument wird teilweise von MIT-Alumni finanziert.
Sobald sich die Sonde in der Atmosphäre der Venus befindet, wird das Instrument einen Laser aus einem Fenster auf Wolkenpartikel richten, wodurch alle darin enthaltenen komplexen Moleküle aufleuchten oder fluoreszieren. Viele organische Moleküle, wie die Aminosäure Tryptophan, haben fluoreszierende Eigenschaften.
„Wenn wir Fluoreszenz sehen, wissen wir, dass sich in den Wolkenpartikeln etwas Interessantes befindet“, sagt Seager. „Wir können nicht garantieren, um welches organische Molekül es sich handelt, oder wir können nicht einmal sicher sein, dass es sich um ein organisches Molekül handelt. Aber es wird Ihnen sagen, dass etwas unglaublich Interessantes vor sich geht.“
Das Instrument misst auch das Muster des von den Tröpfchen zurückreflektierten Lichts, um ihre Form zu bestimmen. Reine Schwefelsäuretröpfchen wären kugelförmig. Alles andere würde darauf hindeuten, dass mehr los ist als das autofluoreszierende Nephelometer.
Aber was auch immer die Mission 2023 findet, die nächste Mission in der Suite ist bereits für 2026 geplant. Diese Sonde würde eine größere Nutzlast beinhalten, mit einem Ballon, der mehr Zeit in den Wolken der Venus verbringen und umfangreichere Experimente durchführen könnte. Die Ergebnisse dieser Mission könnten dann die Bühne für den Höhepunkt des Venus Life Finder Missions-Konzepts bereiten: eine Probe der Venusatmosphäre zur Erde zurückbringen.
„Wir denken, dass es störend ist“, sagt Seager. „Und das ist der MIT-Stil. Wir agieren genau auf der Linie zwischen Mainstream und Verrückt.“
Referenz: „Venus Life Finder Mission Study“ von Sara Seager, Janusz J. Petkowski, Christopher E. Carr, David Grinspoon, Bethany Ehlmann, Sarag J. Saikia, Rachana Agrawal, Weston Buchanan, Monika U. Weber, Richard French, Pete Klupar , Simon P. Worden, für die VLF-Kollaboration.