Der Ballon schwebte über dem Pazifischen Ozean, als die ersten Schallwellen einschlugen. Elf Sekunden lang zeichnete ein winziges Gerät, das unter dem großen, transparenten Ballon baumelte, plötzliche, ruckartige Schwankungen des Luftdrucks auf: Echos eines mehr als 2.800 Kilometer entfernten Erdbebens.
Dieses wissenschaftliche Instrument war eines von vieren, die am 14. Dezember 2021 hoch über dem malaiischen Archipel schwebten. An diesem Tag war das Quartett das erste Netzwerk von Geräten, das ein Erdbeben aus der Luft überwachte, berichten Forscher am 16. August Geophysikalische Forschungsbriefe.
Der Befund könnte Wissenschaftlern helfen, Erdbeben in abgelegenen Gebieten der Erde zu verfolgen, und öffnet auch die Tür dazu, eines Tages speziell ausgerüstete Ballons zu schicken, um die Geologie anderer Welten zu studieren, einschließlich unseres nächsten planetarischen Nachbarn.
„Die Venus ist der Schwesterplanet der Erde, aber sie ist die böse Zwillingsschwester“, sagt David Mimoun, ein Planetenwissenschaftler an der Universität von Toulouse in Frankreich. „Wir wissen nicht, warum die beiden Planeten so unterschiedlich sind. Deshalb brauchen wir Messungen.“
Die Idee, mit Ballons das ferne Grollen auf der Erde zu untersuchen, hat ihre Wurzeln im Kalten Krieg. In den 1940er Jahren startete das US-Militär ein streng geheimes Projekt, um sowjetische Atomwaffentests mit Mikrofonen auszuspionieren, die an Ballons befestigt waren, die hoch in der Atmosphäre schwebten. Wenn der Boden bebt, werden niederfrequente Schallwellen freigesetzt, die in der Atmosphäre weite Strecken zurücklegen können. Das Militär plante, die Mikrofone zu verwenden, um das Geräusch des Bodens aufzunehmen, das von einer nuklearen Explosion herrührt. Aber das Projekt wurde schließlich als zu teuer erachtet und eingestellt – allerdings nicht bevor einer der Ballons in New Mexico abstürzte und die Roswell-Verschwörung auslöste.
Jahrzehntelang blieb die Ballonwissenschaft hauptsächlich im Bereich der Meteorologie. Dann, in den frühen 2000er Jahren, begannen Mimoun und seine Kollegen mit dem Experimentieren mit Ballons für die Weltraumforschung, insbesondere zur Untersuchung außerirdischer Beben.
Die Analyse von Zittern ist eine der wichtigsten Methoden, mit denen Wissenschaftler etwas über das Innere eines Planeten erfahren können. Auf Welten mit dünner Atmosphäre, wie dem Mars oder dem Erdmond, bedeutet dies im Allgemeinen, einen Lander an die Oberfläche zu schicken und Beben direkt am Boden zu messen (SN: 13.05.22).
Aber das auf der Venus zu tun, ist nicht wirklich eine Option. Die dichte Atmosphäre bedeutet, dass die Oberfläche des Planeten etwa den gleichen Druck wie der tiefe Ozean der Erde hat, mit Temperaturen von durchschnittlich etwa 450 Grad Celsius – heiß genug, um Blei zu schmelzen. „Im Grunde ist es die Hölle“, sagt Mimoun.
Lander haben es schon einmal bis zur Oberfläche der Venus geschafft (SN: 19.6.76). Aber diese Sonden hielten nur wenige Stunden, bevor sie der extremen Hitze und dem Druck erlagen. Die Chancen, in diesem kurzen Zeitrahmen ein Beben zu messen, sind gering, sagt Siddharth Krishnamoorthy, ein Forschungstechnologe am Jet Propulsion Laboratory der NASA in Pasadena, Kalifornien, der nicht an der Studie beteiligt war. Während also Radarbilder der Venus eine mit Vulkanen übersäte Welt offenbart haben, wissen Wissenschaftler immer noch nicht genau, ob die Venus geologisch aktiv ist, sagt er.
Wissenschaftler haben zuvor mit der Idee experimentiert, Beben auf der Venus mit Orbitern (SN: 02.09.05). Aber Ballons zur Erdbebenerkennung haben eine bessere Auflösung, sagt Mimoun, was bedeutet, dass sie den Schlüssel zur Enthüllung des Innenlebens des Planeten liefern könnten. Aber zuerst mussten Mimoun und seine Kollegen zeigen, dass sie Geräte entwickeln konnten, die klein genug waren, um von Ballons getragen zu werden, aber empfindlich genug, um Erdbeben weit unten aufzufangen.
Im Jahr 2021 befestigte das Team Mikrobarometer an 16 Ballons, die von den Seychellen vor der Küste Ostafrikas gestartet wurden. Im Dezember registrierten vier Ballons, die Tausende von Kilometern voneinander entfernt waren, ähnliche, niederfrequente Schallwellen. Diese Änderungen des Luftdrucks ähnelten den Bodenmessungen eines Erdbebens der Stärke 7,3 in der Nähe der indonesischen Insel Flores, was darauf hinweist, dass die Schallwellen durch das Erdbeben erzeugt wurden. Anhand der Luftdruckänderungen konnten die Forscher das Epizentrum des Bebens lokalisieren und seine Stärke berechnen.
„Dies ist ein großer Schritt nach vorne, um den Nutzen dieser Technologie zu demonstrieren“, sagt Paul Byrne, ein Planetenwissenschaftler an der Washington University in St. Louis, der nicht an der Studie beteiligt war.
Auch ohne Beben auffangen zu können, könnten die Ballons, wenn sie dafür ausgelegt sind, in der Atmosphäre der Venus zu überleben, möglicherweise Änderungen des Luftdrucks erkennen, die Hinweise auf die Vulkanausbrüche und das mysteriöse Hochland des Planeten enthüllen, sagt Byrne.
Venus tritt in eine Renaissance des Interesses von Weltraumagenturen ein. Für Ende dieses Jahrzehnts sind mindestens zwei NASA-Missionen geplant, um den Planeten zu besuchen (SN: 2.6.21). Mimoun hofft, dass erdbebenerkennende Ballons in der nächsten großen Mission zum Einsatz kommen werden, und betont, dass ihre Daten den Forschern helfen könnten zu verstehen, warum Erde und Venus – im Vergleich zu den anderen Planeten in Bezug auf Größe und Entfernung von der Sonne – so unterschiedliche Wege eingeschlagen haben .
„Wir haben keine Ahnung“, sagt Mimoun. „Also müssen wir zurück.“