Die Venus ist heute trocken, da Wasser in Form von atomarem Wasserstoff in den Weltraum gelangt. Beim dominanten Verlustprozess rekombiniert ein HCO+-Ion mit einem Elektron und erzeugt schnelle H-Atome (orange), die CO-Moleküle (blau) als Startrampe für die Flucht nutzen. Bildnachweis: Aurore Simonnet / Labor für Atmosphären- und Weltraumphysik / University of Colorado Boulder
Das haben Forscher herausgefunden Venus verliert durch einen Prozess namens „dissoziative Rekombination“, bei dem Wasserstoffatome in den Weltraum entweichen, deutlich mehr Wasser als bisher angenommen.
Planetenforscher der University of Colorado Boulder haben herausgefunden, wie die Venus, der glühend heiße und unbewohnbare Nachbar der Erde, so trocken wurde.
Die neue Studie füllt eine große Lücke in dem, was die Forscher „die Wassergeschichte auf der Venus“ nennen. Mithilfe von Computersimulationen fand das Team heraus, dass Wasserstoffatome in der Atmosphäre des Planeten durch einen Prozess, der als „dissoziative Rekombination“ bekannt ist, in den Weltraum flitzen – was dazu führt, dass die Venus im Vergleich zu früheren Schätzungen jeden Tag etwa doppelt so viel Wasser verliert.
Das Team veröffentlichte seine Ergebnisse am 6. Mai in der Zeitschrift Natur.
Die Ergebnisse könnten helfen zu erklären, was mit dem Wasser auf einer Vielzahl von Planeten in der Galaxie passiert.
„Wasser ist wirklich wichtig für das Leben“, sagte Eryn Cangi, Forscherin am Laboratory for Atmospheric and Space Physics (LASP) und Co-Hauptautorin der neuen Arbeit. „Wir müssen die Bedingungen verstehen, die flüssiges Wasser im Universum ermöglichen und die möglicherweise zu dem sehr trockenen Zustand der heutigen Venus geführt haben.“
Venus, fügte sie hinzu, sei geradezu ausgedörrt. Wenn man das gesamte Wasser auf der Erde nehmen und es wie Marmelade auf Toast über den Planeten verteilen würde, würde man eine Flüssigkeitsschicht von etwa drei Kilometern Tiefe erhalten. Wenn Sie das Gleiche auf der Venus tun würden, wo das gesamte Wasser in der Luft eingeschlossen ist, kämen Sie am Ende auf nur 3 Zentimeter (1,2 Zoll), kaum genug, um Ihre Zehen nass zu machen.
„Venus hat 100.000 Mal weniger Wasser als die Erde, obwohl sie im Wesentlichen die gleiche Größe und Masse hat“, sagte Michael Chaffin, Co-Hauptautor der Studie und Forschungswissenschaftler am LASP.
In der aktuellen Studie verwendeten die Forscher Computermodelle, um die Venus als gigantisches Chemielabor zu verstehen und die vielfältigen Reaktionen zu untersuchen, die in der wirbelnden Atmosphäre des Planeten ablaufen. Die Gruppe berichtet, dass ein Molekül namens HCO+ (ein Ion, das aus einem besteht). Atom Wasserstoff, Kohlenstoff und Sauerstoff) hoch in der Atmosphäre der Venus könnten die Ursache für das austretende Wasser des Planeten sein.
Für Cangi, Co-Hauptautor der Studie, liefern die Ergebnisse neue Hinweise darauf, warum die Venus, die einst wahrscheinlich fast identisch mit der Erde aussah, heute so gut wie nicht mehr wiederzuerkennen ist.
„Wir versuchen herauszufinden, welche kleinen Veränderungen auf jedem Planeten stattgefunden haben, um sie in diese völlig unterschiedlichen Zustände zu treiben“, sagte Cangi, die 2023 an der CU Boulder in Astrophysik und Planetenwissenschaften promovierte.
Das Wasser verschütten
Sie stellte fest, dass die Venus nicht immer eine solche Wüste war.
Wissenschaftler vermuten, dass der Planet vor Milliarden von Jahren während der Entstehung der Venus etwa so viel Wasser aufgenommen hat wie die Erde. Irgendwann kam es zur Katastrophe. Kohlendioxidwolken in der Atmosphäre der Venus lösten den stärksten Treibhauseffekt im Sonnensystem aus und ließen schließlich die Temperaturen an der Oberfläche auf brütende 900 Grad ansteigen Fahrenheit. Dabei verdampfte das gesamte Wasser der Venus zu Dampf und der größte Teil floss in den Weltraum.
Aber diese uralte Verdunstung kann nicht erklären, warum die Venus so trocken ist wie heute, oder wie sie weiterhin Wasser an den Weltraum verliert.
„Als Vergleich nehmen wir an, ich hätte das Wasser aus meiner Wasserflasche ausgeschüttet. Es wären noch ein paar Tröpfchen übrig“, sagte Chaffin.
Auf der Venus verschwanden jedoch auch fast alle dieser verbleibenden Tropfen. Der Übeltäter ist der neuen Arbeit zufolge schwer fassbares HCO+.
Missionen zur Venus
Chaffin und Cangi erklärten, dass sich in der oberen Atmosphäre des Planeten Wasser mit Kohlendioxid vermischt, um dieses Molekül zu bilden. In früheren Untersuchungen berichteten die Forscher, dass HCO+ dafür verantwortlich sein könnte Mars einen großen Teil seines Wassers verlieren.
So funktioniert es auf der Venus: HCO+ wird ständig in der Atmosphäre produziert, einzelne Ionen überleben jedoch nicht lange. Elektronen in der Atmosphäre finden diese Ionen und rekombinieren sie, um die Ionen in zwei Teile zu spalten. Dabei reißen Wasserstoffatome davon und entweichen möglicherweise sogar vollständig in den Weltraum, wodurch die Venus einer der beiden Wasserbestandteile beraubt wird.
In der neuen Studie berechnete die Gruppe, dass sich der trockene Zustand der Venus nur dann erklären ließe, wenn der Planet größere als erwartete Mengen an HCO+ in seiner Atmosphäre beherbergte. Die Ergebnisse des Teams haben eine Wendung. Wissenschaftler haben HCO+ noch nie in der Nähe der Venus beobachtet. Chaffin und Cangi vermuten, dass das daran liegt, dass sie nie die Instrumente hatten, um richtig hinzusehen.
Während in den letzten Jahrzehnten Dutzende Missionen den Mars besuchten, sind weitaus weniger Raumschiffe von der Sonne aus zum zweiten Planeten gereist. Keiner von ihnen hatte Instrumente dabei, die in der Lage waren, das HCO+ zu erkennen, das den neu entdeckten Fluchtweg des Teams antreibt.
„Eine der überraschenden Schlussfolgerungen dieser Arbeit ist, dass HCO+ tatsächlich zu den am häufigsten vorkommenden Ionen in der Venusatmosphäre gehören sollte“, sagte Chaffin.
In den letzten Jahren haben jedoch immer mehr Wissenschaftler die Venus ins Visier genommen. NASADie geplante Deep Atmosphere Venus Investigation of Noble Gases, Chemistry, and Imaging (DAVINCI)-Mission beispielsweise wird eine Sonde durch die Atmosphäre des Planeten bis zur Oberfläche abwerfen. Der Start ist für Ende des Jahrzehnts geplant.
DAVINCI wird auch kein HCO+ nachweisen können, aber die Forscher sind zuversichtlich, dass eine zukünftige Mission dies tun könnte – und ein weiteres Schlüsselstück der Geschichte des Wassers auf der Venus enthüllen wird.
„Es gab nicht viele Missionen zur Venus“, sagte Cangi. „Aber neu geplante Missionen werden jahrzehntelange kollektive Erfahrung und ein blühendes Interesse an der Venus nutzen, um die Extreme der Planetenatmosphäre, der Evolution und der Bewohnbarkeit zu erforschen.“
Referenz: „Der Wasserverlust der Venus wird durch die dissoziative Rekombination von HCO+ dominiert“ von MS Chaffin, EM Cangi, BS Gregory, RV Yelle, J. Deighan, RD Elliott und H. Gröller, 6. Mai 2024, Natur.
DOI: 10.1038/s41586-024-07261-y