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Die nächsten Venus-Missionen werden uns etwas über bewohnbare Welten anderswo erzählen
NASA/Jet Propulsion Laboratory-Caltech und NASA
Als die Missionen DAVINCI+ und VERITAS zur Venus stattfanden hat letzte Woche grünes Licht von der NASA bekommen , war die wissenschaftliche Gemeinschaft fassungslos. Die meisten hatten erwartet, dass die NASA, die seit 30 Jahren keine eigene Mission zur Venus gestartet hatte, bis zum Ende des Jahrzehnts mindestens eine Mission von der Sonne zum zweiten Planeten schicken würde. Zwei Missionen haben jedoch alle umgehauen.
Vielleicht hat die NASA etwas vorweggenommen, um das wir uns gerade erst kümmern: DAVINCI+ und VERITAS werden einen enormen Einfluss haben, nicht nur wenn es um die Erforschung der Venus und des Sonnensystems geht, sondern auch wenn es um unser Verständnis von bewohnbaren, lebensfähigen Welten draußen geht unser Sonnensystem selbst.
Während sich unsere Exoplaneten-Entdeckungen weiter häufen (und wir festgestellt haben über 11.000 mögliche Exoplaneten bisher) müssen wir herausfinden, ob ein erdgroßer Planet eher wie die Erde oder eher wie die Venus aussieht. Wir wissen nicht, welches dieser Ergebnisse das erwartete oder wahrscheinliche ist, sagt Paul Byrne, ein Planetenwissenschaftler an der North Carolina State University. Und um das herauszufinden, müssen wir die Venus viel besser verstehen.
Die meisten Wissenschaftler würden zustimmen, dass alle bewohnbaren Exoplaneten Wasser benötigen würden.
Mit Oberflächentemperaturen von 471 °C und Oberflächendrücken, die 89-mal schlimmer sind als auf der Erde, scheint es unmöglich, dass es einmal Wasser auf der Venus gegeben haben könnte. Aber Venus und Erde haben ungefähr die gleiche Größe, das gleiche Alter, und unsere beste Vermutung ist, dass sie aus vergleichbaren Materialien bestehen und mit sehr ähnlichen Ausgangsbedingungen geboren wurden. Venus ist 30 % näher an der Sonne als die Erde, was signifikant, aber nicht überwältigend ist. Und doch haben sich diese beiden Planeten nach 4,5 Milliarden Jahren sehr unterschiedlich entwickelt.
Tatsächlich gibt es immer mehr Beweise dafür, dass die Venus vor langer Zeit die Heimat von Wasser gewesen sein könnte. Die 1978 gestarteten Pioneer-Venus-Missionen führten einige verlockende Messungen des Deuterium-Wasserstoff-Verhältnisses in der Atmosphäre durch, was darauf hindeutet, dass die Venus im Laufe der Zeit eine Tonne Wasser verloren hatte. Aber wir hatten noch nie eine richtige Mission, die diese Geschichte des Wassers auf der Venus studieren, nach alten Wasserströmungsmerkmalen auf der Oberfläche suchen oder verstehen könnte, ob es die Art von geologischen und klimatologischen Bedingungen besaß, die für Wasser und bewohnbare Bedingungen wesentlich sind .
Möglicherweise gab es in unserem Sonnensystem für eine unbekannte Zeit zwei bewohnbare Welten nebeneinander, sagt Giada Arney, die stellvertretende Hauptforscherin von DAVINCI+. Obwohl die Venus heute unbewohnbar ist, bedeutet die Tatsache, dass sie möglicherweise einmal bewohnbar war, dass ihr nicht immer ein so höllisches Schicksal bevorstand, wenn die Umstände etwas günstiger ausfielen.
Und das sind gute Nachrichten für die Bewertung entfernter Exoplaneten. Wenn wir über das Sonnensystem hinausblicken, könnte dies auch darauf hindeuten, dass bewohnbare Planeten häufiger vorkommen als bisher angenommen, sagt Arney.
Es gibt zwei führende Theorien darüber, was mit der Venus passiert ist – und beide haben Auswirkungen darauf, was wir auf anderen Exoplaneten erwarten könnten. Die erste, die mit unseren aktuellen, aber begrenzten Beobachtungen übereinstimmt, ist, dass die Venus von Anfang an als heißes Durcheinander begann und nie nachgab. Sehen Sie, je näher ein Planet seinen Wirtsstern umkreist, desto wahrscheinlicher ist es, dass er langsam rotiert (oder sogar gezeitengesperrt ist, wo eine Seite permanent dem Stern zugewandt ist, wie der Mond um die Erde ist).
Langsame Rotatoren wie die Venus haben es im Allgemeinen schwerer, ein kühles und angenehmes globales Klima aufrechtzuerhalten – und eine Zeit lang wurde angenommen, dass dies wahrscheinlich der Grund dafür ist, dass die Venus heiß und unerträglich wird. Die Sonnenstrahlen bombardierten den Planeten mit Hitze, und eine dampfreiche Atmosphäre kondensierte nie zu flüssigem Wasser auf der Oberfläche. In der Zwischenzeit wirkten die Gase Kohlendioxid, Wasser und Schwefeldioxid in der Luft als Treibhausgase, die nur dazu dienten, all diese Wärme einzufangen. Und das blieb 4 Milliarden Jahre lang so, mehr oder weniger.
Dann gibt es eine neue Theorie, die kürzlich von Michael Way und anderen am Goddard Institute for Space Studies der NASA entwickelt wurde. Dieses Modell zeigt, dass, wenn Sie ein paar kleine Änderungen im Klima dieser Planeten vornehmen, sie hemisphärenlange Wolkenformen entwickeln können, die konsequent gegen den Wirtsstern gerichtet sind. reflektiert viel Sternenwärme . Infolgedessen bleibt ein Planet wie die Venus gemäßigt und der atmosphärische Dampf kondensiert zu flüssigen Ozeanen auf der Oberfläche. Die Arbeit von Way zeigt, dass der Planet, sobald Sie diesen Punkt erreicht haben, seine Temperatur selbst regulieren kann, solange andere erdähnliche Prozesse wie die Plattentektonik (die hilft, Kohlendioxid aus der Atmosphäre zu entfernen) den Aufbau von Treibhausgasen abschwächen können.
Es ist eine komplizierte Hypothese voller Vorbehalte. Und wenn die Venus ein Beweis dafür ist, dass langsame Rotatoren bewohnbarere Bedingungen entwickeln können, ist dies auch ein Beweis dafür, dass diese Bedingungen zerbrechlich und möglicherweise flüchtig sind. Leute, die Ways Modell glauben, denken, was wahrscheinlich auf der Venus passiert ist, ist eine riesige Menge vulkanische Aktivität überschwemmten den Planeten mit Kohlenstoff und verwandelten die Atmosphäre in 96 % Kohlendioxid, wodurch sie alle Entlastungen, die die Plattentektonik bieten konnte, außer Kraft setzten.
Und doch ist es eine Hypothese, die es wert ist, durch DAVINCI+ und VERITAS getestet zu werden, denn wie Arney betont, sind viele der potenziell bewohnbaren Exoplaneten, die wir entdeckt haben, langsame Rotatoren, die massearme Sterne umkreisen. Da diese Sterne dunkler sind, müssen Planeten sie normalerweise in ihrer Nähe umkreisen, um genügend Wärme zu erhalten, um die Bildung von flüssigem Wasser zu ermöglichen. Wenn sie halbkugellange Wolken bilden, könnten sie möglicherweise ein bewohnbares Klima bewahren. Ob diese Hypothese sinnvoll ist, können wir derzeit nur prüfen, indem wir zunächst prüfen, ob sie möglicherweise auf der Venus passiert ist.
Aber bevor wir Ways Modell auf andere Exoplaneten anwenden können, müssen wir feststellen, ob es die Venus erklärt. DAVINCI+ wird in die Venus hinabsteigen und die Chemie und Zusammensetzung der Atmosphäre direkt untersuchen sowie die Oberfläche auf ihrem Weg nach unten abbilden. Es sollte in der Lage sein, die Art von Daten zu sammeln, die uns dabei helfen, zu sagen, ob die Venus früher in ihrem Leben wirklich nass war, und auch mehr über ihre Klimageschichte zu erfahren und ob sich wirklich eine halbkugellange Wolke gebildet haben könnte.
Der VERITAS-Orbiter wird die Geologie des Planeten untersuchen und hochauflösende Bilder durch Radarbeobachtungen aufnehmen, die möglicherweise Hinweise auf Gelände oder Landformen erkennen können, die durch Wasserströme oder vergangene Tektonik entstanden sind. Das aufregendste Ziel könnte die Tessera sein: stark deformierte Hochlandregionen, von denen angenommen wird, dass sie die ältesten geologischen Merkmale auf dem Planeten sind. Wenn VERITAS Hinweise auf alte Ozeane entdeckt – oder zumindest auf die Art von geologischer Aktivität, die den Planeten vor langer Zeit hätte temperieren können – wird dies die Vorstellung stützen, dass andere langsam rotierende Exoplaneten die gleichen Bedingungen erreichen könnten.
Wenn man darüber nachdenkt, dass sie zusammen gehen, ist es wirklich eine Art ergänzende Mega-Mission, sagt Lauren Jozwiak, eine Planetenwissenschaftlerin am Johns Hopkins Applied Physics Laboratory, die an der VERITAS-Mission arbeitet. Diese Idee, dass Sie sowohl geologische Kartierungen als auch atmosphärische Sondierungen durchführen möchten, war der Kern Ihrer Untersuchung der Venus, sagt Jozwiak.
Wenn die Venus letzten Endes immer unbewohnbar war, dann hat der Grund wahrscheinlich mit ihrer Nähe zur Sonne zu tun. Jeder Exoplanet ähnlicher Größe, der seinem eigenen Stern proportional nahe ist, wird wahrscheinlich wie die Venus sein. Und wir wären besser dran, mehr Untersuchungen auf Exoplaneten zu konzentrieren, die weiter von ihren Sternen entfernt sind.
Wenn die Venus andererseits eine Abkühlungsphase hatte, bevor sie sich in einen permanenten Ofen verwandelte, bedeutet dies, dass wir Exoplaneten in der Venuszone ernst nehmen sollten, da sie möglicherweise noch bewohnbar sind. Es deutet auch darauf hin, dass Faktoren wie Plattentektonik und Vulkanismus eine entscheidende Rolle bei der Vermittlung bewohnbarer Bedingungen spielen, und wir müssen Wege finden, diese Dinge auch auf fernen Welten zu untersuchen.
Je mehr wir darüber nachdenken, was DAVINCI+ und VERITAS erreichen könnten, desto mehr scheint es, als würden wir tatsächlich unterschätzen, wie aufgeregt wir sein sollten. Diese nächsten Missionen werden unser Denken über die Venus und die Planetenentstehung im Allgemeinen völlig verändern, sagt Jozwiak. Es ist eine aufregende Zeit, um herauszufinden, ob die Venus die „einmalige und zukünftige Erde“ ist.