Im Visier: Die rastlose Gashülle der Venus

Mit Venus Express soll zum ersten Mal die Gashülle des heißesten inneren Planeten auf Struktur, Zusammensetzung sowie Dynamik global und intensiv untersucht werden. Dabei umrundet die Sonde den Planeten in einer Höhe zwischen 250 und 66 000 Kilometern in einer Umlaufbahn, die über die Venus-Pole hinwegführt (irdische Umweltsatelliten haben einen ähnlichen Ansatz). Europas Wissenschaftler erhoffen sich von der Erforschung der Venus-Atmosphäre auch Rückschlüsse auf die langfristige Klimaentwicklung auf der Erde.

Bislang zeichnet sich folgendes Bild ab: Die Atmosphäre der Venus enthält 96,5 Prozent Kohlendioxid (CO₂) sowie 3,5 Prozent Stickstoff. In unterschiedlichen Höhen sind auch Spuren von Schwefeldioxid (SO₂), Wasser (H₂O) sowie Schwefelsäure (H₂SO₄) zu finden. CO₂, SO₂ sowie H₂O sind für den intensiven Treibhauseffekt auf der Venus verantwortlich. Obwohl 95 Prozent des einfallenden Sonnenlichtes von den Wolken reflektiert werden, reichen die restlichen 5 Prozent aus, um unseren Nachbarplaneten aufzuheizen.

Am Venusboden herrscht ein Druck von 93 bar bei einer mittleren Oberflächentemperatur von 468 Grad Celsius. Die Troposphäre, also die Region, in der sich das planetare Wettergeschehen abspielt, reicht bis in eine Höhe von 100 Kilometern (Erde: 10 Kilometer). Vom Venusboden aus nimmt die Temperatur bis in eine Höhe von 60 Kilometer kontinuierlich ab und bleibt dann bis zum Ende der Troposphäre relativ konstant.

Atmosphärische Zwischenschichten wie auf der Erde fehlen bei unserer Zwillingsschwester. Von der Troposphäre geht es bei ihr sogleich in die Ionosphäre über. In der extrem dünnen Atmosphärenschicht werden die wenigen noch vorhandenen Gasmoleküle von der eintreffenden energiereichen kosmischen Strahlung ionisiert, also in Ionen und freie Elektronen gespalten. Die Temperatur sinkt rapide, auf der Nachtseite der Venus wurden minus 173 Grad Celsius ermittelt.

Das Hauptwettergeschehen vollzieht sich auf unserem Nachbarplaneten etwa zwischen 45 und 70 Kilometer Höhe. Hier liegen drei dicke Wolkenbänder, die die Venus völlig einhüllen. Innerhalb dieser Wolkenschichten sind verschiedenartige Windströmungen beobachtet worden, die für einen Luftmassenaustausch zwischen Äquator und Polgebieten sorgen.

Ein derartiges Windsystem existiert auch auf der Erde, wenngleich es völlig anders aufgebaut ist. Gemeinsam ist ihnen nur die physikalische Triebkraft: Winde entstehen, wenn die Atmosphäre bestrebt ist, einen durch Luftdruck- und Temperaturunterschiede hervorgerufenen gestörten Gleichgewichtszustand wiederherzustellen.
Auf der Venus findet dieser Austausch primär in den Wolkenbändern zwischen 45 und 70 Kilometer statt. Mächtige Stürme in Hurricane-Stärke treten hier auf. Die oberen Atmosphärenwolken jetten mit Spitzengeschwindigkeiten von 400 Kilometern pro Stunde – dreimal schneller als jeder irdische Orkan – über den Äquator. Während sich die Venus in 243 Tagen einmal dreht, schaffen es die Wolken in nur vier Tagen. Die Planetologen nennen das Superrotation. Unterhalb der Wolkenschichten nimmt der Wind rapide ab, am Boden herrscht sogar überwiegend Windstille.

Venus Express soll die einzelnen Schichten der Lufthülle im Detail untersuchen:
Welche physikalischen Eigenschaften haben die Luftschichten? Wie zirkulieren sie? Wie ändert sich die Zusammensetzung der Atmosphäre in den tieferen Schichten? Welche Wechselwirkungen vollziehen sich zwischen der Atmosphäre und der Venusoberfläche einerseits und den oberen Atmosphärenschichten mit dem Sonnenwind andererseits?

Die Venus als dramatisches Studienobjekt für das Erdklima

Zu den ungeklärten Phänomenen im Vorhof der Hölle gehört auch die Frage, wie und wann ein derart gigantischer Treibhauseffekt überhaupt eintreten konnte.

Vermutlich haben Vulkane über Jahrmillionen Myriaden Tonnen von Kohlendioxid und Schwefel ausgepustet und damit jenen Treibhauseffekt ausgelöst, der bis heute anhält und den Planeten aufheizt. Infolge der Hitze sind Seen, Flussläufe und Meere – falls es Wasser auf der Venus jemals gegeben haben sollte – verdampft. In den oberen Schichten der Venusatmosphäre schloss sich dann die Umweltkatastrophe. Der aufsteigende Wasserdampf wurde durch das UV-Licht der Sonne in seine Bestandteile zerlegt, der Wasserstoff verflüchtigte sich ins All.
Derartige Prozesse fanden ansatzweise auch auf der Erde statt, doch hier wirkten Regenschauer als atmosphärische Waschanlage. Wissenschaftler sehen deshalb in der Venus ein hervorragendes Studienobjekt, um viel über die frühen Erdjahre erfahren zu können. Vor allem die Klimatologen sind heiß auf die Venus-Daten. Denn der Nachbarplanet vermittelt uns ein eindrucksvolles Bild von dem, was für Auswirkungen ein langzeitiger Klimawechsel mit sich bringen würde. Die Wissenschaftler hoffen mit den Daten der Venus optimierte Klimamodelle erstellen zu können, mit denen sich Intensität und Folgen des irdischen Treibhauseffektes besser verstehen und berechnen lassen.

Wie man aber am Beispiel der Venus deutlich ablesen kann, hätte ein ähnlich effektiver Treibhauseffekt – wie wir ihn auf unserer Zwillingsschwester antreffen – für das Leben auf der Erde langfristig verheerende Folgen. Wenn auf der Erde der zunehmende Eintrag von Treibhausgasen, speziell von Kohlendioxid, ungestört weitergeht, dann könnte das heutige Bild der Venus auch die Zukunft der Erde darstellen.
Die Fragen, die Europas Wissenschaftler mit den zu erwartenden Messergebnissen von Venus Express klären wollen, sind daher äußerst lebensnah und von eminenter Bedeutung für die Zukunft des blauen Planeten.