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Astronomie - Kein Leben in der Venus-Atmosphäre (?)

14.09.2020

Ein seltener Phosphorwasserstoff in der Lufthülle der Venus macht Schlagzeilen. Wie dieses Phosphan dort hinkommt, ist in der Tat nicht einfach zu erklären – außerirdisches Leben ist dabei jedoch die wohl unwahrscheinlichste Option

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Auf der Venus gibt es Phosphan. Der dreiwertige Phosphanwasserstoff, im Englischen »Phosphin« genannt, befindet sich offenbar in der dichten und lückenlosen Wolkendecke unseres Nachbarplaneten. Das hat eine Arbeitsgruppe um die Astronomin Jane Greaves von der britischen Cardiff University im Magazin »Nature Astronomy« berichtet. Die erste große Frage, die sich nun stellt: Wie kam es dorthin? Die zweite: Sollte die chemische Verbindung gar ein Indiz für außerirdisches Leben sein?

Anlass zu dieser Spekulation gibt, dass die Erde als Zwilling der Venus gilt und auf der Erde eben manche Mikroben Phosphan als Folge ihres Stoffwechsels ausstoßen. Lebewesen auf unserem Nachbarplaneten wären wahrlich eine Entdeckung von beträchtlicher Tragweite.

Doch in Bezug auf die Venus lässt sich sagen: Das dürfte kaum der Fall sein. Mag die altehrwürdige britische Astronomenvereinigung Royal Astronomical Society auch noch so medienwirksam bereits vor der Veröffentlichung von einem »bahnbrechenden Ergebnis« gesprochen haben.

Tatsächlich liefert die Studie der Forscher um die Britin Greaves wenig Anlass für derlei Spekulationen. In dem Fachaufsatz arbeitet das internationale Autorenteam lediglich heraus, wie schwierig es ist, das Phosphan in den Wolken der Venus zu erklären.

Die Wolken treiben in etwa 50 bis 70 Kilometern Höhe und bestehen nach jetziger Kenntnis überwiegend aus feinen Tröpfchen konzentrierter Schwefelsäure. Daneben enthalten sie allerlei Schwebstoffe, deren Zusammensetzung bis heute nicht im Detail geklärt ist. Und eben Phosphan. Die Verbindung sollte sich eigentlich chemisch mit der Schwefelsäure und den festen Schwefelpartikeln in der Wolkendecke reagieren und sich somit rasch abbauen. Auf der Venus kommt sie nur in winzigen Mengen vor, wie die Beobachtungen mit dem James Clerk Maxwell auf dem Mauna Kea in Hawaii und dem ALMA-Observatorium der Europäischen Südsternwarte (ESO) zeigen. Auf eine Milliarde Moleküle in der Atmosphäre entfallen gerade mal 20 Moleküle PH3, Fachleute sprechen von einer Konzentration von 20 ppb (englisch: parts per billion).

Venusoberfläche
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Venusoberfläche

Es muss also eine bisher unbekannte Quelle des Stoffs geben. Standarderklärungen scheiden hier aus, halten die Autoren der aktuellen Studie fest: Ihnen zufolge lassen sich die rätselhaften Gasspuren weder durch chemische Wechselwirkungen mit der Oberfläche erklären, noch durch Blitzschläge, Meteoriden oder Vulkanausbrüche. Die Wissenschaftler vermuten deshalb, dass bislang unbekannte Stoffe in der Wolkendecke vorhanden sein müssen, aus denen durch chemische Reaktionen geringe Mengen Phosphan entstehen können.

 

Außerirdisches Leben als Möglichkeit nennen die Experten zwar, halten sie aber für insgesamt unwahrscheinlich. Mehr noch: Die Forscher betonen, dass das Phosphan in den Venuswolken mitnichten als Beweis für Leben taugt. Dort, in rund 60 Kilometern Höhe, herrscht zwar Zimmertemperatur, anders als auf der Oberfläche, wo das Thermometer auf im Mittel 470 Grad steigt. Dafür ist die Luft in den Wolken extrem austrocknend und wegen der allgegenwärtigen Schwefelsäure sehr sauer. Außerirdische Mikroben können dort also nur in exotischen Szenarien überdauern.

Konnte auf der Venus jemals Leben entstehen?

Wild zu spekulieren kommt einem Trend in der Venusforschung entgegen: Manche Wissenschaftler bemühen seit Jahren das Narrativ, die Venus könne vor mehr als einer Milliarde Jahre ein lebensfreundlicher Planet mit Ozeanen gewesen sein, der Erde nicht unähnlich. Als sich der Planet dann nach und nach zur Gluthölle entwickelte, hätten Bakterien in der Wolkendecke überleben können. Aus Sicht vieler Geowissenschaftler ist diese Theorie jedoch strittig. Ihnen zufolge dienten die Träume in erster Linie dazu, Gelder für neue Raumsonden zur Venus einzuwerben, die im Vergleich zu anderen kosmischen Reisezielen seit Jahrzehnten tatsächlich vernachlässigt wird.

Die Venus im ultravioletten und infraroten Licht (Aufnahme der japanischen Raumsonde Akatsuki)
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Die Venus im ultravioletten und infraroten Licht | Betrachtet man unsere innere Nachbarin Venus im Teleskop, so zeigt sich der Planet dem Auge als grellweiße Sichel ohne jegliche weitere Merkmale. Die permanente Wolkendecke der Venus, die überwiegend aus konzentrierter Schwefelsäure besteht, reflektiert im sichtbaren Licht den größten Teil der auf sie treffenden Sonnenstrahlung zurück ins All. Fotografiert man die Venus dagegen im infraroten oder ultravioletten Licht, so enthüllt sich dem Kameraauge eine hochdynamische und wechselhafte Atmosphäre mit ausgeprägten Wolkenstrukturen und Stürmen. Dieses Bild wurde aus Daten der japanischen Raumsonde Akatsuki vom US-amerikanischen Amateurbildbearbeiter Kevin Gill zusammengesetzt. Es kombiniert Bildinformationen im ultravioletten (weiße und blaue Farbtöne) mit Bilddaten aus dem infraroten Spektralbereich (bräunliche Farbtöne). Die Kombination zeigt die Venus am 17. Mai 2016 und erlaubt einen Einblick in die Struktur der Venusatmosphäre.

Für Geologen spricht vor allem eins gegen eine lebensfreundliche junge Venus: Nachweislich hat sich dort Kalkstein, auch Karbonat genannt, nicht weitflächig abgelagert. Karbonat würde man jedoch in großer Menge erwarten, wenn es auf der Venus einmal Ozeane gegeben hätte. Das zeigt ein Blick in die Erdgeschichte: Hier band der Kalkstein im großen Stil das Treibhausgas Kohlendioxid (CO2), wobei Wasser als Lösungsmittel diente.

Gleichartige Uratmosphären

Damals, vor rund vier Milliarden Jahren, bestand die Erdatmosphäre zum größten Teil aus einer Mischung von CO2 und Stickstoff – wie die heutigen Lufthüllen von Venus und Mars. Allerdings war der Planet damals schon so weit abgekühlt, dass der in der Uratmosphäre gespeicherte Wasserdampf zu kondensieren begann und viele Millionen Jahre lang ununterbrochen als Regen auf die Oberfläche fiel. Er sammelte sich dort in Senken und bildete schließlich die ersten Ozeane.

In der Folge löste sich Kohlendioxid aus der Luft im Ozeanwasser. Dort bildete es Kohlensäure, so dass die Urozeane regelrecht sprudelnden Mineralwassermeeren gleichkamen. In der Folge setzte sich mehr und mehr Kalkstein in Form von Kalziumkarbonat (CaCO3) ab. Der Prozess dauerte über viele Millionen Jahre hinweg an und so wurde das Kohlendioxid der Erdatmosphäre in den Karbonaten gebunden. Bis heute.

Auf der Venus jedoch findet sich nichts dergleichen, der Planet und seine Atmosphäre sind deutlich anders aufgebaut. Ergo gab es wohl keine Ozeane. Ohne Wasser jedoch hätte es Mikroben schwer, sich zu entwickeln. Somit sieht es dort trotz Spuren von Phosphan für eventuelles Leben eher schlecht aus.

Quelle: Spektrum.de

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Update: 15.09.2020

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Phosphan: ein starker Biomarker auf der Venus?

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Mehr darüber auf Blog Skyweek Zwei Punkt Null von Daniel Fischer:

https://skyweek.wordpress.com/2020/09/14/phosphan-starker-biomarker-in-der-venus-atmosphare/

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Hints of life on Venus

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Artist's impression of Venus, with an inset showing a representation of the phosphine molecules detected in the high cloud decks.
CreditESO / M. Kornmesser / L. Calçada & NASA / JPL / Caltech 

An international team of astronomers, led by Professor Jane Greaves of Cardiff University, today announced the discovery of a rare molecule – phosphine – in the clouds of Venus. On Earth, this gas is only made industrially, or by microbes that thrive in oxygen-free environments.

Astronomers have speculated for decades that high clouds on Venus could offer a home for microbes – floating free of the scorching surface, but still needing to tolerate very high acidity. The detection of phosphine molecules, which consist of hydrogen and phosphorus, could point to this extra-terrestrial ‘aerial’ life. The new discovery is described in a paper in Nature Astronomy.

The team first used the James Clerk Maxwell Telescope (JCMT) in Hawaii to detect the phosphine, and were then awarded time to follow up their discovery with 45 telescopes of the Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) in Chile. Both facilities observed Venus at a wavelength of about 1 millimetre, much longer than the human eye can see – only telescopes at high altitude can detect this wavelength effectively.

Professor Greaves says, “This was an experiment made out of pure curiosity, really – taking advantage of JCMT’s powerful technology, and thinking about future instruments. I thought we’d just be able to rule out extreme scenarios, like the clouds being stuffed full of organisms. When we got the first hints of phosphine in Venus’ spectrum, it was a shock!”

Naturally cautious about the initial findings, Greaves and her team were delighted to get three hours of time with the more sensitive ALMA observatory. Bad weather added a frustrating delay, but after six months of data processing, the discovery was confirmed. 

Team member Dr Anita Richards, of the UK ALMA Regional Centre and the University of Manchester, adds: “To our great relief, the conditions were good at ALMA for follow-up observations while Venus was at a suitable angle to Earth. Processing the data was tricky, though, as ALMA isn’t usually looking for very subtle effects in very bright objects like Venus.”

Greaves adds: “In the end, we found that both observatories had seen the same thing – faint absorption at the right wavelength to be phosphine gas, where the molecules are backlit by the warmer clouds below.”

Professor Hideo Sagawa of Kyoto Sangyo University then used his models for the Venusian atmosphere to interpret the data, finding that phosphine is present but scarce – only about twenty molecules in every billion.

The astronomers then ran calculations to see if the phosphine could come from natural processes on Venus. They caution that some information is lacking – in fact, the only other study of phosphorus on Venus came from one lander experiment, carried by the Soviet Vega 2mission in 1985. 

Massachusetts Institute of Technology scientist Dr William Bains led the work on assessing natural ways to make phosphine. Some ideas included sunlight, minerals blown upwards from the surface, volcanoes, or lightning, but none of these could make anywhere near enough of it. Natural sources were found to make at most one ten thousandth of the amount of phosphine that the telescopes saw.

To create the observed quantity of phosphine on Venus, terrestrial organisms would only need to work at about 10% of their maximum productivity, according to calculations by Dr Paul Rimmerof Cambridge University. Any microbes on Venus will  likely be very different to their Earth cousins though, to survive in hyper-acidic conditions.

Earth bacteria can absorb phosphate minerals, add hydrogen, and ultimately expel phosphine gas. It costs them energy to do this, so why they do it is not clear. The phosphine could be just a waste product, but other scientists have suggested purposes like warding off rival bacteria.

Another MIT team-member, Dr Clara Sousa Silva, was also thinking about searching for phosphine as a ‘biosignature’ gas of non-oxygen-using life on planets around other stars, because normal chemistry makes so little of it.

She comments: “Finding phosphine on Venus was an unexpected bonus! The discovery raises many questions, such as how any organisms could survive. On Earth, some microbes can cope with up to about 5% of acid in their environment – but the clouds of Venus are almost entirely made of acid.”

Other possible biosignatures in the Solar System may exist, like methane on Mars and water venting from the icy moons Europa and Enceladus. On Venus, it has been suggested that dark streaks where ultraviolet light is absorbed could come from colonies of microbes. The Akatsukispacecraft, launched by the Japanese space agency JAXA, is currently mapping these dark streaks to understand more about this “unknown ultraviolet absorber”. 

The team believes their discovery is significant because they can rule out many alternative ways to make phosphine, but they acknowledge that confirming the presence of “life” needs a lot more work. Although the high clouds of Venus have temperatures up to a pleasant 30 degrees centigrade, they are incredibly acidic – around 90% sulphuric acid – posing major issues for microbes to survive there. Professor Sara Seager and Dr Janusz Petkowski, also both at MIT, are investigating how microbes could shield themselves inside droplets. 

The team are now eagerly awaiting more telescope time, for example to establish whether the phosphine is in a relatively temperate part of the clouds, and to look for other gases associated with life. New space missions could also travel to our neighbouring planet, and sample the clouds in situ to further search for signs of life.

Professor Emma Bunce, President of the Royal Astronomical Society, congratulated the team on their work:

“A key question in science is whether life exists beyond Earth, and the discovery by Professor Jane Greaves and her team is a key step forward in that quest. I’m particularly delighted to see UK scientists leading such an important breakthrough – something that makes a strong case for a return space mission to Venus.”

Science Minister Amanda Solloway said:

"Venus has for decades captured the imagination of scientists and astronomers across the world.”

“This discovery is immensely exciting, helping us increase our understanding of the universe and even whether there could be life on Venus. I am incredibly proud that this fascinating detection was led by some of the UK’s leading scientists and engineers using state of the art facilities built on our own soil.”

Qoelle: Royal Astronomical Society

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