Die Venuswolken enthalten Phosphin - wissenschaft.de
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Astronomie+Physik

Die Venuswolken enthalten Phosphin

Venus
Wolkenverhüllte Venus. (Bild: dottedhippo/ iStock)

Die Venus ist von dichten Wolken verhüllt, in denen nach Ansicht einiger Planetenforscher sogar lebensfreundliche Bedingungen herrschen könnten. Jetzt haben Astronomen in der oberen Wolkenschicht unseres Nachbarplaneten ein Gas entdeckt, das ihnen Rätsel aufgibt. Den Daten von zwei Teleskopen zufolge kommen Spuren des giftigen Monophosphans (PH3) in den Venuswolken vor. Doch diese auch als Phosphin bekannte Verbindung kann unter den stark oxidierenden Bedingungen der Venusatmosphäre eigentlich nicht entstehen oder länger erhalten bleiben. Woher das Phosphin auf der Venus kommt, können die Forscher bislang nicht erklären.

Wenn man unsere Erde aus dem All nach Anzeichen für Leben absuchen würde, wäre schon die Zusammensetzung der Atmosphäre ein erstes Indiz. Denn sie enthält mehr Sauerstoff als allein durch geochemische Prozesse erklärbar wäre. Der Hauptproduzent des Atemgases ist die irdische Pflanzenwelt. Auch andere chemische Verbindungen wie organische Kohlenwasserstoffe können – müssen aber nicht – ein Anzeiger für Leben auf einem Planeten sein. Häufig jedoch ist bei diesen Gasen nicht eindeutig feststellbar, ob sie aus biologischen oder geochemischen Quellen stammen. Deshalb suchen Wissenschaftler nach Chemikalien, die eine eindeutige, unverwechselbare Biosignatur darstellen könnten. „Idealerweise sollten lebende Organismen die einzige Quelle einer solchen Biosignatur sein und sie sollte im Spektrum starke, präzise charakterisierte Linien ohne große Kontaminationen erzeugen“, erklären Jane Greaves von der Cardiff University und ihre Kollegen. „Normalerweise werden diese Kriterien aber nicht alle erfüllt.“

Monophosphan als Biosignatur?

Als ein möglicherweise vielversprechender Kandidat für eine Biosignatur gilt Monophosphan (PH3), früher auch als Phosphin bezeichnet. Dieses geruchlose Gas ist für den Menschen und die meisten tierischen Organismen hochgiftig, wird aber von einigen unter sauerstoffarmen Bedingungen lebenden Bakterien produziert und freigesetzt. Die Erdatmosphäre enthält daher winzige Spuren dieses Gases – in Konzentrationen von wenigen Molekülen pro einer Billion Luftmoleküle (parts per trillion, ppt). „Das Phosphin ist eng mit anthropogener Aktivität sowie der Präsenz von mikrobiellem Leben verknüpft“, erklären Greaves und ihr Team. Denn auf rein chemischem Wege entsteht dieses Gas im Sonnensystem nur in den reduzierenden Atmosphären der Gasplaneten, auf den Gesteinsplaneten dagegen würde es sofort von den oxidierenden Gesteinskrusten und Atmosphären zerstört. „Daher erfüllt das Monophosphan die meisten Kriterien für eine Biosignatur, auch wenn seine spektralen Merkmale durch die Erdatmosphäre stark gestört werden“, so die Forscher.

Ausgehend von dieser Überlegung, haben Greaves und ihre Kollegen nun zwei leistungsfähige Teleskope genutzt, um nach der Signatur von Phosphin bei unserem Nachbarplaneten Venus zu suchen. Denn wie sie erklären, ist das Sonnensystem ein wichtiges Testfeld, um Nachweismethoden für die Suche nach Leben und mögliche Biosignaturen auszutesten. Für ihre Analyse werteten die Forscher Spektraldaten des James-Clerk-Maxwell-Radioteleskops auf Hawaii und des Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) in Chile aus. Sie visierten die Wolken der Venus in den Jahren 2017 und 2019 mit diesen Teleskopen an. Zur Überraschung der Wissenschaftler zeigten sich nach aufwändiger Aufbereitung und Filterung der Daten in den Spektren beider Teleskope die Signatur von Phosphin. Angesichts dieser Übereinstimmung bei zwei zeitlich getrennten Messungen mit zwei verschiedenen Anlagen schließen sie, dass es in der Wolkendecke der Venus geringe Mengen dieser Phosphorverbindung geben muss. „Wir können keine andere chemische Verbindung außer Phosphin finden, die die von uns beobachteten Merkmale erklären könnte“, so die Forscher.

Quelle des venusianischen Phosphins unbekannt

Den Messungen zufolge befindet sich das Monophosphan in rund 53 bis 61 Kilometer Höhe und damit in der dichten Wolkenschicht der Venus. Das Gas kommt dort in Konzentrationen von etwa 20 Phosphinmolekülen pro einer Milliarde Gasteilchen (parts per billion, ppb) vor. „Die Präsenz von selbst diesen geringen Anteilen Phosphin ist völlig unerwartet für eine oxidierte Atmosphäre wie die der Venus“, konstatieren Greaves und ihre Kollegen. Man würde erwarten, dass das Element Phosphor unter den dort herrschenden Bedingungen nur in oxidierter Form wie beispielsweise als Phosphat vorkommt. Hinzu kommt, dass Phosphin in der Gashülle der Venus nicht lange haltbar ist: Es wird nach maximal 1000 Jahren chemisch abgebaut. „Dass Phosphin dort trotzdem präsent ist, deutet darauf hin, dass es eine Quelle in der Atmosphäre, auf der Oberfläche oder darunter gibt, die für Phosphornachschub sorgt“, sagen die Forscher. Auch ein Transport aus dem All, beispielsweise über Mikrometeoriten, sei theoretisch denkbar.

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Doch als die Wissenschaftler versuchten, diese möglichen Quellen ausfindig zu machen, blieb dies erfolglos. Keine der denkbaren chemischen Reaktionen wäre in den Venuswolken möglich oder würde genügend Monophosphan produzieren, um die gemessenen Werte zu erklären. Auch Mikrometeoriten als „Importeure“ der Substanz schließen die Forscher auf Basis ihrer Berechnungen und Modelle aus. Eine weitere Möglichkeit wäre, dass Blitze die Entstehung des Phosphins fördern, doch auch dies passt nicht zu den Daten: „Zwar gibt es Blitze auf der Venus, aber weit weniger als auf der Erde“, so Greaves und ihr Team. „Ihre Produktion von Phosphin läge um mehr als das zehn Millionenfache zu niedrig.“ Was aber bleibt dann? Bisher ist die Antwort auf diese Frage offen. „Wenn kein bekannter Prozess das Phosphin in der oberen Atmosphäre der Venus erklären kann, dann muss es von einem zuvor auf der Venus nicht als plausibel erachteten Prozess erzeugt werden“, konstatieren die Wissenschaftler. „Das könnte eine unbekannte Photochemie oder Geochemie sein, aber auch Leben.“ Die Forscher betonen aber auch, dass sie die Existenz von Leben in den Venuswolken aus vielerlei anderen Gründen für eher unwahrscheinlich halten.

Quelle: Jane Greaves (Cardiff University) et al., Nature Astronomy, doi: 10.1038/s41550-020-1174-4

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