Vorstoß in die Hölle

Megan Russell und Catherine Johnson vom Planetary Science Institute in Tucson, Arizona, haben nun hochaufgelöste stereotopografische Daten von Magellan mit neuen Techniken noch einmal unter die Lupe genommen. Mithilfe von abbildendem Radar (SAR, Synthetic Aperture Radar) ermittelte die Sonde für etwa 20 Prozent der Oberfläche dreidimensionale Informationen. Die beiden Wissenschaftlerinnen interessierten sich besonders für Aramaiti Corona, eine nach einer persischen Fruchtbarkeitsgöttin benannten 350 Kilometer großen Geländeformation.

Coronae sind kreisförmige Oberflächenstrukturen, die oft von einem Ring aus Wällen und Rissen umgeben sind, was ihnen eine kronenförmige Gestalt verleiht – daher der Name. Auf den Fotos der Sonde Venera 16 fielen Coronae erstmals 1983 auf. Sie stammen nicht von Meteoriteneinschlägen, sondern wurden von aufsteigendem heißen Gestein verursacht, sogenannten Mantelplumes. Dadurch wölbte sich der Boden auf. Als später das Magma darunter abkühlte, brach er ein und hinterließ eine Delle.

Bei manchen dieser brüchigen Landschaften auf der Venus wurden alte Vulkane oder Lavaflüsse an den Rissen nachgewiesen, so auch bei Aramaiti Corona. Dort überlagert der Vulkandom Narina Tholus die ringförmige Region. Er hat einen Durchmesser von 40 Kilometern und wurde nach einer australischen Vogelgöttin benannt.

„Wir haben analysiert, wie stark der Vulkan den Boden in seiner Umgebung durch sein Gewicht eingedellt hat“, sagt Megan Russell. „Eine solche Deformation lässt sich auch beim Meeresboden um die Hawaii-Inseln nachweisen.“ Mithilfe von Computermodellen haben die beiden Forscherinnen den Wärmefluss abgeleitet. Er hängt von der Dicke und Entwicklung und somit dem Alter der Bodenverformung bei dem Vulkan ab.

Das Ergebnis der Analyse: Die Gestalt und Topografie von Aramaiti Corona deutet auf ein geologisch junges Alter hin. Der Wärmefluss war zwei bis vier Mal stärker als bislang angenommen. Ob sich der Vulkanismus vor einigen Dutzend Jahrmillionen ereignete oder sogar bis zur Gegenwart anhält, lässt sich momentan nicht entscheiden. „Doch es gibt immer mehr Hinweise darauf, dass die Venus vor Kurzem ein aktiver Planet war oder sogar heute noch einer ist“, sagt Catherine Johnson.

Renaissance der Venusforschung

Von Magellan gibt es noch SAR-Messungen von sieben weiteren Coronae mit 13 Vulkanen auf den ringförmigen Bruchzonen oder in unmittelbarer Nähe davon. Obwohl die Daten keine ganz so gute Qualität haben und bislang keine Hinweise auf Bodenverformungen lieferten, könnten sie Rückschlüsse auf die Vergangenheit der Venus erlauben. Noch viel detailliertere Beobachtungen werden die Radargeräte an Bord zweier Raumsonden ermöglichen, die in etwa zehn Jahren starten sollen.

Denn nach einer Phase der Stagnation soll es nun zu einer Renaissance der Venusforschung kommen: Gleich drei internationale Raumsonden werden unsere Nachbarwelt genauer ins Visier nehmen als jemals zuvor. Zwei werden von der US-amerikanischen Weltraumagentur NASA konzipiert, eine dritte von der europäischen Weltraumagentur ESA. Ziel der neuen Missionen ist es herauszufinden, wie unsere Schwesterwelt nicht zu einem Zwillings-, sondern zu einem Höllenplaneten wurde – trotz ihrer vielen erdähnlichen Eigenschaften und obwohl sie vielleicht die erste lebensfreundliche Welt im Sonnensystem war mit einem Ozean und einem einst erdähnlichen Klima.

VERITAS: Späher im Orbit

Am 2. Juni 2021 gab die NASA nach einem zweijährigen Begutachtungs- und Selektionsverfahren bekannt, im Rahmen ihres Discovery-Programms zwei neue Missionen zur Venus zu finanzieren: DAVINCI+ und VERITAS. Für jede werden rund 500 Millionen Dollar bereitgestellt, und sie sollen noch in diesem Jahrzehnt ins All aufbrechen: zwischen 2028 und 2030. Das sind die ersten Venusmissionen der USA seit den beiden 1978 gestarteten Pioneer-Venussonden und dem 1989 in den Weltraum geschossenen Magellan-Orbiter.

VERITAS (Venus Emissivity, Radio Science, InSAR, Topography, and Spectroscopy) wird die Venus auf wechselnden Bahnen umkreisen und mithilfe von Radar die Oberfläche genau kartieren. Das soll eine dreidimensionale Rekonstruktion der Topografie ermöglichen. Davon erhoffen sich die Planetenforscher Einsichten, warum sich die Venus anders als die Erde entwickelt hat und ob es noch aktive plattentektonische sowie vulkanische Prozesse gibt. Bei früheren Missionen wurden Vulkane entdeckt. Doch niemand weiß, ob sie in den letzten Jahrtausenden aktiv waren oder es sogar noch sind – worauf aber die neue Studie von Megan Russell und Catherine Johnson hinweist. Frische Lavaspuren könnten Aufschluss geben.

Auch die Italienische Raumfahrtagentur und Frankreichs Centre National d’Etudes Spatiales wirken an der Mission mit. Und das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) wird das Messgerät VEM bauen (Venus Emissivity Mapper). Es soll durch die wenigen atmosphärischen „Fenster“ im nahen Infrarot die Wärmestrahlung der Oberfläche kartieren, um die noch weitgehend unbekannte mineralogische Zusammensetzung der Gesteinstypen zu ermitteln.

Dabei stehen besonders die Tesserae im Fokus. Diese Hochländer oder Plateaus machen nur etwa sieben Prozent der Oberfläche aus und scheinen mit irdischen Kontinenten vergleichbar zu sein. Das würde darauf hindeuten, dass die Venus eine Plattentektonik besaß, die spätestens vor vielleicht einer Jahrmilliarde zum Erliegen kam – wenn es einen großen Ozean gab, der dann verdampfte. Falls sich die Tesserae in ihrem Gehalt an vulkanischem Basalt von tieferliegenden Regionen charakteristisch unterscheiden, wäre auch das ein Hinweis auf einen Ozean.

„Wenn sich Kontinente bilden, interagieren auf der Erde große Basaltmengen der ozeanischen Kruste mit Wasser. Falls wir das auch auf der Venus nachweisen können, wären diese riesigen Plateaus Zeugen einer Zeit, in der es dort flüssiges Wasser gab“, sagt Suzanne Smrekar vom Jet Propulsion Laboratory der NASA im südkalifornischen Pasadena. Sie ist wissenschaftliche Leiterin von VERITAS.

DAVINCI+: Hinab in die Hölle

Die Mission DAVINCI+ (Deep Atmosphere Venus Investigation of Noble gases, Chemistry, and Imaging) wird die Bestandteile der Venusatmosphäre analysieren, um deren Entstehung und Entwicklung zu eruieren und nachzuweisen, ob es einst einen Ozean auf unserer Nachbarwelt gab und warum sich ein gewaltiger Treibhauseffekt gebildet hat.

Der Orbiter ist mit vier Kameras ausgestattet. Eine wird die Atmosphäre im Ultraviolett-Spektrum studieren und die Bewegung der Wolken verfolgen. Die anderen drei werden die mineralogisch-chemische Zusammensetzung der Oberfläche der nächtlichen Venus in infraroten Wellenlängen erkunden. Das wird Rückschlüsse auf früheres Wasser erlauben und die erste mineralogische Karte von Ishtar Terra ermöglichen. Dieses bis zu elf Kilometer aufragende Hochland ist vielleicht die letzte Manifestation einer ehemaligen Venusplattentektonik.

Zudem wird das Instrument CUVIS (Compact Ultraviolet to Visible Imaging Spectrometer) hochaufgelöste Ultraviolett-Spektren der Atmosphäre messen, um die Zusammensetzung und Strahlungseigenschaften der Wolken zu charakterisieren. Das soll auch die Natur der rätselhaften UV-Absorber in der Atmosphäre aufklären, die fast die Hälfte des einfallenden Sonnenlichts verschlucken. Es ist unklar, woraus sie bestehen und ob sie von vulkanischen Aktivitäten stammen oder womöglich von Mikroorganismen, die in der Luft schweben.

Vielleicht zwei Jahre nach seiner Ankunft soll der Orbiter eine Eintauchsonde absetzen. Sie wird in die dichte Lufthülle der Venus eindringen und an einem Fallschirm langsam nach unten schweben. Dabei sollen Edelgase wie Helium und Xenon, weitere Spurengase und das Verhältnis der verschiedenen Isotope in der Luft gemessen werden sowie die Temperatur-, Druck- und Windverhältnisse abhängig von der Höhe. Noch ist unklar, ob die Edelgase aus dem Inneren der Venus oder von verglühten Kometen stammen. Unbekannt ist auch, ob die Wasserspuren in der Atmosphäre ein Relikt einstiger Meere sind, die verdampften, als sich die Venus erhitzte, oder ob es Wasser nur als Dampf in der planetarischen Frühzeit gab.

Für Astrobiologen besonders interessant ist, dass DAVINCI+ Monophosphan messen kann, falls es in ausreichender Menge in der Atmosphäre vorkommt. Die Daten werden vielleicht die Kontroverse darüber entscheiden, woher es stammt und ob womöglich Mikroben in den Wolken der hohen Venusatmosphäre flottieren.

Die Eintauchsonde soll außerdem hochaufgelöste Fotos der Oberfläche gewinnen. Auch dabei sind die Tesserae von besonderem Interesse. Die Sonde soll über dem Hochland Alpha Regio niedergehen, das mehr als die dreifache Größe von Deutschland hat, und bis zu 500 Fotos machen – mit wenigen Dutzend Zentimeter Auflösung kurz vor oder sogar nach der Landung. Vielleicht können die Bilder auch über Erosionsprozesse Auskunft geben.

Chefwissenschaftler von DAVINCI+ ist James Garvin vom Goddard Space Flight Center der NASA in Greenbelt, Maryland. „Wir brauchen innovative Wege der Forschung“, sagt er. „Daher haben wir unsere Mission nach Leonardo da Vinci benannt, dessen inspirierendes und visionäres Denken über die Wissenschaft hinausreichte sowie Ingenieurwesen, Technik und sogar Kunst miteinander verband.“

EnVision: Bis in den Untergrund

Kurz nach der NASA-Pressekonferenz und unabhängig von ihr teilte die ESA am 10. Juni mit, ebenfalls eine Venusmission zu realisieren, die 2031 bis 2033 mit einer Rakete vom Typ Ariane 6 abheben soll: EnVision. Das wird Europas erster Besuch des Nachbarplaneten seit dem 2005 gestarteten Venus Express.

Der auf 610 Millionen Euro veranschlagte Orbiter wird nach einer 15 Monate langen Reise im Lauf weiterer 16 Monate durch Abbremsung an der Hochatmosphäre (Aerobraking) eine quasipolare Umlaufbahn in 220 bis 540 Kilometer Höhe mit einer Orbitalperiode von 92 Minuten erreichen. Wie VERITAS wird EnVision die Oberfläche mit hochauflösendem Radar kartieren, ein Beitrag der NASA. Ein anderes Radarinstrument soll die Beschaffenheit des Untergrunds erkunden. Spektrometer vermessen die Zusammensetzung der Atmosphäre und Oberfläche – auch im Hinblick auf aktive Vulkane – und Radiowellen das Gravitationsfeld.

„EnVision wird unseren unirdischen Nachbarn entschlüsseln. Und das wird helfen zu verstehen, was unsere eigene Welt so besonders macht“, sagt Richard Ghail von der London University, der leitende Projektwissenschaftler der Mission. „Eine neue Ära der Erforschung unseres nächsten und doch so grundverschiedenen Nachbarn im Sonnensystem bricht an“, stimmt Günther Hasinger zu, der Wissenschaftsdirektor der ESA. „Zusammen mit den beiden angekündigten NASA-Missionen zur Venus entsteht ein äußerst erkenntnisträchtiges Forschungsprogramm zur Erkundung dieses rätselhaften Planeten.“

Möglicherweise lässt sich sogar klären, woraus das reflektierende Material besteht, das die Berge in mehr als 2,6 Kilometer Höhe bedeckt. Schnee aus Wassereis kann es bei den Höllentemperaturen nicht geben – aber vielleicht exotische Metalle, die von Wismut, Tellur und Schwefel gebildet werden. Sie würden von vulkanischen Aktivitäten stammen und in diesen Höhen auskondensieren. DAVINCI+ könnte die Elemente in der Atmosphäre messen, VERITAS und EnVision sie an den Vulkanschloten detektieren. Mit einer künftigen Landesonde wäre es sogar möglich, den seltsamen Stoff vor Ort zu analysieren – technisch machbar, aber wohl erst ein Projekt für die zweite Jahrhunderthälfte.