Auf der Venus kann man Sauerstoff atmen! Zumindest in der hohen Wolkenzone!

Atomarer Sauerstoff ist eine Schlüsselverbindung in der Mesosphäre und Thermosphäre der Venus im Übergangsbereich zwischen den beiden vorherrschenden atmosphärischen Zirkulationsmustern: der Retrogradationsströmung unterhalb von 70 km und der Strömung oberhalb von 120 km Höhe.

Frühere und aktuelle Nachweismethoden sind jedoch indirekt und beruhen auf Messungen anderer Moleküle in Kombination mit photochemischen Modellen. Bis vor kurzem war der direkte Nachweis von Sauerstoff-Atomen sowohl auf der Tag- als auch auf der Nachtseite der Venus möglich, indem ihr Übergang vom Grundzustand in einen energetischeren Zustand gemessen wurde.

Atomarer Sauerstoff konzentriert sich in Höhen von etwa 100 km mit einer maximalen Dichte auf der Tagseite, wo er durch Photolyse von Kohlendioxid und Kohlenmonoxid entsteht. Diese Methode ermöglicht detaillierte Untersuchungen der Venusatmosphäre in dem Bereich zwischen den beiden atmosphärischen Zirkulationsmustern.

Nach den Ergebnissen eines gemeinsamen Projekts der NASA und des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt, die in Nature Communications veröffentlicht wurden, wurde mit Hilfe eines Infrarotteleskops am luftgestützten Observatorium (SOFIA) das Vorhandensein von atomarem Sauerstoff während des Venustages nachgewiesen, was neue Informationen über die Dynamik der Venusatmosphäre liefert.

Die Göttin der Liebe

Die Venus ist für die Wissenschaftler von besonderem Interesse, weil sie viel mit der Erde gemeinsam hat, sich aber auch deutlich von ihr unterscheidet. Die Planeten haben eine ähnliche Masse, chemische Zusammensetzung und Dichte.

Der Unterschied besteht darin, dass er mit dicken Wolken bedeckt ist, die hauptsächlich aus Schwefelsäure bestehen, und seine Kohlendioxidatmosphäre einen starken Treibhauseffekt erzeugt, der zu einer extrem hohen Oberflächentemperatur (ca. 465°C) und einem Druck führt, der etwa 93 Mal höher ist als der der Erdoberfläche.

Die Gashülle der Venus rotiert sehr schnell um sie herum. Die Winde können dort oft Geschwindigkeiten von rund 700 km/h erreichen, während auf der Erde die höchste jemals gemessene Windgeschwindigkeit 372 km/h im Jahr 1934 am Mount Washington in New Hampshire, USA, betrug.

Die Gründe für die großen Unterschiede zwischen Venus und Erde sind noch nicht vollständig geklärt. Das Studium der Umwelt unseres Nachbarn kann helfen, sie besser zu verstehen. Besonderes Augenmerk legen die Forscher auf den atomaren Sauerstoff.

Atomarer Sauerstoff auf der Venus

Der Sauerstoff, den wir auf der Erde einatmen, ist molekular: Seine Moleküle bestehen aus zwei Atomen (O₂), die miteinander verbunden sind. Atomischer Sauerstoff besteht aus einzelnen, unabhängigen Atomen dieses Elements. Aufgrund seiner chemischen Aktivität reagiert er schnell mit anderen Stoffen.

Auf der Erde findet man es vor allem in großen Höhen, wo es durch die Zersetzung von molekularem Sauerstoff durch Sonneneinstrahlung entsteht. Ein ähnlicher Prozess kann auf der Venus stattfinden. Da seine Atmosphäre hauptsächlich Kohlendioxid (CO₂) enthält, bewirkt das Sonnenlicht die Aufspaltung seiner Moleküle in atomaren Sauerstoff und Kohlenmonoxid.

Da sich diese Stoffe auf dem Weg von der Nachtseite der Venus zur Tagseite zu CO₂-Molekülen rekombinieren, leuchtet der Planet im Dunkeln. Atomarer Sauerstoff wurde als Teil dieses Prozesses entdeckt, aber seine Anwesenheit während des Tages ist eine neue Entdeckung.

Entdeckung mit SOFIA

Die Forscher um den Physiker Heinz-Wilhelm Hübers vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) analysierten mit dem Infrarotteleskop des fliegenden Observatoriums (SOFIA) Daten von 17 verschiedenen Punkten auf dem Planeten, darunter die Tag- und Nachtseite sowie der Terminator, die Übergangslinie zwischen Hell und Dunkel.

An all diesen Punkten entdeckte das Team atomaren Sauerstoff, dessen Konzentration in einer Höhe von etwa 100 km ihren Höhepunkt erreichte. Dies entspricht einer Höhe, die zwischen den beiden wichtigsten atmosphärischen Zirkulationsmustern liegt: der starken, gegen den Uhrzeigersinn drehenden Super-Rotationsströmung unterhalb von 70 km und der subsolaren bis antisolaren Strömung in der oberen Atmosphäre oberhalb von 120 km.

Die Entdeckung deutet darauf hin, dass atomarer Sauerstoff eine wichtige Ressource für zukünftige Studien der Venusatmosphäre sein könnte, insbesondere in den Übergangszonen zwischen den beiden Zirkulationsmustern.

Vornehmlich in der Nähe von antisolaren und subsolaren Punkten sowie bei verschiedenen Einfallswinkeln des Sonnenlichts, werden mehr Details über diese Region liefern und zukünftigen Raumfahrtmissionen zur Venus helfen.

Zusammen mit Messungen des atomaren Sauerstoffgehalts in der Erd- und Marsatmosphäre werden diese Daten dazu beitragen, die Unterschiede zwischen der Erd- und der Venusatmosphäre besser zu verstehen.