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Wolkenrätsel auf der Venus gelöst

Temperaturverlauf bestimmt Wolkengestalt

Ein Bild der Venus aufgenommen mit ultraviolettem und infrarotem Licht. Die linke, untere Hälfte zeigt die Temperaturverteilung in der Wolkendecke. Dunkle Bereiche entsprechen niedrigen Temperaturen. Die rechte, obere Hälfte zeigt die gleichzeitige Verteilung der Wolken in einer UV-Aufnahme. © ESA/VMC/VIRTIS

Die Wolkendecke aus ätzender Schwefelsäure, die die Venus umhüllt, gab Forschern seit Jahrzehnten Rätsel auf. So war unklar, welche Vorgänge in der Atmosphäre für die Gestalt der Wolken verantwortlich sind. Und auch die Höhe der Wolken über der Planetenoberfläche konnte nicht bestimmt werden – bis jetzt. Denn einem internationalen Forscherteam ist es nun gelungen, diese Geheimnisse zu lüften.

Mit Hilfe von Messgeräten an Bord der ESA-Raumsonde Venus Express konnten sie zeigen, dass der Temperaturverlauf in der Atmosphäre dabei eine entscheidende Rolle spielt. Die Forscher vom Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung (MPS) berichten über ihre Ergebnisse in der aktuellen Ausgabe des Wissenschaftsmagazins „Nature“.

Ätzende Tröpfchen

Die Venus ist von einer dichten Atmosphäre umgeben. Doch anders als auf der Erde setzt sich diese hauptsächlich aus lebensfeindlichen Gasen wie etwa Kohlendioxid und verschiedenen Schwefelverbindungen zusammen. Die Wolken etwa bestehen zum größten Teil aus feinen Tröpfchen ätzender Schwefelsäure. Zudem enthalten sie Schwebeteilchen, die Wissenschaftler bisher noch nicht identifizieren konnten.

Diese unbekannten Teilchen spielen eine wichtige Rolle dabei, die Wolken der Venus sichtbar zu machen. Da das Material ultraviolettes (UV) Licht absorbiert, zeigen Aufnahmen in diesem Wellenlängenbereich das Muster der Wolken. Wo die Aufnahme dunkel ist, weist die Wolkendecke eine hohe Konzentration der Schwebeteilchen auf. Die helleren Bereiche entsprechen einem niedrigen Vorkommen der Teilchen. Doch selbst das präziseste UV-Bild kann nicht die physikalischen Vorgänge erklären, die die Wolken beeinflussen.

Ein UV-Bild der Wolkendecke der Venus aufgenommen mit der Weltraumkamera VMC aus einer Entfernung von 30.000 Kilometern. Die unbekannten Schwebeteilchen in der Atmosphäre erzeugen ein Muster aus hellen und dunklen Bereichen. Während die Wolken in den Tropen zerrissen und löchrig sind, bilden sie in mittleren Breiten eine dichte Decke. © ESA/ MPS/ DLR/ IDA

Venus Express mit neuen Möglichkeiten

„Frühere Missionen zur Venus konnten nur bestimmte Teile des Lichtes, das die Venus zurück ins All reflektiert, betrachten“, erklärt Dmitry Titov vom MPS. So konnten Wissenschaftler etwa aus dem ultravioletten Licht die Verteilung der Wolken und aus der Infrarot-Strahlung die Lufttemperatur bestimmen. Doch da die Datensätze immer von verschiedenen Missionen stammten, ließen sich beide Eigenschaften nur schlecht zueinander in Beziehung setzen.

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Mit seiner UV-Kamera VMC und dem Infrarot-Spektrometer VIRTIS bietet Venus Express zum ersten Mal die Möglichkeit, diese verschiedenen Wellenlängen des Lichtes gleichzeitig zu erfassen. Die Wissenschaftler vom MPS ist es deshalb in ihrer neuen Studie gelungen, Temperatur und Wolkenformationen gleichzeitig aufzunehmen.

Turbulente Aufwinde zerreißen Wolken

Die Daten zeigen, dass über den Tropen der Venus die Lufttemperatur stark mit der Höhe abnimmt. So entstehen turbulente Aufwinde, die die Wolken zerreißen und die unbekannten Schwebeteilchen nach oben wirbeln.

In den mittleren Breiten sieht das völlig anders aus: Der Temperaturverlauf ist dort umgekehrt. Dies erzeugt in diesen Breiten einen riesigen Kranz aus kalter Luft, der den Planeten umkreist. Luft und Schwebeteilchen können deshalb nicht in der Atmosphäre aufsteigen, so dass UV-Aufnahmen einen hellen, kontrastlosen Nebel zeigen.

Genaue Höhe der Wolken identifiziert

Aus den neuen Daten konnten die Wissenschaftler zudem die genaue Höhe der Wolken über der Südhalbkugel ablesen. Trotz der unterschiedlichen Bedingungen befinden sie sich sowohl in der Nähe des Äquators als auch bei mittleren Breiten 72 Kilometer über der Oberfläche. Erst zum Südpol hin nimmt dieser Wert auf etwa 64 Kilometer ab. Hier bilden die Wolken einen gewaltigen Wirbel.

„Nur wenn wir die Höhe der Wolken kennen, können wir aus unseren Aufnahmen der Wolkendecke die Windgeschwindigkeiten auf der Venus rekonstruieren“, erklärt Titov. Die neue Untersuchung liefert somit die Voraussetzungen dafür, das Wetter auf der Venus besser als bisher zu verfolgen.

Die Raumsonde Venus Express ist am 9. November 2005 zur Venus gestartet. Seit fast drei Jahren umkreist sie den Planeten. Die Weltraumkamera VMC, die sich an Bord befindet, nimmt seitdem Bilder der Wolken auf.

(Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung (MPS), 05.12.2008 – DLO)

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