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Eine Illustration zeigt, wie Wasser in Form von atomarem Wasserstoff in den Weltraum entweicht.(Bildnachweis: Urore Simonnet / Laboratory for Atmospheric and Space Physics / University of Colorado at Boulder)

Wissenschaftler haben möglicherweise ein Molekül identifiziert, das eine Schlüsselrolle dabei spielte, der Venus das Wasser zu entziehen und diesen Planeten in die trockene, höllische Welt zu verwandeln, die wir heute sehen.

Die Venus wird oft als „Zwilling der Erde“ bezeichnet, weil beide Planeten ungefähr die gleiche Größe und Dichte haben; außerdem sind sie beide Gesteinsplaneten im inneren Bereich des Sonnensystems. Dennoch könnte die Venus in vielen entscheidenden Punkten der Erde nicht weniger ähnlich sein.

Während es auf unserem Planeten von Leben nur so wimmelt, ist die Venus, der zweite Planet von der Sonne, eine wahre Hölle. Sie ist der heißeste Planet im Sonnensystem (noch heißer als Merkur, der der Sonne am nächsten ist) und hat Temperaturen von etwa 880 Grad Fahrenheit (471 Grad Celsius). Das ist heiß genug, um Blei zu schmelzen. Außerdem herrscht auf der Venus ein beängstigender Oberflächendruck, und ein Schlüsselelement, das auf der Erde im Überfluss vorhanden ist, fehlt auf der Venus: Wasser. Und das, obwohl der Planet in der so genannten „Goldlöckchen-Zone“ der Sonne liegt, d. h. in dem Bereich um unseren Stern, der weder zu heiß noch zu kalt ist, um flüssiges Wasser zuzulassen – und obwohl die Wissenschaftler wissen, dass es auf der Venus früher wahrscheinlich Wasser gab.

Es wird angenommen, dass es auf der Venus vor Milliarden von Jahren genauso viel Wasser gab wie auf der Erde – aber irgendwann in ihrer Entwicklung lösten Kohlendioxidwolken in der Atmosphäre des Planeten den stärksten Treibhauseffekt des Sonnensystems aus. Dadurch stiegen die Temperaturen so stark an, wie sie heute zu beobachten sind. Dies führte dazu, dass das Wasser auf dem Planeten verdampfte und im Weltraum verschwand.

Auch wenn man diesen Prozess berücksichtigt, wissen die Wissenschaftler nicht, wie die Venus so wüstenähnlich wurde und wie sie das wenige Wasser, das sie noch hat, in den Weltraum verliert. Jetzt hat ein Team von Wissenschaftlern der University of Colorado Boulder möglicherweise die Geheimnisse dieses Prozesses aufgedeckt, indem sie die „Wassergeschichte der Venus“ erzählt haben.

„Wasser ist wirklich wichtig für das Leben“, sagte Eryn Cangi, Co-Teamleiterin und Wissenschaftlerin am Laboratory for Atmospheric and Space Physics (LASP), in einer Erklärung. „Wir müssen die Bedingungen verstehen, die flüssiges Wasser im Universum begünstigen und die zu dem sehr trockenen Zustand der heutigen Venus geführt haben könnten.

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„Wir versuchen herauszufinden, welche kleinen Veränderungen auf den einzelnen Planeten stattgefunden haben, um sie in diese sehr unterschiedlichen Zustände zu versetzen.“

Hey, Nachbar! Hast du eine Tasse Wasser übrig?

Um den Unterschied im Wassergehalt der Nachbarplaneten Erde und Venus zu verdeutlichen, erklärte Cangi, dass, wenn das gesamte Wasser auf der Oberfläche unseres Planeten gleichmäßig verteilt wäre, eine globale Schicht von fast 3,2 Kilometern Tiefe entstehen würde. Würde man dasselbe für die Venus tun und das verbleibende Wasser aus der Atmosphäre entfernen, entstünde eine globale Schicht von nur 3 Zentimetern Tiefe.

„Die Venus hat 100.000 Mal weniger Wasser als die Erde, obwohl sie im Grunde die gleiche Größe und Masse hat“, erklärte Michael Chaffin, Co-Teamleiter und ebenfalls Wissenschaftler am LASP, in der Erklärung.

Um herauszufinden, wie es zu seinem jetzigen Zustand gekommen ist, haben Cangi, Chaffin und Kollegen Computermodelle des Planeten verwendet und ihn fast wie ein gigantisches Chemielabor behandelt. Auf diese Weise konnten sie einen genaueren Blick auf die verschiedenen Reaktionen in der wirbelnden Atmosphäre der Venus werfen und einen Verdächtigen für den Wasserverlust ausmachen.

Ein Größenvergleich zwischen der Venus und der Erde. (Bildnachweis: NASA/Robert Lea (erstellt mit Canva))

Was das Team entdeckte, war, dass ein Molekül namens HCO+ – bestehend aus einem Wasserstoff-, einem Kohlenstoff- und einem Sauerstoffatom – hoch in der Venusatmosphäre dafür verantwortlich gewesen sein könnte, das letzte Wasser des Planeten ins All zu befördern.

„Angenommen, ich würde das Wasser aus meiner Wasserflasche ausschütten“, sagte Cangi. „Es wären immer noch ein paar Tröpfchen übrig.“

HCO+ könnte diese Tröpfchen im Wesentlichen aus der Venusatmosphäre entfernen. Tatsächlich hat dasselbe Team zuvor vorgeschlagen, dass HCO+ auch der Schuldige war, der den Mars, den anderen Nachbarn der Erde, dazu brachte, sein Wasser zu verlieren.

Die Forscher sagen, dass HCO+ in der Venusatmosphäre ständig produziert wird, aber dass diese Ionen nicht lange überleben. Ein Ion ist ein positiv oder negativ geladenes Molekül, das seine Ladung dadurch erhält, dass ihm entweder einige Elektronen fehlen, um die positive Ladung seiner Protonen auszugleichen, oder dass es zusätzliche Elektronen hat, die eine negative Nettoladung im Molekül erzeugen.

HCO+ fehlt es an Elektronen, um die positive Ladung der Protonen des Moleküls auszugleichen, und ist daher positiv geladen (daher das +-Symbol).

Elektronen in der Venusatmosphäre rekombinieren schnell mit HCO+, wodurch das Molekül in zwei Teile gespalten wird. Von dort aus, so argumentiert das Team, sausen die Wasserstoffatome davon und entkommen möglicherweise sogar in den Weltraum. Wasserstoffatome bilden zwei der Bestandteile des Wassermoleküls (H2O), das aus zwei Wasserstoffatomen und einem Sauerstoffatom besteht, so dass der Venus auf diese Weise die wichtigsten Bestandteile des Wassers entzogen werden.

Das Team geht davon aus, dass die Venus ihren extrem trockenen Zustand nur dann erreicht hat, wenn es in ihrer Atmosphäre einen Überschuss an HCO+-Molekülen gab.

„Eine der überraschenden Schlussfolgerungen dieser Arbeit ist, dass HCO+ eigentlich zu den am häufigsten vorkommenden Ionen in der Venusatmosphäre gehören müsste“, so Chaffin.

Eine Illustration der DAVINCI-Sonde, die durch die Venusatmosphäre fällt. (Bildnachweis: NASA’s Goddard Space Flight Center)

Allerdings gibt es einen großen Stolperstein für diese Schlussfolgerung. Bis jetzt haben wir noch nie HCO+ in der Venusatmosphäre gesehen.

Chaffin und Cangi glauben jedoch nicht, dass dies daran liegt, dass das Molekül nicht vorhanden ist, sondern eher daran, dass der Menschheit die Instrumente fehlen, um es zu sehen. Obwohl der Nachbar Mars von vielen Raumsonden von der Erde aus besucht wurde, haben nur wenige Missionen bei unserem anderen Nachbarn Venus vorbeigeschaut – und keine dieser Missionen hatte die richtige Ausrüstung, um HCO+ zu sehen.

Aber eine Reihe künftiger Raumfahrtmissionen hat die Venus im Visier. Die NASA-Mission DAVINCI (Deep Atmosphere Venus Investigation of Noble gases, Chemistry, and Imaging) ist eine besonders wichtige Mission. DAVINCI soll 2029 starten und eine Sonde durch die glühend heiße Atmosphäre der Venus schicken, um die chemische Zusammensetzung der Erde zu bestimmen.

Doch selbst DAVINCI wird nicht über die richtige Ausrüstung verfügen, um HCO+ nachzuweisen.

Das Team hofft jedoch, dass dank DAVINCI (und der bevorstehenden Mission EnVision der Europäischen Weltraumorganisation) ein allgemeines Interesse an der Venus geweckt wird, das schließlich zu einer Weltraummission führen wird, die tatsächlich in der Lage ist, HCO+ nachzuweisen und damit die Geschichte des Teams über den Wasserverlust zu untermauern.

„Es hat nicht viele Missionen zur Venus gegeben“, schloss Cangi. „Aber die neu geplanten Missionen werden die jahrzehntelange kollektive Erfahrung und das blühende Interesse an der Venus nutzen, um die Extreme der Planetenatmosphären, der Evolution und der Bewohnbarkeit zu erforschen“.