Phosphin in den Venuswolken? Keine Spur!

Neu ausgewertete Messdaten liefern keine Hinweise, dass dieses seltene Gas auf unserem unwirtlichen Nachbarplaneten vorkommt

Bereits vor einem Jahr veröffentlichte Daten des James Clerk Maxwell Telescope auf Hawaii und des ALMA-Radioteleskops in Chile enthalten keine Hinweise auf das Spurengas Phosphin in der Wolkendecke der Venus. Zu diesem Schluss kommt ein internationales Team, zu dem auch Paul Hartogh vom Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung in Göttingen zählt. Die Auswertung der Messungen ist ein Beitrag zur Diskussion um den Fund von Phosphin in der Venusatmosphäre, über den Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Cardiff University im vergangenen Jahr berichtet hatten. Das giftige Spurengas ist auf der Erde als Stoffwechselprodukt von Bakterien bekannt und könnte auf biologische Prozesse in den Venuswolken hindeuten.

Kein Hort des Lebens: Eine dichte Wolkendecke umhüllt die Venus in einer Höhe von etwa 50 bis 70 Kilometern. Phosphin gibt es in der Atmosphäre nicht.

Die Venus ist kein angenehmer Ort: Ein extremer Treibhauseffekt sorgt auf ihrer Oberfläche für durchschnittliche Temperaturen von etwa 460 Grad Celsius. Selbst wenn unser Nachbarplanet in seiner kühleren Vergangenheit Lebensformen beherbergt hat, dürfte es wasserbasiertes Leben dort heute schwer haben. Die dichte Wolkendecke, die den Planeten in einer Höhe von 50 bis 70 Kilometern umgibt, kommt schon eher als Lebensraum infrage. Dort herrschen erträglichere Temperaturen zwischen etwa minus 20 und plus 65 Grad Celsius. Allerdings sind die Wolken Schauplatz heftig tobender Winde und enthalten große Mengen ätzender Schwefelsäure. Stark spezialisierte Bakterien könnten sich dennoch diesen extremen Bedingungen angepasst haben und dort überdauern. Über ein solches Szenario spekulieren die Forschenden schon seit Langem.

Beflügelt wurden solche Überlegungen im vergangenen Jahr durch eine Veröffentlichung einer Gruppe um Jane Greaves von der Cardiff University in Wales. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler hatten damals Messdaten der Radioteleskope JCMT (James Clerk Maxwell Telescope) und ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) ausgewertet und berichteten vom Fund winziger Mengen des Gases Phosphin; das ist eine Verbindung aus einem Phosphor- und drei Wasserstoffatomen, die auch als Monophosphan bezeichnet wird. Greaves und ihre Koautorinnen und Koautoren schlossen nicht-biologische Ursprünge des Gases wie etwa Blitze oder Meteoriten aus. Stattdessen kämen wie auf der Erde Bakterien als Quelle infrage.

Die Originalstudie hat eine breite wissenschaftliche Diskussion angestoßen. So argumentierten Forschende von der Cornell University in den USA vor Kurzem, Phosphin könne auf vulkanische Aktivitäten der Venus zurückzuführen sein. Allerdings ist es mehreren Gruppen bisher nicht gelungen, den Phosphinfund zu bestätigen – weder durch unabhängige Messungen wie die ESA-Raumsonde Venus Express, noch durch erneute Analyse der Originaldaten. Die britischen Forscher haben ihren zunächst gefundenen Wert von 20 Teilen Phosphin pro Milliarden (20 ppm) in der Zwischenzeit nach unten korrigiert, halten am Fund des Gases aber fest.

Nun hat ein weiteres Team um Geronimo Villanueva vom Goddard Space Flight Center der US-Raumfahrtbehörde Nasa die Originaldaten noch einmal geprüft. Hinweise auf Phosphin finden die Forschenden nicht. Ihre Analyse ergibt, dass das seltene Spurgengas mit Schwefeldioxid verwechselt worden sein könnte, das in der Venusatmosphäre reichlich vorkommt.

„Winzige Mengen von Spurengasen in den Atmosphären weit entfernter Planeten zweifelsfrei aufzuspüren, ist ausgesprochen kompliziert“, sagt Paul Hartogh vom Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung, einer der Koautoren der aktuellen Neu-Auswertung. Informationen zur Zusammensetzung einer Planetenatmosphäre findet sich verschlüsselt in der elektromagnetischen Strahlung, die von dort ausgesendet wird.

Jede Molekülsorte strahlt dabei Radiowellen einer charakteristischen Wellenlänge ab. Teleskope wie JCMT und ALMA zerlegen die Gesamtstrahlung in ihre einzelnen Wellenlängen, ähnlich wie ein Prisma sichtbares Licht in einzelne Farben aufspaltet. Die charakteristischen Signale der Moleküle werden so sichtbar.

Allerdings liegen die Wellenlängen mancher Molekülsorten sehr eng beieinander. Dies ist bei Phosphin und Schwefeldioxid der Fall. Zudem spielt der Atmosphärendruck eine Rolle. Je tiefer in der Atmosphäre sich die Moleküle finden, desto höher ist der Druck und desto öfter stoßen die Moleküle mit anderen zusammen. Ergebnis: Neben Strahlung ihrer charakteristischen Wellenlängen senden sie auch solche mit eng benachbarten Wellenlängen aus. Auf diese Weise wird es schwierig, Moleküle mit sehr ähnlichen Signalen zu unterscheiden.

Auch die Eigenheiten des jeweiligen Teleskops müssen berücksichtigt werden. „Zwischen dem unverfälschten Signal aus der Venusatmosphäre und uns steht immer das Instrument“, sagt Hartogh. So enthalten die Messdaten aller Teleskope ein gewisses Grundrauschen: Das Teleskop zeigt statistisch fluktuierende, geringe Intensitäten von Strahlung jeder Wellenlänge an. Die sehr schwachen Signale seltener Spurengase können in diesem Grundrauschen nahezu oder komplett untergehen. Zudem können systematische Fehlerquellen im Instrument selbst die Messdaten verzerren.

„Für die Radioastronomie ist Venus ein sehr helles und somit schwieriges Objekt“, so der Max-Planck-Forscher. Die Messdaten von unserem Nachbarplaneten enthalten deshalb deutlich stärkere Störungen als im Idealfall. „Umso wichtiger ist es, Datenanalysemethoden, die sehr schwache Signale herausfiltern sollen, mit äußerster Vorsicht anzuwenden.“

Dass sich winzigste Mengen von Phosphinmolekülen in den Venuswolken tummeln, können die Forscherinnen und Forscher nicht ausschließen. Die Konzentrationen wären aber so gering, dass sie sich mit JCMT und ALMA nicht aufspüren lassen.

Abhilfe könnte die ESA-Mission JUICE (Jupiter Icy Moon Explorer) schaffen, die im September 2022 ins All starten und auf ihrem Weg ins Jupitersystem der Venus einen Besuch abstatten soll. Wie Modellrechnungen zeigen, wird das JUICE-Instrument SWI (Submillimeter Wave Instrument), das unter Leitung des Göttinger Max-Planck-Instituts entwickelt und gebaut wurde, in der Lage sein, tausendfach geringere Phosphinkonzentrationen zu detektieren. Die Forschenden werden mit Sicherheit genau hinschauen.

BK / HOR


 

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