Kein Phosphin in Venus-Wolken

Auf der Erde erzeugen Bakterien das seltene Spurengas. Neu ausgewertete Messdaten liefern keine Hinweise, dass es auf unserem unwirtlichen Nachbarplaneten vorkommt. Eine Pressemitteilung des Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung.

Quelle: Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung.

Eine dichte Wolkendecke umgibt die Venus in einer Höhe von etwa 50 bis 70 Kilometern. (Bild: ESA/MPS/DLR/IDA)

16. Juli 2021 – Bereits vor einem Jahr veröffentlichte Messdaten des James Clerk Maxwell Teleskops 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 Forscherteam, zu dem ein Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung (MPS) in Göttingen zählt, das die Messdaten jetzt sorgfältig geprüft hat. Ihre Analyse ist ein Beitrag zur wissenschaftlichen Diskussion um den Fund von Phosphin in der Venus-Atmosphäre, von dem Forscherinnen und Forscher 2020 berichtet hatten. Das giftige Spurengas Phosphin ist auf der Erde als Stoffwechselprodukt von Bakterien bekannt und könnte auf biologische Prozesse in der Venus-Atmosphäre hindeuten. Die neue Auswertung der Daten sowie eine Stellungnahme der britischen Kolleginnen und Kollegen erscheint heute in der Fachzeitschrift Nature Astronomy.

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 auf der Oberfläche 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 in Frage. Dort herrschen erträglichere Temperaturen zwischen etwa -20 und 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, spekulieren Forscherinnen und Forscher seit Langem.

Beflügelt wurden solche Überlegungen im vergangenen Jahr durch eine Veröffentlichung einer Forschergruppe um Jane Greaves von der Cardiff University, die in der aktuellen Ausgabe der Zeitschrift Nature Astronomy erneut für Diskussionen sorgt. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler hatten damals Messdaten der Radioteleskope JCMT (James Clerk Maxwell Teleskope) und ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) ausgewertet und berichteten vom Fund winziger Mengen des Gases Phosphin, einer 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 in Frage.

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

Nun hat eine weitere Gruppe von Expertinnen und Experten für planetare Atmosphären um Geronimo Villanueva vom Goddard Space Flight Center der NASA die Originaldaten noch einmal geprüft. Hinweise auf Phosphin finden sie nicht. Ihre Analyse ergibt, dass das seltene Spurgengas mit Schwefeldioxid verwechselt worden sein könnte, das in der Atmosphäre der Venus in großen Mengen vorkommt.

„Winzige Mengen von Spurengasen in den Atmosphären weit entfernter Planeten zweifelsfrei aufzuspüren, ist ausgesprochen kompliziert“, sagt Paul Hartogh vom MPS, einer der Koautoren der aktuellen Neu-Auswertung. Informationen zur Zusammensetzung einer Planetenatmosphäre findet sich verschlüsselt in der elektromagnetischen Strahlung, die von dort emittiert wird. Jede Molekülsorte, die vertreten ist, strahlt 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. Dies sorgt dafür, dass sie neben Strahlung ihrer charakteristischen Wellenlängen auch solche mit eng benachbarten Wellenlängen emittieren. Moleküle mit sehr ähnlichen Signalen zu unterscheiden, wird so erschwert.

Auch die Eigenheiten des jeweiligen Teleskops müssen berücksichtigt werden. „Zwischen dem unverfälschten Signal aus der Venus-Atmosphäre und uns steht immer das Instrument“, so 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 versinken. Zudem können systematische Fehlerquellen im Instrument selbst die Messdaten verzerren.

„Für die Radioastronomie ist Venus ein sehr helles und somit schwieriges Objekt“, erklärt Hartogh. 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“, fügt er hinzu.

Dass sich winzigste Mengen von Phosphin-Molekülen 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 nächsten Jahres 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 MPS entwickelt und gebaut wurde, in der Lage sein, tausendfach geringere Phosphin-Konzentrationen zu detektieren. Die Forscherinnen und Forscher werden mit Sicherheit genau hinschauen.

Originalveröffentlichung

G. L. Villanueva et al.:
No evidence of phosphine in the atmosphere of Venus from independent analyses,
Nature Astronomy, 16. Juli 2021, DOI

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