Vor vier Jahren stieß die unerwartete Entdeckung eines Gases in den Wolken der Venus, das auf Leben auf der Erde hinweisen würde – Phosphin – auf Kontroversen und wurde in späteren Beobachtungen, die nicht mit den Ergebnissen übereinstimmten, zurechtgewiesen.
Nun ist das gleiche Team, das hinter dieser Entdeckung stand, mit weiteren Beobachtungen zurückgekehrt, die erstmals am 17. Juli auf dem Treffen der Royal Astronomical Society in Hull, England, vorgestellt wurden. Letztendlich werden diese Beobachtungen die Grundlage für eine oder mehrere wissenschaftliche Studien bilden, und diese Arbeit hat bereits begonnen.
Die Daten, sagen die Forscher, enthalten stärkere Beweise dafür, dass Phosphin in den Wolken der Venus, unserem nächsten Planetennachbarn, vorhanden ist. Der Planet wird manchmal als „böser Zwilling der Erde“ bezeichnet und hat eine ähnliche Größe wie die Erde, weist jedoch Oberflächentemperaturen auf, die Blei und Wolken aus ätzender Schwefelsäure schmelzen lassen können.
Diese Arbeit profitierte von einem neuen Empfänger, der an einem der für die Beobachtungen verwendeten Instrumente, dem James Clerk Maxwell Telescope auf Hawaii, installiert wurde, was dem Team mehr Vertrauen in seine Ergebnisse gab. „Zu den Daten selbst gehört noch mehr“, sagte Dave Clements, Dozent für Astrophysik am Imperial College London.
„Wir haben drei Beobachtungen gemacht und bei nur einer Beobachtung 140-mal mehr Daten erhalten als bei der ersten Entdeckung“, sagte er. „Und was wir bisher erhalten haben, zeigt, dass es uns erneut gelungen ist, Phosphin nachzuweisen.“
Ein separates Team, dem auch Clements angehörte, legte Beweise für ein anderes Gas vor, Ammoniak.
„Man könnte sagen, dass das wichtiger ist als die Entdeckung von Phosphin“, fügte er hinzu. „Wir sind weit davon entfernt, das zu sagen, aber wenn es Leben auf der Venus gibt, das Phosphin produziert, wissen wir nicht, warum es es produziert. Wenn es jedoch Leben auf der Venus gibt, das Ammoniak produziert, haben wir eine Idee, warum es Ammoniak atmen möchte.“
Lebenszeichen?
Auf der Erde ist Phosphin ein giftiges und übelriechendes Gas, das beim Zerfall organischer Stoffe oder Bakterien entsteht, während Ammoniak ein Gas mit starkem Geruch ist, das natürlicherweise in der Umwelt vorkommt und am Ende des Prozesses ebenfalls größtenteils von Bakterien produziert wird der Zersetzung pflanzlicher und tierischer Abfälle.
„Phosphin wurde in der Saturnatmosphäre gefunden, aber das ist nicht unerwartet, da Saturn ein Gasriese ist“, sagte Clements. „In der Atmosphäre gibt es viel Wasserstoff, daher dominieren dort wasserstoffbasierte Verbindungen wie Phosphin oder Ammoniak.“
Gesteinsplaneten wie die Erde, die Venus und der Mars haben jedoch Atmosphären, in denen Sauerstoff die Chemie dominiert, weil sie nicht genug Masse haben, um den Wasserstoff zu speichern, den sie bei ihrer Entstehung hatten, und dieser Wasserstoff ist entwichen.
Daher war es unerwartet, diese Gase auf der Venus zu finden. „Nach allen normalen Erwartungen sollten diese Gase nicht vorhanden sein“, sagte Clements. „Phosphin und Ammoniak wurden beide als Biomarker vorgeschlagen, auch auf Exoplaneten. Daher ist es auch auf dieser Grundlage interessant, beides in der Atmosphäre der Venus zu finden. Als wir die Phosphin-Entdeckung im Jahr 2020 veröffentlichten, war das natürlich eine Überraschung.“
Spätere Untersuchungen stellten diese Ergebnisse in Frage und zeigten, dass es sich bei Phosphin tatsächlich um gewöhnliches Schwefeldioxid handelte. Auch Daten von Instrumenten, die nicht von Clements‘ Team verwendet wurden – wie der Raumsonde Venus Express, der Infrarot-Teleskopanlage der NASA und dem inzwischen nicht mehr existierenden fliegenden Observatorium SOFIA – konnten die Phosphinbefunde nicht reproduzieren.
Aber Clements sagte, dass seine neuen Daten, die vom Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) stammten, die Möglichkeit von Schwefeldioxid als Verunreinigung ausschlossen und dass der Mangel an Phosphin aus anderen Beobachtungen auf den Zeitpunkt zurückzuführen sei. „Es stellte sich heraus, dass alle unsere Beobachtungen, bei denen Phosphin nachgewiesen wurde, gemacht wurden, als sich die Atmosphäre der Venus von Nacht auf Tag änderte“, sagte er, „und alle Beobachtungen, bei denen kein Phosphin gefunden wurde, wurden gemacht, als sich die Atmosphäre von Tag auf Nacht änderte.“
Tagsüber kann ultraviolettes Licht der Sonne Moleküle in der oberen Atmosphäre der Venus zersetzen. „Alles Phosphin verbrennt, und deshalb sieht man es nicht“, sagte Clements und fügte hinzu, dass die einzige Ausnahme das Stratosphären-Observatorium für Infrarot-Astronomie sei, das nachts Beobachtungen durchführt. Eine weitere Analyse der Daten durch Clements‘ Team ergab jedoch schwache molekulare Spuren, was die Theorie untermauerte.
Clements verwies auch auf unabhängige Forschungsergebnisse einer Gruppe unter der Leitung von Rakesh Mogul, einem Professor für Chemie und Biochemie an der California State Polytechnic University in Pomona. Mogul analysierte alte Daten der Pioneer Venus Large Probe der NASA, die 1978 in die Atmosphäre des Planeten eindrang, erneut.
„Es zeigt Phosphin in den Wolken der Venus in Konzentrationen von etwa Teilen pro Million, was wir immer festgestellt haben“, sagte Clements. „Es fängt also an, sich zu vernetzen, aber wir wissen immer noch nicht, was es hervorbringt.“
Anhand der Daten der Pioneer Venus Large Probe veröffentlichte ein von Mogul geführtes Team im Jahr 2021 einen „überzeugenden Beweis für Phosphin in (Venus) tiefen Wolkenschichten“, bestätigte Mogul in einer E-Mail. „Bis heute ist unsere Analyse in der Literatur unangefochten geblieben“, sagte Mogul, der nicht an der Forschung von Clements‘ Team beteiligt war. „Dies steht im krassen Gegensatz zu Teleskopbeobachtungen, die immer noch umstritten sind.“
Mikroben einatmen?
Ammoniak auf der Venus wäre eine noch überraschendere Entdeckung. Die Ergebnisse wurden in einem Vortrag in Hull von Jane Greaves, Professorin für Astronomie an der Universität Cardiff in England, vorgestellt und bilden die Grundlage für eine separate wissenschaftliche Arbeit, die Daten des Green Bank Telescope in West Virginia verwendet.
Die Wolken der Venus bestehen aus Tröpfchen, sagte Clements, aber es sind keine Wassertröpfchen. Es enthält Wasser, aber auch so viel gelöstes Schwefeldioxid, dass es sich in hochkonzentrierte Schwefelsäure verwandelt – eine stark ätzende Substanz, die bei starker Einwirkung für Menschen tödlich sein kann. „Es ist so konzentriert, dass es unseres Wissens mit keinem uns bekannten Leben auf der Erde kompatibel wäre, einschließlich extremophiler Bakterien, die stark saure Umgebungen mögen“, sagte er und bezog sich dabei auf Organismen, die darin überleben können raue Umweltbedingungen.
Allerdings kann das Ammoniak in diesen Säuretröpfchen als Puffer für den Säuregehalt wirken und ihn so weit senken, dass einige bekannte irdische Bakterien darin überleben können, fügte Clements hinzu.
„Das Interessante daran ist, wenn es eine Art mikrobielles Leben gäbe, das Ammoniak produziert, denn das wäre eine großartige Möglichkeit, seine eigene Umgebung zu regulieren“, sagte Greaves in einem Vortrag der Royal Astronomical Society. „Das würde die Umwelt viel weniger sauer machen und sie wäre viel überlebensfähiger, bis zu dem Punkt, an dem sie nur noch so sauer wäre wie einige der extremsten Orte auf der Erde – also ist das nicht völlig verrückt.“
Mit anderen Worten: Die Rolle von Ammoniak ist einfacher zu erklären als die von Phosphin. „Wir verstehen, warum Ammoniak lebensfördernd sein könnte“, sagte Clements. „Wir verstehen nicht, wie Ammoniak hergestellt wird, genauso wenig wie wir nicht verstehen, wie Phosphin hergestellt wird, aber wenn Ammoniak dort wäre, hätte es einen funktionellen Zweck, den wir verstehen können.“
Greaves warnte jedoch, dass selbst das Vorhandensein von Phosphin und Ammoniak kein Beweis für mikrobielles Leben auf der Venus sei, da noch viele Informationen über den Zustand des Planeten fehlen. „Es könnten viele andere Prozesse stattfinden, und wir haben keine solide Grundlage, um zu sagen, ob sie möglich sind oder nicht“, sagte er und verwies auf starke Beweise, die nur durch direkte Beobachtungen aus dem Inneren des Planeten gewonnen werden können Atmosphäre.
Eine Möglichkeit, solche Beobachtungen zu machen, wäre, die Europäische Weltraumorganisation davon zu überzeugen, einige der Instrumente des Jupiter Icy Moons Explorer – einer Raumsonde auf dem Weg zum Jupitersystem – einzuschalten, wenn sie nächstes Jahr an der Venus vorbeifliegt. Bessere Daten werden jedoch von DAVINCI erhalten, einer Weltraum- und Atmosphärensonde, die die NASA Anfang der 2030er Jahre zur Venus starten will.
Vorsichtiger Optimismus
Aus wissenschaftlicher Sicht seien die neuen Daten zu Phosphin und Ammoniak interessant, rechtfertigen aber vorsichtigen Optimismus, sagte Javier Martin-Torres, Professor für Planetenwissenschaften an der Universität Aberdeen in England. Er leitete eine 2021 veröffentlichte Studie, die die Phosphin-Befunde in Frage stellte und darauf hinwies, dass Leben in den Wolken der Venus unmöglich sei.
„Unsere Arbeit betont die rauen und scheinbar feindseligen Bedingungen in der Atmosphäre der Venus“, sagte Martín-Torres in einer E-Mail. „Die Entdeckung von Ammoniak, das Schwefelsäurewolken neutralisieren kann, und Phosphin, einer potenziellen Biosignatur, stellt unser Verständnis in Frage und legt nahe, dass möglicherweise komplexere chemische Prozesse ablaufen.“ Es ist von entscheidender Bedeutung, dass wir diese Erkenntnisse mit sorgfältiger und gründlicher wissenschaftlicher Untersuchung angehen.“
Die Ergebnisse eröffnen neue Wege für die Forschung, fügte er hinzu, aber es sei wichtig, ihnen mit gesunder Skepsis zu begegnen. Während der Nachweis von Phosphin und Ammoniak in den Wolken der Venus aufregend sei, sei dies nur der Anfang einer langen Reise, um die Geheimnisse der Atmosphäre des Planeten zu entschlüsseln, sagte er.
Das derzeitige Verständnis der Wissenschaftler über die Atmosphärenchemie der Venus kann das Vorhandensein von Phosphin nicht erklären, sagte Dr. Kate Pattle, Dozentin in der Abteilung für Physik und Astronomie am University College London. „Es ist wichtig anzumerken, dass das Team hinter den Phosphinmessungen nicht behauptet, Leben auf der Venus gefunden zu haben“, sagte Pattle in einer E-Mail. „Wenn Phosphin auf der Venus existiert, könnte das auf die Anwesenheit von Leben hinweisen, oder es könnte darauf hindeuten, dass es in der Atmosphäre der Venus eine Chemie gibt, die wir noch nicht verstehen.“
Die Entdeckung von Ammoniak wäre spannend, wenn sie bestätigt würde, fügte Pattle hinzu, denn Ammoniak und Schwefelsäure dürften nicht ohne einen Prozess koexistieren können – ob vulkanisch, biologisch oder etwas, das noch in Betracht gezogen werden muss –, der die Produktion des Ammoniaks selbst antreibt.
Er betonte, dass diese beiden Ergebnisse vorläufig seien und einer unabhängigen Bestätigung bedürften, aber sie machten zukünftige Missionen zur Venus wie der Jupiter Icy Moons Explorer und DAVINCI spannend, schlussfolgerte er.
„Diese Missionen könnten Antworten auf Fragen liefern, die sich aus jüngsten Beobachtungen ergeben“, sagte Pattle, „und werden uns sicherlich aufregende neue Einblicke in die Atmosphäre unseres nächsten Nachbarn und seine Fähigkeit, Leben zu beherbergen, liefern.“
