Vor Milliarden von Jahren besaß die Venus so viel Wasser wie die Erde. Doch irgendwann in ihrer Entwicklung lösten Kohlendioxidwolken in der Venusatmosphäre den stärksten, außer Kontrolle geratenen Treibhauseffekt im Sonnensystem aus. Dies führte zu einem drastischen Temperaturanstieg auf die heute beobachteten Werte. Dadurch verdampfte das Wasser der Venus und entwich ins Weltall. Gleichzeitig rotiert die Venusatmosphäre in Wolkenhöhe etwa 60-mal schneller als der Planet selbst – ein Phänomen, das als Superrotation bekannt ist.
Der Einfluss des Magnetfelds auf die Atmosphäre der Venus
Laut Daten, die die europäische Raumsonde BepiColombo während ihres Vorbeiflugs an der Venus gewonnen hat, werden große Mengen an Gasen, darunter Kohlenstoff und Sauerstoff, aus der Atmosphäre des Planeten freigesetzt.
Diese Daten wurden während des Vorbeiflugs der Raumsonde an Merkur gewonnen und könnten neue Erkenntnisse über die durchlässige Atmosphäre unseres planetaren Nachbarn liefern. Diese Erkenntnisse könnten Wissenschaftlern zudem helfen, die Zusammensetzung der empfindlichen magnetischen Umgebung der Venus genauer zu erfassen.
Anders als die Erde, die über ein eigenes Magnetfeld verfügt, das ihre Atmosphäre vor dem Entweichen in den Weltraum schützt, besitzt die Venus kein stabiles Magnetfeld. Dies liegt daran, dass ihr kühleres Inneres das geschmolzene Material, das zur Erzeugung und Aufrechterhaltung eines Magnetfelds notwendig wäre, nicht in Bewegung setzen kann. Stattdessen lädt das Sonnenlicht, das auf die bernsteingrüne Kugel trifft, die Atome ihrer Atmosphäre auf. Diese erzeugen dann elektrische Ströme, die eine instabile, vom Sonnenlicht abhängige Magnetosphäre bilden. Die Ergebnisse der Studie wurden am 12. April 2024 in der Fachzeitschrift Nature Astronomy veröffentlicht.
Im August 2021 durchquerte die Raumsonde BepiColombo 90 Minuten lang die schwache Magnetosphäre des kometenförmigen Planeten Venus, um abzubremsen und ihren Kurs auf ihr Ziel, Merkur, anzupassen. Wissenschaftler, die die während dieses kurzen Besuchs gesammelten Daten analysierten, entdeckten dabei wertvolle Informationen über die Venus. Offenbar entkamen geladene Teilchen, sogenannte Ionen, dem Planeten, da Sonnenlicht Moleküle in der Atmosphäre auf extrem hohe Geschwindigkeiten beschleunigte. Diese Geschwindigkeiten waren so hoch, dass die Ionen sogar der Schwerkraft des Planeten entkamen und ins Weltall entwichen.
Künstlerische Darstellung der BepiColombo-Mission im Vorbeiflug an der Venus. ESA.ATG medialab
„Es handelt sich um schwere Ionen, die sich typischerweise langsam bewegen, daher versuchen wir immer noch, die beteiligten Mechanismen zu verstehen“, sagte Lina Hadid, Forscherin am Labor für Plasmaphysik in Frankreich, die die neue Analyse leitete, in einer Erklärung.
Die dichte, höllenartige Atmosphäre der Venus besteht hauptsächlich aus Kohlendioxid, enthält aber auch geringere Mengen an Stickstoff und anderen Spurengasen. Wissenschaftler kannten bereits Spuren von Sauerstoff auf der Nachtseite der Venus, doch im vergangenen November entdeckte ein anderes Forscherteam dieses Molekül auch auf der Tagseite des Planeten. Dasselbe Team kam zu dem Schluss, dass die Sauerstoffkonzentrationen auf der Venus parallel zur abnehmenden Sonneneinstrahlung sinken.
Das Kartierungsradar der Magellan-Sonde erfasst die Eistla-Region, den Vulkan Gula Mons und den Kunitz-Krater auf der Venusoberfläche. Getty Images/Lee Corkran
„Die Untersuchung des Verlusts dieser Moleküle und der Mechanismen, durch die sie freigesetzt werden, ist entscheidend für das Verständnis, wie sich die Atmosphäre des Planeten entwickelt hat und wie sie ihr gesamtes Wasser verloren hat“, sagte die Koautorin der Studie, Dominique Delcourt, die auch Forscherin am Laboratorium für Plasmaphysik ist, in derselben Erklärung.
Die Raumsonde BepiColombo nähert sich dem Ende ihrer siebenjährigen Reise und wird voraussichtlich Ende 2025 den Merkur erreichen. Parallel dazu ist für das kommende Jahrzehnt eine Flotte von Robotersonden geplant, die die Venus besuchen sollen. Die europäische Raumsonde Envision soll 2031 starten, und die NASA-Sonde DAVINCI, die ursprünglich für 2029 vorgesehen war, wurde auf 2031 verschoben.
Die neu aufgelegte VERITAS-Mission soll nun ebenfalls frühestens 2031 starten, obwohl die Teammitglieder nach wie vor einen früheren Start im November 2029 bevorzugen.
Im Rahmen ihrer siebenjährigen Mission zur Erforschung der Sonne hat die NASA-Sonde Parker Solar Probe möglicherweise endlich die Ursache der mysteriösen Gewitter auf der Venus entdeckt. Die Entdeckung gelang 2021, als Parker planmäßig an der Venus vorbeiflog, um die Gravitationskraft des Planeten zu nutzen und sich seinem Zentralstern anzunähern.
Kurz gesagt: Laut einer Studie, die auf Daten des Parker-Weltraumteleskops aus dem Jahr 2021 basiert, könnten die Lichtblitze auf der Venus, die viele Experten Blitzen zuschreiben, gar keine Blitze sein. Vielmehr scheinen sie mit Störungen in den Magnetfeldern der Venus zusammenzuhängen. Das heißt natürlich nicht, dass es auf der Venus keine Blitze gibt – vielleicht nur nicht so viele, wie wir einst annahmen.
„Die Debatte über Blitze auf der Venus dauert nun schon fast 40 Jahre an“, sagte George. „Hoffentlich können wir mit diesen neuen Daten dazu beitragen, die Debatte zu beenden.“
Obwohl die Venus, basierend auf den von Wissenschaftlern über einen längeren Zeitraum gesammelten Signalen, von Blitzen durchzogen zu sein scheint, ergeben einige Dinge keinen Sinn. So konnte beispielsweise eine Studie aus dem Jahr 2021, wie es in der Erklärung heißt, die von Blitzen auf dem Planeten erwarteten Radiowellen nicht nachweisen, und eine im August 2023 veröffentlichte Arbeit legt nahe, dass einige Lichtblitze, die gemeinhin Venusblitzen zugeschrieben werden, in Wirklichkeit Meteore sind, die in der Atmosphäre des Planeten verglühen.
Im Wesentlichen gelangten George und seine Forscherkollegen zu ihren Schlussfolgerungen über Blitze auf der Venus – oder deren Fehlen – durch die Beobachtung eines Phänomens, das als „Pfeifwellen“ bekannt ist. Ein Artikel, der diese Ergebnisse beschreibt, wurde am 29. September 2023 in der Fachzeitschrift Geophysical Research Letters veröffentlicht.
Pfeifwellen sind flüchtige Energieimpulse in Form elektromagnetischer Wellen, die sich durch verschiedene Medien ausbreiten können; auf der Erde beispielsweise durchdringen sie einen Teil der Atmosphäre und dauern typischerweise etwa eine halbe Sekunde. Vor allem aber werden diese Pfeifwellen auf der Erde spezifisch durch Blitzeinschläge erzeugt.
Künstlerische Darstellung der NASA-Sonde Parker Solar Probe im Vorbeiflug an der Venus. NASA/Johns Hopkins APL/Steve Gribben
Als Wissenschaftler 1978 dank der Raumsonde Pioneer Venus erstmals pfeifende Wellen auf der Venus beobachteten, lag die Annahme nahe, dass es dort von Blitzen nur so wimmeln müsse. Laut einer Pressemitteilung zu einer neuen Studie glaubten viele Experten sogar, dass es auf der Venus etwa siebenmal so viele Blitze gebe wie auf unserem Planeten.
„Einige Wissenschaftler sahen diese Anzeichen und sagten: ‚Es könnte ein Blitzschlag sein‘“, sagte George. „Andere sagten: ‚Tatsächlich könnte es etwas anderes sein.‘ Und diese Debatte dauert nun schon seit Jahrzehnten an.“
Nach den Entdeckungen von Pioneer fand die Raumsonde Galileo 1990 weitere Hinweise auf Blitze. Cassinis Vorbeiflüge 1998 und 1999 konnten jedoch die erwarteten Funkstörungen, die Blitze auf der Venus begleiten, nicht nachweisen. Zwischen 2006 und 2014 fand Venus Express, die erste europäische Sonde zur Erforschung der Venus, vielversprechende Hinweise darauf, dass es tatsächlich Blitze auf dem „bösen Zwilling“ der Erde gibt. Die Beweislage ist noch sehr unsicher, doch eine endgültige Antwort auf die Frage nach Blitzen auf der Venus könnte in greifbarer Nähe sein – insbesondere, da Parkers Daten aus einer beträchtlichen Entfernung von etwa 2.414 Kilometern (1.500 Meilen) zum Planeten gewonnen wurden.
Wie George erklärt, müssen die Pfeifwellen nicht unbedingt durch Blitze verursacht werden – und als die Raumsonde Parker vor einigen Jahren an dem strohfarbenen Planeten vorbeiflog, kam sie ihm unglaublich nahe und sammelte Daten, die tatsächlich darauf hindeuten, dass die Pfeifwellen auf der Venus nicht durch Blitze verursacht werden.
Die Forscher beobachteten, dass sich diese pfeifenden Wellen nach unten in Richtung des Planeten ausbreiteten, anstatt sich nach außen zu bewegen, wie es bei den durch Blitze ausgelösten pfeifenden Wellen auf der Erde der Fall ist, die sich durch die Atmosphäre ausbreiten. „Sie bewegten sich in die entgegengesetzte Richtung, als man es sich in den letzten 40 Jahren vorgestellt hatte“, sagte David Malaspina, Mitautor der Studie und außerordentlicher Professor am LASP.
Auf dieser Grundlage stellte das Team die Theorie auf, dass die Wellen durch Störungen in den Magnetfeldern des Planeten verursacht werden. Genauer gesagt, besagt die Idee, dass Magnetfeldlinien um die Venus brechen und sich dann wieder verbinden können, wodurch wiederum Energieausbrüche entstehen, die sich als Whistler-Wellen manifestieren.
Wasser und Säure in der Atmosphäre der Venus
Vor Milliarden von Jahren besaß die Venus so viel Wasser wie die Erde. Doch irgendwann in ihrer Entwicklung lösten Kohlendioxidwolken in der Venusatmosphäre den stärksten, außer Kontrolle geratenen Treibhauseffekt im Sonnensystem aus. Dies führte zu einem drastischen Temperaturanstieg auf die heute beobachteten Werte. Dadurch verdampfte das Wasser der Venus und entwich ins Weltall.
Wissenschaftler haben möglicherweise das Molekül identifiziert, das eine Schlüsselrolle dabei spielte, der Venus ihr Wasser zu entziehen und sie in die trockene, höllische Welt zu verwandeln, die wir heute sehen.
Die Venus wird oft als „Zwilling der Erde“ bezeichnet, da beide Planeten annähernd die gleiche Größe und Dichte aufweisen und zudem beide Gesteinsplaneten im inneren Sonnensystem sind. Dennoch unterscheidet sich die Venus in vielerlei Hinsicht deutlich von der Erde.
Während unsere Erde von Leben nur so wimmelt, ist die Venus, der zweite Planet von der Sonne, eine Hölle auf Erden. Sie ist der heißeste Planet im Sonnensystem (sogar heißer als Merkur, der der Sonne am nächsten ist) und erreicht Temperaturen von rund 471 Grad Celsius. Das ist heiß genug, um Blei zu schmelzen. Hinzu kommt, dass auf der Venusoberfläche ein extrem hoher Druck herrscht.
Ein lebensgroßes Vergleichsbild von Venus und Erde. NASA/Robert Lea
Es ist wichtig zu beachten, dass der Venus auch ein Schlüsselelement für Leben fehlt, das hier auf der Erde im Überfluss vorhanden ist: Wasser. Dies, obwohl sich der Planet in der sogenannten habitablen Zone der Sonne befindet – jener Region um unseren Stern, die weder zu heiß noch zu kalt für flüssiges Wasser ist – und obwohl Wissenschaftler wissen, dass die Venus wahrscheinlich einst Wasser beherbergte.
Doch selbst unter Berücksichtigung dieses Prozesses wissen Wissenschaftler noch immer nicht, wie die Venus so karg wurde und wie sie weiterhin ihr restliches Wasser ins Weltall verliert. Nun hat ein Forscherteam der Universität von Colorado in Boulder möglicherweise die Geheimnisse dieses Prozesses gelüftet und erzählt die Geschichte des Wassers auf der Venus.
„Wasser ist absolut lebensnotwendig“, erklärte Erin Kanji, Co-Leiterin des Teams und Wissenschaftlerin am Laboratory for Atmospheric and Space Physics (LASP), in einer Stellungnahme. „Wir müssen die Bedingungen verstehen, die flüssiges Wasser im Universum ermöglichen und die möglicherweise zu dem gegenwärtigen, sehr trockenen Zustand der Venus geführt haben.“
„Wir versuchen herauszufinden, welche kleinen Veränderungen auf den einzelnen Planeten stattgefunden haben, die zu diesen sehr unterschiedlichen Zuständen geführt haben.“
Um den Unterschied im Wassergehalt zwischen Erde und Venus zu verdeutlichen, erklärte Kanji, dass eine gleichmäßige Verteilung des gesamten Wassers auf der Erdoberfläche eine globale Wasserschicht von fast 3,2 Kilometern Dicke ergeben würde. Würde man dasselbe auf der Venus tun und das restliche Wasser aus der Atmosphäre entfernen, entstünde eine globale Wasserschicht von lediglich 3 Zentimetern Dicke. Die Ergebnisse des Teams wurden am 6. Mai 2024 in der Fachzeitschrift Nature veröffentlicht.
„Die Venus enthält 100.000 Mal weniger Wasser als die Erde, obwohl sie nahezu die gleiche Größe und Masse hat“, erklärte Michael Chaffin, Co-Leiter des Teams und Kollege am LASP, in einer Stellungnahme.
Diese Abbildung zeigt Wasser, das als atomarer Wasserstoff ins Weltall entweicht. Urore Simonne / Labor für Atmosphären- und Weltraumphysik / Universität von Colorado Boulder
Um zu ergründen, wie die Venus ihren heutigen Zustand erreichte, nutzten Kanji, Chaffin und ihre Kollegen Computermodelle des Planeten und behandelten ihn quasi wie ein riesiges Chemielabor. Dies ermöglichte es ihnen, die vielfältigen Reaktionen in der wirbelnden Venusatmosphäre detailliert zu untersuchen und eine mögliche Ursache für ihren Wasserverlust zu identifizieren.
Ein Forscherteam hat entdeckt, dass das Molekül HCO+, bestehend aus einem Wasserstoffatom, einem Kohlenstoffatom und einem Sauerstoffatom, das hoch in der Venusatmosphäre vorkommt, möglicherweise dafür verantwortlich war, die letzten Wasserreste des Planeten ins Weltall zu befördern.
„Stellen Sie sich vor, ich würde Wasser aus meiner Flasche ausschütten“, sagte Kanji. „Es würden immer noch ein paar Tropfen übrig bleiben.“
Tatsächlich können HCO+-Ionen diese Tröpfchen aus der Venusatmosphäre entfernen. Darüber hinaus vermutete dieselbe Forschergruppe bereits zuvor, dass HCO+-Ionen die Ursache für Wasserverluste auf dem Mars, dem anderen Nachbarn der Erde, sind.
Forscher behaupten, dass in der Venusatmosphäre ständig HCO+-Ionen entstehen, diese jedoch nur kurzlebig sind. Ein Ion ist ein positiv oder negativ geladenes Molekül, dessen Ladung entweder durch einen Mangel an Elektronen, die die positive Ladung der Protonen ausgleichen, oder durch einen Überschuss an Elektronen entsteht, der zu einer negativen Nettoladung im Molekül führt.
Dem HCO+-Ion fehlen die Elektronen, die zum Ausgleich der positiven Ladung der Protonen des Moleküls benötigt werden, und so trägt es eine positive Ladung (daher das + Symbol).
In der Venusatmosphäre rekombinieren Elektronen rasch mit HCO+, wodurch sich das Molekül in zwei Teile spaltet. Anschließend, so die Forscher, werden die Wasserstoffatome schnell abgespalten und entweichen möglicherweise sogar ins Weltall. Die Wasserstoffatome bilden die beiden Bestandteile des Wassermoleküls (H₂O), das aus zwei Wasserstoffatomen und einem Sauerstoffatom besteht. Dadurch verliert die Venus ihre lebenswichtigen Bestandteile – Wasser.
Ein Forscherteam glaubt, dass die Venusatmosphäre einen Überschuss an HCO+-Molekülen enthalten haben muss, um ihren extrem trockenen Zustand zu erreichen.
„Eine der überraschenden Erkenntnisse dieser Arbeit ist, dass HCO+-Ionen eigentlich zu den am häufigsten vorkommenden Ionen in der Venusatmosphäre gehören sollten“, sagte Chaffin.
Eine Illustration des Abstiegs der DAVINCI-Mission durch die Venusatmosphäre. Goddard Space Flight Center der NASA.
Diese Schlussfolgerung hat jedoch einen entscheidenden Nachteil. Bislang konnten wir in der Venusatmosphäre noch nie HCO+-Ionen nachweisen.
Chaffin und Kanji glauben, dass dies nicht daran liegt, dass das Molekül nicht existiert, sondern daran, dass der Menschheit die Instrumente fehlten, um es zu beobachten. Während der Nachbarplanet der Erde, der Mars, von vielen Raumsonden besucht wurde, haben nur wenige Missionen unseren anderen Nachbarn, die Venus, besucht – und keine von ihnen verfügte über die notwendige Ausrüstung, um HCO+ zu beobachten.
Zahlreiche zukünftige Weltraummissionen zielen jedoch auf die Venus ab. Besonders wichtig ist dabei die NASA-Mission DAVINCI (Venus Noble Gas, Chemistry, and Imaging Survey). Allerdings wird auch DAVINCI nicht über die notwendige Ausrüstung verfügen, um HCO+ nachzuweisen.
Das Team hofft jedoch, dass DAVINCI (und die bevorstehende EnVision-Mission der Europäischen Weltraumorganisation) ein allgemeines Interesse an der Venus wecken und schließlich zu einer Weltraummission führen wird, die tatsächlich HCO+ nachweisen kann und damit die Theorie des Teams über den Wasserverlust bestätigt.
„Es gab bisher nur wenige Missionen zur Venus“, schloss Kanji. „Doch neue geplante Missionen werden auf jahrzehntelange gemeinsame Erfahrung und das wachsende Interesse an der Venus zurückgreifen, um die extremen Bedingungen planetarer Atmosphären, die Entwicklung und die Bewohnbarkeit zu erforschen.“
Superrotation und hydraulischer Sprung der Venusatmosphäre
Eine Studie aus dem Jahr 2025 legt nahe, dass der tägliche Gezeitenzyklus in der Atmosphäre ein bedeutenderer Faktor für die schnellen Windschwankungen auf der Venus sein könnte als bisher angenommen.
Stellen Sie sich die verheerenden Winde eines Hurrikans der Kategorie 5 vor. Stellen Sie sich nun noch stärkere Winde vor, mit Geschwindigkeiten von über 100 Metern pro Sekunde, die um den Planeten wirbeln und Wolken über den Himmel peitschen – scheinbar ohne Ende. Auf der Erde wäre ein solches Szenario atemberaubend, doch auf der Venus ist alles ganz normal, da sich die Atmosphäre in Wolkenhöhe etwa 60-mal schneller dreht als der Planet selbst – ein Phänomen, das als Superrotation bekannt ist. Im Gegensatz dazu rotiert die Erdatmosphäre in Wolkenhöhe etwa mit der gleichen Geschwindigkeit wie die Planetenoberfläche. Dieser Artikel wurde ursprünglich auf Eos veröffentlicht.
Frühere Studien untersuchten die Mechanismen der atmosphärischen Hyperrotation auf der Venus, doch die Details sind weiterhin unklar. Die von Lai et al. gewonnenen Daten deuten darauf hin, dass der durch Sonnenwärme angetriebene tägliche Gezeitenzyklus in der Atmosphäre wesentlich stärker zu den extremen Winden des Planeten beiträgt als bisher angenommen.
Schnelle atmosphärische Rotationen werden häufig auf Gesteinsplaneten wie der Venus beobachtet, die ihren Sternen relativ nahe sind und sich sehr langsam drehen. Auf der Venus dauert eine vollständige Rotation 243 Erdtage. Die Atmosphäre umkreist den Planeten hingegen in nur 4 Erdtagen.
Reproduktion eines Panoramabildes der Venusoberfläche, aufgenommen von der Sonde Venera-14. RIA Novosti/Boris Prikhodko
Um diese Superrotation besser zu verstehen, analysierten die Forscher Daten, die zwischen 2006 und 2022 von den Satelliten Venus Express der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) und Akatsuki der Japanischen Raumfahrtbehörde (JAXA) gesammelt wurden. Diese Satelliten untersuchten die Venusatmosphäre, indem sie die Ablenkung von Radiowellen aufzeichneten. Das Forschungsteam modellierte die Superrotation außerdem mithilfe eines numerischen Modells der Venusatmosphäre.
Siehe auch... Neue Methode zur Beobachtung einzelner Atome bestätigt jahrhundertealte quantenmechanische Theorie |
Die Analyse konzentrierte sich insbesondere auf die Gezeitenströme – einen von mehreren atmosphärischen Prozessen neben der meridionalen Zirkulation und planetaren Wellen, deren Wechselwirkung nachweislich die Superrotation der Venus durch Impulsübertragung aufrechterhält. Gezeitenströme sind Luftbewegungsmuster, die entstehen, wenn Sonnenlicht die Luft auf der Tagseite des Planeten erwärmt. Die thermischen Gezeiten der Venus lassen sich in zwei Hauptkomponenten unterteilen: tägliche Gezeitenströme, die einem zyklischen Muster folgen und sich einmal pro Venustag wiederholen, und halbtägige Gezeitenströme, die zweimal täglich auftreten.
Frühere Studien legten nahe, dass halbtägige Gezeiten die Hauptkomponente der thermischen Gezeiten bei der Superrotation darstellen. Diese Studie, die die erste Analyse thermischer Gezeiten in der südlichen Hemisphäre der Venus beinhaltet, zeigt jedoch, dass tägliche Gezeiten eine primäre Rolle beim Transport von Impuls zu den dichten Wolkenobergrenzen der Venus spielen. Dies deutet darauf hin, dass tägliche Gezeiten wesentlich zu den Hochgeschwindigkeitswinden beitragen.
Die Forscher weisen zwar darauf hin, dass hinsichtlich des Beitrags der täglichen Gezeiten noch weitere Klärungen erforderlich sind, doch diese Arbeit wirft ein neues Licht auf extreme Winde auf der Venus und könnte meteorologische Studien anderer langsam rotierender Planeten unterstützen.
Das gewaltige, 6.000 Kilometer lange Wolkenband, das die Venus alle paar Tage umkreist, entsteht durch aufsteigende Schwefelsäuredämpfe, die hoch in die Atmosphäre gedrückt werden – ein Phänomen, das im Wesentlichen dem Wasser aus einem laufenden Wasserhahn entspricht, das in der Küchenspüle herumschwappt.
Im Jahr 2016 entdeckte die japanische Raumfahrtbehörde JAXA im Rahmen ihrer Akatsuki-Mission zur Venus eine Wolkenansammlung in etwa 50 Kilometern Höhe in der dichten Venusatmosphäre. Dieses Wettersystem befindet sich entlang des Äquators des Planeten, doch Wissenschaftler können seine enorme Größe, Geschwindigkeit und die auffallend scharfe Vorderkante noch immer nicht erklären.
Dieses Rätsel blieb jedoch nur zehn Jahre lang ungelöst. Durch die Entwicklung mathematischer Modelle, die die dynamische Gasströmung und den Aufstieg von Gasclustern beschreiben, konnte ein internationales Astronomenteam schließlich die Ursache dieses großflächigen atmosphärischen Phänomens aufdecken. Die Antwort liegt im sogenannten „hydraulischen Sprung“. Dieser tritt auf, wenn sich Gas oder Flüssigkeit, die sich zunächst schnell, aber flach bewegt, plötzlich verlangsamt und tiefer wird. Ein Beispiel aus dem Alltag: Wasser, das aus einem Wasserhahn in ein Spülbecken fließt. Dort, wo es auf den Boden des Beckens trifft, bewegt es sich zunächst flach, aber schnell. Mit zunehmender Ausbreitung wird es jedoch schnell tiefer und langsamer. Die Forschungsergebnisse des Teams wurden am 24. April 2026 im „Journal of Geophysical Research – Planets“ veröffentlicht.
Die wolkenbedeckte Tagseite der Venus, aufgenommen von der japanischen Raumsonde Akatsuki im Jahr 2016. JAXA
Ein ähnliches Phänomen lässt sich in der Venusatmosphäre beobachten, die fast vollständig aus Kohlendioxid besteht, neben geringen Mengen Stickstoff und Spuren anderer Gase, darunter Schwefeldioxid, das Wolken bilden kann. Nicht allzu hoch über der ausgedörrten Venusoberfläche erstreckt sich eine atmosphärische Welle nach Osten. Es handelt sich um eine planetare Welle, die sich über Tausende von Kilometern erstreckt und in der Äquatorregion des Planeten zentriert ist. (Die Venus selbst hat einen Durchmesser von 12.104 Kilometern, daher ist eine 6.000 Kilometer breite Welle beträchtlich.)
Auf der Erde würden wir eine solche Welle als „Kelvin-Welle“ bezeichnen, und sie kann sowohl im Ozean als auch in der Atmosphäre auftreten. Da die Oberflächentemperaturen auf der Venus jedoch 460 Grad Celsius (860 Grad Fahrenheit) übersteigen, besitzt sie keine Ozeane, und ihre Kelvin-Welle tritt ausschließlich in der Atmosphäre auf.
Wenn sich die Kelvin-Welle auf der Venus verlangsamt, verursacht sie einen hydraulischen Sprung. Dadurch steigt ein starker Aufwind aus Schwefelsäuredampf bis in eine Höhe von etwa 50 Kilometern auf, wo er zu einer gewaltigen Schwefelsäurewolke kondensiert. Diese Wolken folgen dann der Kelvin-Welle, die die Vorderkante der Wolkenmasse markiert.
„Wir können nun zeigen, dass diese Wolkenstörung durch den größten bekannten hydraulischen Sprung im Sonnensystem verursacht wird“, erklärte Studienleiter Takeshi Imamura von der Universität Tokio in einer Stellungnahme. „Unsere Entdeckung eines hydraulischen Sprungs auf der Venus, der einen sehr großräumigen horizontalen Prozess mit einer starken, lokal begrenzten vertikalen Welle verbindet, ist unerwartet, da diese Phänomene in der Hydrodynamik normalerweise nicht miteinander in Zusammenhang stehen.“
Diese Entdeckung markiert das erste Mal, dass ein hydraulischer Sprung auf einem anderen Planeten als der Erde nachgewiesen wurde. Daher ist das unerwartete Verhalten des hydraulischen Sprungs auf der Venus vielleicht nicht besonders überraschend und erinnert uns daran, dass atmosphärische Phänomene auf anderen Planeten sich deutlich von dem unterscheiden können, was wir auf der Erde beobachten.
Ein typisches Beispiel für einen hydraulischen Sprung ist das Einfließen von Wasser aus einem Wasserhahn in ein Waschbecken: Dort, wo es auf den Boden des Waschbeckens trifft, bewegt sich das Wasser zunächst flach, aber schnell. Mit zunehmender Ausbreitung wird es jedoch schnell tiefer und fließt langsamer. James Kilfiger/Wikimedia Commons/CC BY-SA 3.0
Die Venusatmosphäre unterscheidet sich stark von der Erdatmosphäre – sie ist reich an Kohlendioxid, so erdrückend, dass ein enormer Oberflächendruck von 92 bar entsteht, und sie umkreist die Venus mit einer höheren Geschwindigkeit als die Erde, sodass ihre Atmosphäre einen Umlauf um den Planeten in nur vier Erdtagen vollendet, während der feste Körper der Venus 243 Tage für eine Umdrehung benötigt.
„Bislang haben wir für die Venus ein globales Zirkulationsmodell verwendet, das dem der Erde ähnelt. Dieses Modell berücksichtigt jedoch nicht den von uns nun identifizierten hydraulischen Sprung“, sagte Imamura. „Unser nächster Schritt ist die Überprüfung dieser Entdeckung mithilfe eines umfassenderen Klimamodells, das weitere atmosphärische Prozesse einbezieht. Aufgrund der enormen Rechenleistung, die für solche Simulationen erforderlich ist, werden wir vor einigen Herausforderungen stehen. Selbst mit modernen Supercomputern ist das eine Herausforderung.“
Auf dieser Skizze vom 19. April 1977 steigen hohe weiße Dampfsäulen von der felsigen Oberfläche der Venus auf.
Etwas mehr als ein Jahr später startete die NASA Pioneer Venus 1, den ersten von zwei Orbitern und einer Sonde zur Erforschung der Venusatmosphäre.
Die erste amerikanische Raumsonde im Venusorbit, Pioneer Venus 1, kartierte die Venusoberfläche mithilfe von Radar. Die Sonde stellte fest, dass die Venusoberfläche im Allgemeinen glatter ist als die der Erde, obwohl sie einen Berg beherbergt, der höher ist als der Mount Everest, und eine Schlucht, die tiefer ist als der Grand Canyon.
Diese Künstlerskizze vom 19. April 1977 zeigt hohe, weiße Dampfsäulen, die von der felsigen Oberfläche der Venus aufsteigen. NASA/Rick Guidice
Dank der Forschung von Pioneer Venus 1 und anderen Raumsonden wie Magellan, Galileo, Cassini und sogar der Parker Solar Probe haben wir jetzt eine viel bessere Vorstellung davon, wie die Oberfläche der Venus aussieht.
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