Astrobiologie

Mysteriöse Substanz in den Venuswolken schluckt überraschend viel Sonnenlicht

Eine Flüssigkeit in der Venusatmosphäre absorbiert Licht so stark wie ein hochwirksamer Farbstoff. Was dahintersteckt, bleibt weiterhin offen

Thomas Bergmayr

Im Herbst 2020 meldete ein Team um die Astronomin Jane Greaves den Nachweis von Phosphin in den Venuswolken – ein Fund, der in der Fachwelt für gehöriges Aufsehen sorgte. Auf der Erde entsteht dieses Gas in sauerstoffreicher Umgebung nämlich praktisch nur in der Industrie oder im Stoffwechsel anaerober Mikroben.

Radiodaten deuteten zunächst auf rund 20 Teile pro Milliarde in der Wolkenschicht hin. Weil Phosphin in konzentrierter Schwefelsäure, einem wesentlichen Bestandteil der Venusatmosphäre, rasch zerfällt, müsste es laufend nachgeliefert werden. Einen plausiblen Prozess dafür konnte niemand anbieten.

Der Einspruch kam jedoch binnen weniger Wochen. Eine Gruppe um Geronimo Villanueva vom Goddard Space Flight Center zeigte, dass das Signal im Rauschen verschwindet, sobald man die Basislinie der Spektren anders anpasst; andere Fachleute verwiesen auf eine Schwefeldioxidlinie fast an derselben Stelle.

Hilfreiches Ammoniak

Ähnlich verlief die Debatte um Ammoniak: Rakesh Mogul und Kollegen fanden in Massenspektren der Sonde Pioneer Venus von 1978 mögliche Anzeichen dafür, allerdings am Rand der Instrumentenempfindlichkeit und mehrdeutig zuzuordnen. Ein Team um William Bains von der Cardiff University rechnete daraufhin durch, dass Ammoniak die extrem sauren Wolkentröpfchen teilweise neutralisieren und damit für potenzielles Leben erträglicher machen würde. Zweifelsfrei gemessen wurde es bis heute jedoch nicht.

Was bleibt, ist zwar keine handfeste Lebensspur, aber immerhin ein Verdacht: In den Venuswolken laufen chemische Prozesse ab, die das Lehrbuch nicht erklären kann.

Das Muster im Ultraviolett

Im sichtbaren Licht wirkt die Venus blassgelb und weitgehend gleichförmig. Im Ultraviolett zieht sich jedoch ein Muster aus dunklen Bändern und hellen Feldern über die Wolkendecke, das in gut vier Tagen einmal um den Planeten wandert. Astronominnen und Astronomen kennen es seit den 1920er-Jahren. Den Stoff, der dafür verantwortlich ist, kennt jedoch bis heute niemand mit Sicherheit.

In der Fachliteratur heißt er schlicht "der unbekannte Absorber". Mehr als 20 Kandidaten wurden vorgeschlagen, darunter Schwefelverbindungen, eisenhaltige Minerale und organische Moleküle. Jede Erklärung scheiterte an einem Teilaspekt der Beobachtungen. Dabei geht es hier um mehr als Farbe: Der Absorber schluckt über die Hälfte der Sonnenenergie, die die oberen Wolken erreicht, und heizt eine Schicht auf, die Aufbau und Zirkulation der Atmosphäre mitbestimmt.

Tröpfchen im Laborgefäß

Eine nun im Fachjournal Astrobiology erschienene Arbeit dreht die Fragestellung um. Jan Spacek von der Foundation for Applied Molecular Evolution in Florida und seine Kollegen suchten nicht direkt nach dem Stoff, der die dunklen Flecken erzeugt. Vielmehr interessierten sie sich dafür, welche optischen Eigenschaften die Flüssigkeit in den Wolkentröpfchen haben müsste, damit die Venus so aussieht, wie sie aussieht. "Unser Modell fragt, was passieren würde, wenn wir dieses Wolkenmaterial in einer Küvette sammeln und in ein Laborspektrometer stellen könnten", sagt Spacek.

Was trivial klingt, hat durchaus seine Hürden: Sonnenlicht wird in den Wolken unzählige Male von Tröpfchen zu Tröpfchen geworfen, und diese Streuung lässt selbst eine dunkle Flüssigkeit aus der Ferne hell erscheinen. Das Team vergleicht es mit einem Wasserfall: Der Fluss darüber kann von Schwebstoffen trüb sein; sobald sein Wasser unten zerstäubt, leuchtet es weiß.

"Der Knackpunkt ist, dass die Wolkenteilchen der Venus Sonnenlicht sehr effizient streuen. Die aus dem Weltraum beobachtete Helligkeit lässt sich deshalb nicht direkt mit der im Labor gemessenen Absorption einer Flüssigkeit vergleichen", sagt Yeon Joo Lee vom südkoreanischen Institute for Basic Science, die die Streurechnungen beisteuerte.

Werte aus dem Modell

Datengrundlage waren Reflexionsaufnahmen der japanischen Sonde Akatsuki von der Tagseite der Venus aus dem Jahr 2020, dazu ein Strahlungstransportmodell. Heraus kommt eine Größe von der Laborbank: der sogenannte dekadische Absorptionskoeffizient. Bei 375 Nanometern erreicht er rund 1278 pro Zentimeter und fällt bis 455 Nanometer auf unter 54. Vereinfacht ausgedrückt heißt das: Acht Tausendstel eines Millimeters dieser Flüssigkeit würden genügen, um Licht auf ein Zehntel abzuschwächen. Gemeint ist hier die Dicke der durchstrahlten Schicht – wie dünn also der Flüssigkeitsfilm sein dürfte, damit noch ein Zehntel des Lichts hindurchkommt.

So etwas schafft nur ein außerordentlich effizienter Farbstoff. Von einem porphyrinartigen Farbpigment müssten rund zwölf Gramm in jedem Liter gelöst sein, bei Chlorophyll knapp zehn Gramm, insgesamt ein halbes bis sieben Gewichtsprozent des Aerosols. Chlorophyll und Farbstoffe dienen dabei freilich nur als Maßstab, und "organisch" bedeutet hier nur kohlenstoffhaltig, nicht biologisch.

Schwächere anorganische Absorber geraten dagegen rasch ins Absurde. Von Eisen(III)-chlorid, einem oft genannten Kandidaten, liefert ein Gramm pro Liter bei 375 Nanometern einen Koeffizienten von eins; für den geforderten Wert bräuchte es rund 1300 Gramm. Viele der gehandelten anorganischen Kandidaten, so Koautor Paul Rimmer von der University of Cambridge, müssten in unrealistisch hohen Konzentrationen vorliegen.

Teer passt auch nicht

Eine zweite Bedingung steckt in der Form des Spektrums. Löst man einfache organische Moleküle in konzentrierter Schwefelsäure, entsteht mit der Zeit meist ein komplexes, teerartiges Gemisch, das breit über das sichtbare Spektrum absorbiert und braun bis schwarz erscheint. Die für die Venus errechnete Kurve tut das nicht, sie fällt zwischen 365 und 455 Nanometern steil ab.

Sollte die Absorption tatsächlich von organischer Materie stammen, so Spacek, wäre dieses scharfe Profil mit einem chemisch definierten Absorber vereinbar, der sich der Umwandlung in eben jenes Gemisch widersetzt. Ein Stoff also, der in einer der aggressivsten Umgebungen des Sonnensystems stabil bliebe. "Paradoxerweise haben wir das Rätsel womöglich noch interessanter gemacht, indem wir dem unbekannten Absorber zusätzliche Bedingungen auferlegt haben", sagt Koautor Janusz Petkowski von der Technischen Universität Breslau.

Private Mission zur Venus

Die Autorinnen und Autoren schränken ein, dass ihre Arbeit den tatsächlichen Absorber nicht identifiziere. Sie zeige weder, dass er organisch ist, noch irgendetwas Biologisches. Nachprüfen lassen sich die Ergebnisse letztlich nur aus nächster Nähe. Ein aktuelles Projekt könnte einen solchen Nachweis jedoch in absehbarer Zeit liefern. Eine weitgehend privat finanzierte Sonde soll dabei einen Instrumententräger durch die Venuswolken fallen lassen. Die Firma Rocket Lab und ein Team um die MIT-Astrophysikerin Sara Seager wollen den kegelförmigen Messkopf von 40 Zentimetern Durchmesser direkt aus der Anflugbahn abwerfen.

Der Zeitplan der Mission ist allerdings noch unklar. Aus dem ursprünglich geplanten Start im Mai 2023 wurde nichts, auch das Startfenster im Jänner 2025 verstrich ungenutzt. Vermutlich wird auch der Start in diesem Jahr nichts, die dafür nötige Neutron-Rakete ist noch nicht einsatzbereit. Damit wartet die erste private Mission zu einem anderen Planeten auf das nächste Startfenster im kommenden Jahr.

Organische Chemie in Schwefelsäure?

Der auf dem Messkopf montierte Autofluoreszenz-Nephelometer beleuchtet einzelne Aerosolteilchen mit Licht von 440 Nanometern und registriert, ob sie zwischen 470 und 520 Nanometern nachleuchten. Solches Nachleuchten wäre laut den Forschenden von keiner bekannten anorganischen Verbindung der Venuswolken zu erwarten, wohl aber von großen kohlenstoffhaltigen Molekülen, in denen sich die Bindungen über weite Strecken abwechseln – jenem Bauprinzip, das Farbstoffe überhaupt erst so kräftig färbt.

Fände die Sonde ein solches Signal, wäre zwar noch kein Leben, immerhin aber komplexe organische Chemie nachgewiesen. Die Astrobiologie müsste dann aber erst einmal klären, wie in konzentrierter Schwefelsäure große Kohlenstoffmoleküle entstehen und bestehen können. (Thomas Bergmayr, 31.8.2026)

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