Atomarer Sauerstoff entsteht auf der Tagseite der Venus durch Photolyse von Kohlendioxid und Kohlenmonoxid.
Atomarer Sauerstoff ist eine Schlüsselspezies in der Mesosphäre und Thermosphäre der Venus. Sie erreicht ihren Höhepunkt im Übergangsbereich zwischen den beiden vorherrschenden atmosphärischen Zirkulationsmustern, der retrograden superrotierenden Zonenströmung unterhalb von 70 km Höhe und der subsolaren zu antisolaren Strömung oberhalb von 120 km Höhe. Frühere und aktuelle Nachweismethoden sind jedoch indirekt und basieren auf Messungen anderer Moleküle in Kombination mit photochemischen Modellen. Hübers et al. zeigen den direkten Nachweis von atomarem Sauerstoff sowohl auf der Tagseite als auch auf der Nachtseite der Venus durch Messung seines Grundzustandsübergangs bei 4,74 THz. Bildnachweis: Mattias Malmer / NASA.
Es ist bekannt, dass die Venus sehr langsam rotiert, wobei ein Tag auf der Venus 243 Tagen auf der Erde entspricht.
Atomsauerstoff, eine Schlüsselspezies in der Mesosphäre und Thermosphäre der Venus, wird auf der Tagseite des Planeten durch den Abbau von Kohlendioxid und Kohlenmonoxid erzeugt und dann zur Nachtseite transportiert.
Atomarer Sauerstoff ist wichtig für die Photochemie und den Energiehaushalt der Venusatmosphäre, wurde jedoch auf der Tagseite der Venus noch nicht direkt beobachtet.
Bisher beschränkten sich nächtliche Entdeckungen auf Beobachtungen des nächtlichen Luftglühens der Venus, einer schwachen Lichtemission der Planetenatmosphäre.
In einer neuen Studie analysierten Dr. Heinz-Wilhelm Hübers, Forscher am Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt und der Humboldt-Universität zu Berlin, und seine Kollegen insgesamt 17 Punkte sowohl auf der Tag- als auch auf der Nachtseite der Venus mit dem Deutschen Receiver for Astronomy at Terahertz Frequencies (upGREAT) Array-Spektrometer an Bord des Stratospheric Observatory for Infrarot Astronomy (SOFIA)-Flugzeugs der NASA.
„Die Beobachtungen wurden in den frühen Abenden des 10., 11. und 13. November 2021 gemacht“, sagten sie.
„Insgesamt wurden 17 Positionen auf der Venus gemessen: sieben auf der Tagseite, neun auf der Nachtseite und eine am Terminator.“
Die Forscher entdeckten an allen beobachteten Punkten atomaren Sauerstoff und stellten fest, dass er in Höhen von etwa 100 km konzentriert ist.
Die Messungen basierten auf einer Feinstruktur des atomaren Sauerstoff-Grundzustands bei 4,74 Terahertz.
Sie fanden auch Schwankungen in der Säulendichte, wobei die maximale Dichte auf der Tagseite verzeichnet wurde.
„Die beobachtete durchschnittliche Helligkeitstemperatur des Venuskontinuums beträgt etwa 246 K, was einer Höhe von etwa 65–70 km direkt über der Wolkenschicht entspricht“, sagten sie.
„Die Temperatur des atomaren Sauerstoffs beträgt auf der Tagseite etwa 156 K und auf der Nachtseite etwa 115 K, was Höhen um die 100 km entspricht.“
„Zukünftige Beobachtungen, insbesondere in der Nähe der antisolaren und subsolaren Punkte, aber auch in allen Zenitwinkeln der Sonne, werden ein detaillierteres Bild dieser besonderen Region liefern und zukünftige Weltraummissionen zur Venus wie die DAVINCI-Mission der NASA oder die EnVision-Mission der ESA unterstützen“, fügten sie hinzu.
„Zusammen mit Messungen des atomaren Sauerstoffs in den Atmosphären von Erde und Mars könnten diese Daten dazu beitragen, unser Verständnis darüber zu verbessern, wie und warum die Atmosphären von Venus und Erde so unterschiedlich sind.“
Die Ergebnisse wurden in der Zeitschrift veröffentlicht Naturkommunikation.
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HW. Hübers et al. 2023. Direkter Nachweis von atomarem Sauerstoff auf der Tag- und Nachtseite der Venus. Nat Common 14, 6812; doi: 10.1038/s41467-023-42389-x
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