Wissenschaftler haben neue quantitative Grenzen für den mysteriösen Lichtabsorber in der Venusatmosphäre ermittelt. Mithilfe von Strahlungstransportmodellen fanden Forscher heraus, dass die Schwefelsäurewolken des Planeten extrem effiziente und hochkonzentrierte organische Moleküle enthalten könnten, um die ultravioletten und blauen Lichtreflexe der Venus zu erklären.
Die Venus erscheint im sichtbaren Licht blassgelb, doch ultraviolette Aufnahmen zeigen dramatische dunkle und helle Muster, die sich mit den oberen Wolken aus Schwefelsäure bewegen. Wissenschaftler rätseln seit rund einem Jahrhundert über die chemische Identität dieser Substanz, die als der „unbekannte Absorber bekannt ist. Nun hat ein internationales Forschungsteam neue quantitative Grenzen für die Eigenschaften dieses Materials bestimmt, wie aus einer im Fachblatt Astrobiology veröffentlichten Studie hervorgeht (unter anderem berichtet von Phys.org und Sciencedaily).
Ein ungewohnter Blick auf die Wolkentröpfchen im Labormodell
Um dem Rätsel auf die Spur zu kommen, wählte das Forschungsteam einen neuen Ansatz. Laut Sciencedaily stellte der Hauptautor Dr. Jan Spacek die Frage, wie das Wolkenmaterial der Venus wirken würde, wenn man die Tröpfchen in einer spektrometrischen Küvette sammeln und als Reinstoff oder Konzentrat untersuchen könnte. Dieser Unterschied zwischen dem optischen Eindruck einer Wolke aus der Ferne und der Substanz in konzentrierter Form ist entscheidend.
Ein bekanntes Beispiel hierfür ist Zigarettenrauch: Er erscheint weiß, weil seine submikrometergroßen Partikel das Licht äußerst effizient streuen. Sammelt man die Rauchpartikel jedoch in einem Kolben, entsteht ein dichter, teerartiger Schlamm aus verbranntem Tabak. Nach Angaben von Phys.org lässt sich dieses optische Prinzip auf die Venus übertragen, da die Verteilung der Partikelgröße dort vergleichbar mit Zigarettenrauch ist. Wolken, die von weitem blassgelb schimmert, könnten in konzentrierter Form demnach eine überraschend dunkle Flüssigkeit enthalten.
The key is that Venus’s cloud particles scatter sunlight very efficiently, so the brightness observed from space cannot be directly compared with the absorption of a bulk liquid measured in the laboratory.
Strahlungstransportmodell liefert strenge Absorptionsgrenzen
Um astronomische Beobachtungen mit Labordaten vergleichbar zu machen, kombinierte das Team die Messungen mit einem detaillierten Strahlungstransportmodell. Dieses berechnet, wie Licht von Wolkenteilchen und atmosphärischen Molekülen gestreut und absorbiert wird. Dr. Yeon Joo Lee von der Forschungsgruppe für Planetatmosphären am Institute for Basic Science (IBS) in Südkorea führte diese Berechnungen durch, wie Phys.org berichtet.
Im modellierten Wellenlängenbereich von 365 bis 455 Nanometern erreicht der erforderliche dekadische Absorptionskoeffizient bei 375 Nanometern einen Wert von rund 1.278 cm⁻¹, wie beide Quellen übereinstimmend darlegen. Diese Anforderung ist hoch: Der unbekannte Absorber muss demnach entweder Licht extrem effizient aufnehmen oder in den Tröpfchen in sehr hoher Konzentration vorliegen – oder beide Bedingungen erfüllen.
Die Suche nach den passenden Molekülen und Kohlenstoffverbindungen
Als mögliche Kandidaten für eine derartig starke Absorption kommen laut den Studienautoren stark absorbierende, konjugierte organische Moleküle in Betracht. Der Begriff „organisch bezeichnet in diesem Zusammenhang kohlenstoffbasierte Verbindungen und impliziert keinen biologischen Ursprung. Für Moleküle mit einer Absorptionsstärke ähnlich wie bei effizienten Porphyrinoid-Pigmenten wäre eine Konzentration von etwa 10 Gramm pro Liter erforderlich.
Die Forscher betonen ausdrücklich, dass sie Chlorophyll, Häm oder andere konkrete biologische Pigmente nicht als den tatsächlichen Absorber auf der Venus vorschlagen. Diese Stoffe dienen lediglich als bekannte Referenzpunkte für hocheffiziente Lichtabsorber. Zudem gibt die Form des Absorptionsspektrums weitere Hinweise: Einfache organische Verbindungen bilden in konzentrierter Schwefelsäure oft dunkle, teerartige Gemische, die im sichtbaren Spektrum jedoch breit absorbieren und daher eher braun oder schwarz wirken. Das passt laut Jan Spacek nicht zu dem auf der Venus beobachteten, steilen Abfall der Absorption zwischen 365 und 455 Nanometern.
If the observed light absorption is due to conjugated organic matter, the relatively sharp absorption profile is consistent with a chemically defined absorber that resists conversion into the tar-like mixture we typically observe with organics dissolved in concentrated sulfuric acid.
Die neuen Einschränkungen machen das Rätsel um die Venuswolken laut Janusz J. Petkowski von der Technischen Universität Breslau in Polen und Paul B. Rimmer von der University of Cambridge in Großbritannien noch faszinierender. Die Studienergebnisse beweisen weder, dass es Leben in der Venusatmosphäre gibt, noch, dass der Absorber zwingend organischer Natur ist. Sie definieren jedoch präzise numerische Leitlinien, an denen sich künftige Planetenmissionen und Testverfahren orientieren müssen.
Weiterlesen
