Die Erforschung der Venus und die Spekulationen über Leben – 1

Heute richtet sich das Hauptaugenmerk auf die Erforschung des Mars. Bei Oppositionen sind dir entsprechenden Zeitschriften voller Bilder von Amateurastronomen gewonnen und mit inzwischen beeindruckender Qualität und die NASA schickt seit 1997 regelmäßig Raumsonden zum Mars, derzeit unter dem langfristigen Ziel „Search for life“, auch wenn kein bisher gestartetes Gefährt zu einem direkten Nachweis fähig wäre.

Doch in der Vergangenheit sah man dies anders. Man vermutete die Venus als viel besser geeignet um Leben hervorzubringen. Dies hat sich heute dramatisch gewandelt. Der Planet gilt als tot und selbst für die Erforschung mit Raumsonden unattraktiv.

Im allgemeinen fängt man mit der Planetenforschung immer bei den Babyloniern an, welche die Planeten beobachteten um astrologische Vorhersagen zu machen und tastet sich über die Rolle als Abend- und Morgenstern an die Moderne heran. Doch da die Venus ohne Teleskop nur ein heller Stern ist und man Jahrtausende nichts mehr wusste als das er mal abends und mal morgens mit einer Periode von 584 Tagen kurz nach der Sonne zu sehen ist lasse ich dieses Kapitel komplett weg.

Die Beobachtung durchs Teleskop

Die ersten Erkenntnisse über die Venus gab es schon von Galileo Galilei. Er sah durch sein primitives Fernrohr, das wir heute (von der optischen Güte her) eher als Feldstecher bezeichnen würden die Phasen der Venus. Da die Venus sich innerhalb der Erdbahn befindet durchläuft sie Phasen wie der Mond, wobei sie aber durch die unterschiedliche Entfernung zur Erde immer größer wird, je stärker sie sich „Neuvenus“ nähert. Die „Vollvenus“ können wir nicht beobachten, da sie dann hinter der Sonne steht. Diese Phasen waren ein wesentlicher Bestandteil der Fakten, die dazu führten, dass er sich für das heliozentrische Weltbild einsetzte, da sie nicht mit dem geozentrischen Weltbild erklärbar waren.

Doch danach hörte es auch schon auf mit den Erkenntnissen. Bei anderen Planeten führten bessere Teleskope zu mehr Details auf der Oberfläche, mit dem Verändern dieser konnte man die Rotationsdauer und die Lage der Achse zur Bahnebene feststellen und man konnte Veränderungen beobachten. Bei den Gasplaneten sowieso, aber auch Mars zeigte jahreszeitliches Anwachsen und Abschmelzen von Polkappen. Die Venus präsentierte sich dagegen den meisten Beobachtern als uniforme weise Kugel. Immer wieder wurde über Jahrhunderte Details vermeldet, aber selbst die Beobachter die sie zeichneten mussten zugeben sie nur einmal gesehen zu haben und dann nie wieder. Was die Details waren, darüber gab es Spekulationen. Einige meinten vulkanische Asche die kurzzeitig an dieser Stelle die Atmosphäre verdunkelte, andere wollten Wolkenlücken darin gesehen haben. Doch da es keine zwei identischen Zeichnungen gab schied dies eigentlich aus. So teilten die meisten Beobachter die (richtige) Ansicht, es wären nur Wolkenstrukturen.

Erst 1927 gelangen Aufnahmen der Venus die etwas zeigten. Vorher versuchte man es mit Rotfiltern, da das rote Licht am ehesten die Wolken passiert, doch sie zeigten nichts, während der Mars z.B. im roten alle Oberflächendetails zeigt. H. Ross machte erstmals Aufnahmen im Ultravioletten. Sofort war eine Y-förmige Struktur sichtbar, die seitdem auch immer wieder beobachtet wurde. Damit war klar, dass alle Beobachtungen nur Wolkenstrukturen zeigten. Ross kam durch Beobachtung der Strukturen auf eine Rotationsdauer von 30 Tagen, Dolfus später auf 24 Tage. Royer und Guerin kamen später auf den richtigen Wert durch Beobachtung der Y-Struktur von 4 Tagen.

Das Bild oben links ist eine kontrastverstärkte Mariner-10 Aufnahme mit einem UV-Filter gewonnen. Sie ist schon schärfer und zeigt mehr Details als jede erdgebundene Beobachtung. Im sichtbaren Licht sieht der Planet absolut unspektakulär aus, er ist praktisch eine weissgetönte Kugel. Dies zeigt die untere Aufnahme die von der Raumsonde Messenger gewonnen wurde diesmal nicht im UV-Licht, sondern im sichtbaren Wellenbereich.

Der Mangel an Details führte dazu, dass über die Jahrhunderte es erheblichen Streit um grundlegende physikalische Parameter gab. Das das uniforme Aussehen auf Wolken zurückführen waren, stand ab 1761 fest. Damals fand einer der seltenen Venusdurchgänge an und wenn die Venus die Sonne passiert, sieht man kurz einen Ring um die Venus und in Andeutung auch beim Durchgang über die Oberfläche. Allerdings wurde diese Beobachtung von Lomonossov nicht allgemein bekannt. Das galt auch für die zweite Beobachtung 1769 durch Ritterhouse, die erst 100 Jahre später publiziert wurden. Später wurde auch bekannt das Thomas Bergmann bei dem Sonnendurchgang von 1761 einen Saum feststellte, Allgemein publiziert wurde die Entdeckung erst von William Herschel im Jahre 1793. Sein 50 cm Teleskop vergrößerte so stark, das die Atmosphäre auch ohne den Kontrast zur Sonnenscheibe sichtbar war, zudem bewirkt sie bei einer sehr schmalen Sichel, dass der Bogen über den Pol hinausreicht. Dieses Phänomen kennt man in jüngster Zeit noch besser vom Saturnmond Titan. 1792 beschrieb dieses Phänomen bei der Venus erstmals Johannes H. Schröter.

Der Sonnenvorübergang 1769 war aber aus anderer Sicht bedeutsam und das erklärt warum die Beobachter keinen Lichtbogen sahen – sie waren mit anderen Dingen beschäftigt. 1769 waren überall auf der Welt Expeditionen unterwegs um diesen Sonnendurchgang zu beobachten. Sie sind sehr selten. Es gibt im Abstand von 105 und 121 Jahren je zwei Ereignisse die dann nur 8 Jahre auseinander liegen. (Die beiden letzten waren 2004 und 2012, nun heißt es wieder über 100 Jahre warten). 1761 probierte man es schon, aber die Beobachtungen scheiterten am Wetter oder weil Expeditionen nicht rechtzeitig ihre Beoabachtungsorte erreichten. 1769 gab es Beobachter rund um die ganze Erde, selbst auf Südseeinseln und im brasilianischen Urwald. Sie hatten nur eines im Sinn, den genauen Zeitpunkt festzustellen, wenn die Venus den Sonnenrand berührt und sie wieder verlässt. Bedingt durch die geographische Distanz zwischen den Beobachtern sehen sie die Venus aus zwei Blickwinkeln, Das drückt sich auch in einer unterschiedlichen Eintrittzeit aus. Aus dieser kann der Winkel zwischen den beiden Orten bestimmt werden und wenn der Winkel und die Distanz auf dem Globus bekannt ist, so kann die Distanz zur Venus bestimmt werden und durch diese Distanz durch das dritte keplerische Gesetz aufgrund der bekannten Umlaufszeit die Distanz Erde-Sonne, also die astronomische Einheit, der Maßstab auf dem alle Entfernungsgangeben im Sonnensystem beruhen. Man erhielt damals 151,6 Millionen km, etwa 2 Millionen km mehr als der wahre Wert. Damit konnte man auch den Durchmesser der Venus ermitteln. 1807 wurde er von Johann Wurm auf 12.293 km beziffert. Der exakte Wert mit Atmosphäre beträgt 12.240 km. (Wurm konnte wegen der Atmosphäre ja nie den Durchmesser des Planeten selbst bestimmen).

Mangels optischer Merkmale auf der Oberfläche kamen Beobachter auf verschiedene Ergebnisse für die Umlaufszeit und Neigung der Rotationsachse. Es werden dann optische Effekte wie unterschiedliche Helligkeiten durch den Dopplereffekt oder die Aufhellung in der Mitte für Oberflächenmerkmale gehalten. Giovanni Cassini kam 1667 zu dem Schluss, die Venus rotiere innerhalb von 23 Stunden. 1728 kam Francesco Bianchini auf eine Rotationsperiode von 24 Tagen und acht Stunden. Jaques Cassini, Sohn von Giovanni Cassini verglich nun die Aufzeichnungen von 1667 und kam zu dem Schluss, dass wenn Bianchi die Venus nicht kontinuierlich beobachtet hatte, seine Beobachtungen auch mit einer Periode von 23 Stunden 20 Minuten vereinbar wären. Der Wert wurde von Johannes Schroeter 1793 auf 23 Stunden 21 Minuten und 19 Sekunden korrigiert.

Schiaparelli der schon als Marsbeobachter sich einen Namen gemacht hatte, schaute sich 1891 alle bisherigen Beobachtungen genauestens an und verwarf sie schließlich als optische Täuschungen. Seiner Ansicht nach musste die Venus genauso schnell rotieren, wie sie die Sonne umkreist, also einmal in 224 Tagen, das heißt sie weist eine gebundene Rotation auf, weist eine Seite also immer der Sonne zu, während die andere dauernd Nacht hat. Diese Ansicht rief sofort Widerspruch hervor. Wenn dem so wäre, dann müsste auf der kühlen Nachtseite die Wolken abkühlen, ausregnen und es gäbe eine Lücke wo man die Oberfläche sehen könnte. Damals nahm man noch an, die Wolken bestehen aus Wasserdampf. Niesten, einer der Gegner fand bei seinen Beobachtungen den Wert von Schroeter bestätigt. Die Diskussion ging noch weiter und bis kurz vor den ersten Raumsonden gab es zwei Fraktionen die einen waren für eine gebundene Rotation, die meisten anderen sahen eine Rotationsdauer etwas kürzer als die irdische (meist um die 23 Stunden). Beide Werte sind falsch. Die Oberfläche rotiert in 243 Tagen, aber die Wolken in 4 Tagen.

Genauso umstritten war die Frage der Neigung der Rotationsachse zur Senkrechten der Bahnebene. Bei 0 Grad steht sie senkrecht auf ihr, bei 90 Grad rotiert sie in der Bahnebene. Bianchini fand 15 Grad, Schroeter, 72 Grad, korrigierte später auf 53 Grad, Schiaparelli nahm eine fast senkrechte Achse an, und Pickering fand 1905 eine Achsenneigung von 5 Grad, während Otto Schirdewahn 1950 genau das Gegenteil, eine Rotation in der Bahnebene annahm.

Die meisten Veröffentlichungen zwischen 1934 lagen zwischen 60 und 80 Grad, aber die letzte von Kuiper wieder bei 32 ±  2 Grad. Der Grund ist relativ einfach: ohne tatsächlich beobachtbare Elemente spielten optische Täuschungen eine Rolle und so konnte man praktisch jeden Wert bekommen. 1897 machte der Münchner W. Villinger Experimente: Er strich Gips-und Kautschukkugeln weis an, und lies sich durch eine Lampe beleuchten. So gab es Phasen wie bei der Venus. Beobachter machten nun Zeichnungen durch ein 12 cm Fernrohr aus einer Entfernung von 430 m. Es zeigte sich dass alle wechselnde Oberflächenmerkmale erkannten, obwohl keine vorhanden waren.

Immerhin, das war Ende des 19-ten Jahrhunderts klar, ist die Venus völlig in Wolken gehüllt. Wie es darunter aussähe, darüber gab es unterschiedliche Ansichten. Was niemand in Frage stellte war, dass die Wolken wie irdische Wolken aus Wasserdampf bestehen. Die Venus ist näher an der Sonne, 70% des Erdabstandes führen dazu, dass sie fast die doppelte Sonneneinstrahlung erhält. So verdampft viel Wasser, was die global abdeckenden Wolken erklärt. Diese wurden sogar als positiv gesehen, denn schon ohne Treibhauseffekt müsste es auf der Venus im Mittel 38°C warm sein. Mit Treibhauseffekt noch deutlich wärmer, sicher über 50°C. Die Wolken strahlen einen Großteil der Strahlung wieder ins Alls zurück und begrenzen so die Aufheizung des Planeten. Die Venus hat eine Albedo von 65%, das ist mehr als die Erde (37%)  und erheblich mehr als der Mond, der nur 7% aufweist.

Es gab nun zwei Schulen wie es unter den Wolken aussähe. Die eine vertrat die Meinung die gesamte Oberfläche wäre von Ozeanen bedeckt, allenfalls gäbe es einige kleine Inseln, aber keine Kontinente.

Die zweite Schule vertrat die Meinung es gäbe gar keine Ozeane, nur festes Land, das jedoch extrem feucht sein musste, so wie Sümpfe auf der Erde. Parallelen zum Zeitalter des Karbons wurden gezogen, als auch die Erde weitgehend von Sümpfen bedeckt waren und sich unsere Kohle bildete. Aber auch zum irischen Regenwald der oft in Wolken gehüllt ist.

Was beide Schulen ausschlossen, war eine Oberfläche wie wir sie haben. Größere Kontinente würden nicht Nachschub für die Wolken liefern. Sie müssten dort ausregnen oder zumindest Lücken aufweisen, eventuell auch an Gebirgen hängen bleiben. Da es keine Lücken gab musste die gesamte Oberfläche Wasser verdunsten – entweder als Ozean oder als Sumpf. Zwischen 1880 und 1920 bekriegten sich die beiden Schulen. Bald bürgerte sich für die Ozean-Variante die Bezeichnung „realistisch“ und für die Sümpfe  die Bezeichnung „romantisch“ ein.

Ab 1920 kam als neues Instrument das Spektroskop zum Einsatz. Man konnte mit ihm 1932 erstmals Kohlendioxid nachweisen, aber keinen Wasserdampf. Der Begriff des Treibhauseffektes war schon bekannt und so kamen erste Forscher auf eine andere Deutung: Bedingt durch den Treibhauseffekt würde die Oberflächentemperatur über dem Siedepunkt von Wasser liegen und das gesamte Wasser würde in den Wolken vorliegen. Auf der Oberfläche wäre es staubtrocken und extrem heiß. Weiterhin konnte man durch die Spektralverschiebung bei einer schnell rotierenden Atmosphäre die Rotationsdauer feststellen. Doch da man keine Verschiebung feststellte musste die Atmosphäre mehr als einen Tag zur Rotation brauchen.

Bis 1935 hatte man die Vorstellung, die Venusatmosphäre wäre ähnlich wie die Erde zusammengesetzt. Es gab auch andere Erklärungsversuche für die Wolken wie eine Staubschicht in mittlerer Höhe. Andere vertraten die Ansicht die Wolken bestanden aus Salzkristallen. 1927 meinte E.E. Ross die Wolken würden aus Formaldehyd bestehen. Es gibt keinen Sauerstoff auf der Venus, das wusste man inzwischen weil Sauerstoff im Spektroskop nicht nachweisbar war. Ohne Ozonschicht durch den Sauerstoff würde Formaldehyd mit Wasser unter UV-Strahlung zu einem Polymer reagieren.

1929 meinte Bernard Lyot dagegen, dass er in dem Reflexionsspektrum der Wolken nur Wasser sehen könnte, wie sich zeigte war dies falsch. Schon 1920 hatten Nichelson und John keine spektralen Spuren von Wasser gefunden. 1955 gelang erstmals die Messung der Temperatur. Petit / Nichelson ermittelten eine Temperatur von -33 Grad für die beleuchteten Wolken und -38 Grad für die unbeleuchteten. Dies war jedoch die Temperatur an der Wolkenobergrenze, nicht die der Oberfläche.

Weitere Entdeckungen gab es mit der Radioastronomie. Zuerst gab es 1956 eine erste Messung der Oberflächentemperatur. Es wurden Radiowellen mit einer Wellenlänge von 3,15 cm (10 GHZ) empfangen, für eine Abstrahlung in dem beobachteten Maße musste die Oberfläche 300°C heiß sein. Schon 1942 hatte Rupert Wildt aufgrund des Treibhaus Effektes extrem hohe Bodentemperaturen postuliert.

1957 kam wieder Bewegung in die Atmosphärenforschung. Man erkannte Muster wenn man Bilder durch einen UV-Filter anfertigte. Charley Boyer vermass die Dopplerverschiebung von Spektrallinien und kam auf eine Rotationsperiode von 4 Tagen, die sich auch mit den Beobachtungen im UV deckte. Wie wir heute wissen bezieht sich aber dieser Wert auf die Atmosphäre und nicht die Oberfläche.