VENUS EXPRESS
Start zur Venus in einer Woche (2)

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So stellt sich ein Künstler die Oberfläche der Venus vor. Bild: ESA

Trotz fast identischer Größe beider Planeten ist der Atmosphärendruck (auf der Erde normalerweise als Luftdruck bezeichnet) auf der Venus hundertmal so hoch wie auf der Erde - und auch die Zusammensetzung und Dynamik der Atmosphäre sind ganz unterschiedlich und auf der Venus alles andere als lebensfreundlich: Zwar herrscht am Boden fast Windstille, doch in großer Höhe jagen Wolken aus Schwefelsäure in nur vier Tagen um den Planeten - übrigens in viel größerer Geschwindigkeit, als die Venus sich um ihre eigene Achse dreht: Ein im Sonnensystem einmaliges Phänomen.

Eine Mischung aus gasförmigen Schwefelmolekülen mit winzigen Spuren von Wasserdampf liefert den Wolken ihren Nachschub. Wichtigster Bestandteil der Venusatmosphäre ist jedoch das Treibhausgas Kohlendioxid. In Kombination mit der intensiven Sonnenenergie entwickelte sich die Venus zu dem heißen, lebensfeindlichen "Backofen", der sie heute ist: Bei einer Oberflächentemperatur von 480 Grad Celsius würde sogar das Metall Blei schmelzen. Wasser würde auf der Stelle verdampfen, die Stein- und Sandwüste auf der Venus ist knochentrocken.

Neben Untersuchungen zu der stark von der nahen Sonne beeinflussten kosmischen Umgebung der Venus und deren Wechselwirkung beispielsweise mit dem hier so intensiven Sonnenwind sind die wissenschaftlichen Ziele, die mit Venus Express verfolgt werden, vor allem an der Erforschung der Atmosphäre ausgerichtet. Daher soll Venus Express in globalem Maßstab die Atmosphäre unseres Nachbarplaneten hinsichtlich ihrer Struktur, ihrer Zusammensetzung und ihrer Dynamik untersuchen.

Die sich stellenden Fragen sind vielfältig: Welche chemische Zusammensetzung haben die einzelnen Schichten der Atmosphäre im Detail? Welche physikalischen Eigenschaften haben die Schichten, wie zirkulieren sie? Wie spielt sich der Treibhauseffekt der Venus genau ab, und wie entwickelte er sich im Laufe der Jahrmilliarden? War es im "Treibhaus" auf der Venus immer schon so heiß, zwischenzeitlich gar noch heißer? Oder bewirkten helle Wolken zeitweilig einen gegenteiligen Effekt, indem Sonnenstrahlung ins Weltall stärker reflektiert wurde und es auf der Venus auch kühlere Phasen gab - nicht zuletzt, weil das nukleare Feuer der Sonne anfänglich noch nicht so heiß war wie heute? Welche Wechselwirkung geht diese einzigartig dichte Atmosphäre mit den Gesteinen auf der Venus ein?

Von den sieben Experimenten der Mission werden zwei von deutschen Forschern hauptverantwortlich geleitet, bei sechs sind Wissenschaftler aus Deutschland beteiligt. Drei Experimente werden mit Instrumenten durchgeführt, die für die ESA-Raumsonden Mars Express bzw. Rosetta (der europäischen Mission zum Kometen Churyumov-Gerasimenko) entwickelt wurden. Mit diesen und einer Neuentwicklung sollen offene Fragen der Venusforschung beantwortet werden.

Freilich mussten zunächst der Orbiter selbst, aber vor allem die hochempfindlichen Geräte für die Venus Express-Mission an die hohen Temperaturen angepasst werden bzw. durch besondere Bauelemente im Raumschiff besser vor Hitze geschützt werden. Auch wird eine zu intensive Bestrahlung der Instrumente durch eine geschickte Wahl des Orbits verhindert und damit die Durchführbarkeit der Experimente auch über den langen Missionszeitraum in der harschen Venus-Umgebung gewährleistet.

Die Venus Monitoring Camera (VMC) vom Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung (MPS) in Katlenburg-Lindau - deren Sensor für das sichtbare Licht und das nahe Infrarot vom DLR-Institut für Planetenforschung stammt - soll die Dynamik der Venusatmosphäre in Bildern festhalten. Dabei verwendet das Kamerasystem mehrere Farbfilter in genau definierten Wellenlängen, um so das Wettergeschehen in globalem Maßstab räumlich und zeitlich darzustellen. Das DLR ist an der wissenschaftlichen Auswertung der Bilddaten beteiligt. Möglicherweise werden der VMC in den Wellenlängen des Infrarots auch Aufnahmen der Venusoberfläche gelingen. Die wissenschaftliche Leitung liegt beim so genannten Principal Investigator Dr. Wojciech Markiewicz vom MPS.

Für Untersuchungen von chemischer Zusammensetzung, Temperaturen, physikalischen Eigenschaften und der Dynamik der Atmosphäre kommen gleich drei Spektrometer zum Einsatz. Zunächst das italienische Fourier-Infrarotspektrometer PFS, das dreidimensionale Temperaturprofile erstellen und die Variationen der Kohlendioxid- und Wassergehalte ermitteln soll. Des Weiteren das schwedische Ultraviolett- und Infrarot-Spektrometer SPICAV, das unter anderem vertikale Profile der CO2- und Ozonkonzentrationen erstellen soll.

Schließlich ist mit VIRTIS (Visible and Infrared Thermal Imaging Spectrometer) ein weiteres Spektrometer an Bord von Venus Express, das ebenfalls zu atmosphärischen Untersuchungen eingesetzt werden soll. Es ist aber auch in der Lage, durch so genannte "atmosphärische Fenster" in bestimmten Wellenlängen auf die Oberfläche des Planeten zu blicken. Bestehend aus zwei Komponenten (VIRTIS-H, einem Infrarot-Punktspektrometer mit hoher spektraler Auflösung, und VIRTIS M, einem flächenhaft abbildenden Spektrometer für Wellenlängen im UV und sichtbaren Licht) soll die chemisch-mineralogische Zusammensetzung der Venusoberfläche global und in regionaler Auflösung kartiert werden.

"Noch spannender dürfte es sein", so der am Experiment beteiligte DLR-Wissenschaftler Dr. Jörn Helbert, "ob es mit VIRTIS gelingt, aktive Vulkane auf der Venus zu entdecken, die sich durch ihr thermisches Signal oder die bei Vulkanausbrüchen in die Atmosphäre geblasenen Gase verraten könnten." Dies wären die ersten Fernerkundungs-Messdaten aus dem Orbit, mit denen global die Wechselwirkung zwischen Venusoberfläche und -atmosphäre dokumentiert würde. Das DLR in Berlin-Adlershof ist zuständig für die Gewinnung und Auswertung der Daten von der Oberfläche. Es entwickelte auch wesentliche Komponenten der Instrument-Elektronik.

Drei weitere Instrumente sollen Daten zu Aspekten der Venusumgebung liefern. Das schwedische Experiment ASPERA zeichnet die Konzentrationen von elektrisch neutralen Atomen auf und ist in der Lage, die Ionosphäre und die Wechselwirkung des Plasmas, der vom Sonnenwind unmittelbar beeinflussten Umgebung der Venus, zu charakterisieren. Mit dem Magnetometer MAG wird das Magnetfeld in der Umgebung des Orbiters analysiert, und schließlich wird mit dem Venus Radio Science Instrument (VeRa), für das die Bundeswehruniversität München die wissenschaftliche Leitung hat, der Funkverkehr zwischen Venus Express und den Bodenstationen auf der Erde ausgewertet. Über den Grad der Ionisation der Venusatmosphäre will man Rückschlüsse auf dielektrische Eigenschaften der Venusoberfläche und Anomalien des Schwerefeldes ziehen.