Die turbulente Atmosphäre der Venus

Ein Forschungsbericht, der heute in der Fachzeitschrift Nature Astronomy veröffentlicht wurde, wirft Licht auf die bisher unerforschte nächtliche Zirkulation in den höheren Wolkenschichten der Venus.

Forscherinnen und Forscher des Rheinischen Instituts für Umweltforschung der Universität zu Köln sind Teil des internationalen Forschungsprojekts, das diese ersten umfassenden Messungen vorstellt. Sie entdeckten unerwartete Muster langsamer atmosphärischer Bewegung und stationäre Schwerewellen im nächtlichen Wolkenhimmel.

Venus wird oft als der Zwillingsplanet der Erde bezeichnet, da beide über eine ähnliche Größe, Oberflächenbeschaffenheit und ein komplexes Wettersystem verfügen. Mehr haben die beiden Planeten aber nicht gemeinsam: Die Venus ist einer der lebensfeindlichsten Orte in unserem Sonnensystem.

Dies liegt vor allem an ihrer Atmosphäre, die zu 96,5 Prozent aus Kohlendioxid besteht, und der Oberflächentemperatur von konstant ca. 500 Grad Celsius. Die Venus benötigt ungefähr 243 Erdtage, um sich einmal um sich selbst zu drehen. Ihre Atmosphäre sollte sich im gleichen Rhythmus drehen, aber sie rotiert in nur vier Erdtagen um die Venus.

Dieses Phänomen wird als Superrotation bezeichnet und sorgt für erhebliche Turbulenzen in der Atmosphäre des Planeten. Ursache und Antrieb der Superrotation sind noch weitgehend unbekannt, doch das Forschungsprojekt sucht nach Antworten. Atmosphärische Wellen, die durch Temperaturschwankungen beobachtet werden, scheinen eine wichtige Rolle zu spielen.

Die Messungsergebnisse wurden von einer internationalen Kollaboration unter der Leitung des Institute of Space and Astronautical Science, Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA) erarbeitet. Spezialisten aus den Fachgebieten Astrophysik und Weltraum- und Planetenforschung von Universitäten und Instituten aus Japan, Spanien, Italien und Deutschland arbeiten in dem Projekt zusammen. Aus Deutschland sind das Rheinische Institut für Umweltforschung der Universität zu Köln und das Zentrum für Astronomie und Astrophysik der Technischen Universität Berlin an der Kollaboration beteiligt.

Das Forschungsteam hat Daten ausgewertet, die von der Raumsonde Venus Express generiert wurden. Diese Daten geben Aufschluss über die komplexe Atmosphäre der Venus. Temperaturstrukturen wurden im Hinblick auf horizontale und vertikale atmosphärische Wellen untersucht. Die Daten beruhen auf individuellen Kenndaten aus Infrarotstrahlungsmessungen bei 3,8 und 5,0 µm (Mikrometer), die in den Jahren 2006–2008 und 2015 gewonnen wurden.

Informationen über vertikale Atmosphärenwellen tragen im Zusammenspiel mit Informationen über horizontale Wellen entscheidend dazu bei, wertvolle Hinweise hinsichtlich der Natur der beobachteten Wellen zu bekommen. Die vertikale Information von VeRa (ein wissenschaftliches Atmosphärenexperiment, das Radiowellen auswertet, die von der Raumsonde Venus Express gesendet werden) wurde benötigt, um die beobachteten Wellen als Schwerewellen zu identifizieren.

So wird es möglich, die zugrundeliegenden atmosphärischen Prozesse zu verstehen. Dr. Silvia Tellmann ist Vize-Direktorin der Abteilung Planetenforschung am Rheinischen Institut für Umweltforschung an der Universität zu Köln und Expertin für die Struktur, Dynamik und Zirkulation planetarer Atmosphären. Sie erklärt: „Die so gefundenen stationären Schwerewellen treten vermehrt über erhöhtem Gelände auf, was nahelegt, dass diese Wellen durch die Strömung des Windes über topographische Hindernisse entstanden sind. Wir vermuten, dass sie einen wichtigen Beitrag zur Aufrechterhaltung der Superrotation der Venusatmosphäre liefern.“

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