Die Venus

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Die Venus ist der 2. Planet unseres Sonnensystems und damit Nachbarin der Erde. Wegen dem etwas geringeren Abstand zur Sonne dauert ein Venusjahr nur 225 Tage. Ihre Größe und ihr Durchmesser sind mit den Daten der Erde vergleichbar, trotz Eisenkern besitzt sie wegen der langsamen Rotation (s. unten) kein Magnetfeld.

Lange Zeit existierte die Vorstellung, dass sich auf der Venus eine paradiesische Dschungelwelt mit Lebewesen entwickelt hat, was jedoch nicht den tatsächlichen Verhältnissen entspricht. Der Grund, warum man lange Zeit so wenig über die Venus wusste, war, dass eine fast konturlose Wolkendecke (erst im UV-Licht betrachtet ergeben sich Konturen) die Oberfläche verschleiert. Deshalb waren noch nicht einmal Rotationsperiode und Oberflächen­tempe­ratur bekannt. Erst Mitte der 60er Jahre ergaben Radarmessungen (Dopplereffekt an den Planetenrändern) eine Rotations­periode von 243d. Als einziger Planet ist bei der Venus der Drehsinn von Rotation und Umlauf entgegengesetzt. Der Venustag ist daher kürzer als die Rotationsperiode, nämlich 117 d (siehe Überlegungen bei Merkur).

1956 ergaben radioastronomische Messungen der Mikrowellen­Strahlung eine Oberflächentemperatur von 450°C für die Tag- und Nachtseite (bei dieser Temperatur schmilzt Blei). Diese Temperaturen sind, wenn man den Bahnradius im Vergleich zur Erde betrachtet, viel zu hoch. Sie lassen sich nur durch den „Treibhauseffekt“ der dicken Wolkendecke, die im wesentlichen aus Schwefelsäuretröpfchen bei –30°C besteht, erklären. Die sehr dichte Atmosphäre enthält ca. 96% CO2 mit 2% Stickstoff und wenig H2O und SO2. In 60 km Höhe jagen Stürme die 25 km dicke Wolkendecke mit durchschnittlich 300 - 400 km/h in nur 4 Tagen einmal um den Planeten (was zu der fast gleichen Temperatur auf der ganzen Venusoberfläche führt). Am Boden ist es dagegen nahezu windstill, dafür lastet hier aber ein extremer Luftdruck, der dem Druck in 1000m Wassertiefe entspricht! Auch erreichen wegen der Wolken nur 2% des Sonnenlichts die Oberfläche, die Sonne selbst und der gestirnte Himmel sind auf der Venus niemals zu sehen! Dafür  glüht der heiße Venusboden in der Venusnacht, und extreme elektrische Entladungen erhellen die Dunkelheit.

Die neuesten Erkenntnisse stammen von älteren Raumsonden. Radar-Messungen aus dem Orbit zeigen Berge bis zu 12 km über Venus-NN, und bis zu 3 km tief liegende Gebiete. Es gibt Taleinschnitte bis zu 7 km, die auf der Erde Ihresgleichen suchen. Einige Sonden landeten durch ein Inferno von Blitzeinschlägen hindurch weich, und konnten Bilder einer dunklen, glutheißen, staubtrockenen und lebensfeindlichen Wüstenlandschaft übermitteln, bis sie nach kurzer Zeit Hitze und Druck zum Opfer fielen. Venus wurde der „Planet der Enttäuschung“, Leben ist in dieser Hölle nicht möglich, den Venusbewohner, der bei wohligen 400°C genüsslich die gelandete russische Raumsonde verspeist, gibt es wohl nur im Bild oben!

Zusammenfassung Venus

Tabelle der bisherigen Missionen zur Venus

* amerikanische Missionen sind hell hinterlegt, europäische grau.

Venusdurchgang: Am 08.06.2004 fand ein Durchgang des Planeten Venus vor der Sonne statt. Dieses Ereignis ist im Prinzip nicht sehr spektakulär. Weil die Venusscheibe relativ groß ist, ist der Durchgang in Gegensatz zu einem Merkurdurchgang sogar mit dem bloßen Auge sichtbar. (Vorsicht: nur mit geeigneten Filtern arbeiten, sonst ist das Augenlicht extrem gefährdet! Nie mit einem Fernglas oder Teleskop direkt in die Sonne schauen, das Auge wird im Bruchteil einer Sekunde zerstört)! Das Ereignis ist jedoch extrem(!) selten, und daher dann unbedingt beachtenswert. Das Ereignis findet  Abstand von über 100 Jahren statt, es gibt dann normalerweise zwei Durchgänge im Abstand von 8 Jahren. Zwei Juni-Transiten im absteigenden Knoten der Venusbahn folgen zwei Dezember-Transite im aufsteigenden Knoten. Der folgende Transit findet also 2012 statt, ist aber von Deutschland aus nur schlecht beobachtbar, und man muss dann bis 2117 und 2125 auf zwei Dezember-Transite im aufsteigenden Knoten warten, wobei der Transit von 2117 von Europa aus nicht beobachtbar ist. Zwischen Juni und Dezember-Transiten liegen 105,5 Jahre, zwischen Dezember und Juni-Transiten 121,5 Jahre. Die unterschiedliche Zeitspannen ergibt sich aus der Tatsache, dass Planeten nicht auf Kreisbahnen sind, und in Sonnennähe schneller laufen, als in Sonnenferne. Die Periode aus vier Transiten dauert also 105,5 + 121,5 +2x8 = 243 Jahre. Wegen der Präzession der Planetenbahnen endet der 1631 begonnene Zyklus dieser Transite im Jahr 2984, es folgt  dann erst einmal eine Reihe von Einzeltransiten ohne Wiederholung nach 8 Jahren. Ab dem Jahr 4000 verschieben sich die Transite in die Monate Juli und Januar, auch müssen nicht immer zwei Transite im 8-Jahresabstand stattfinden, einer der Transite fällt gelegentlich aus (so war es zum Beispiel 1388), wenn die Venus die Sonnenscheibe knapp verfehlt.

Da wegen der Seltenheit vor 2004 kein heute noch lebender Mensch einen Venustransit gesehen hat, gab es zum Zeitpunkt der Vorabinformation auch keine ordentlichen Bilder davon. Als Ersatz zeigten wir vorerst ein Bild eines Merkurdurchgangs (weiter unten) der am 6. November 1999 vom Satelliten TRACE (NASA) aufgenommen wurde, in einer Phase, wo Merkur gerade den Rand der Sonne erreicht hat. Das Bild zeigt eine rote Sonne, weil es mit speziellen Farbfiltern aufgenommen wurde. So ähnlich sieht auch ein Venustransit aus, allerdings ist die schwarze Scheibe der Venus vor der Sonne dann mit 58" im Durchmesser fast exakt viermal größer, und der Transit ist mit bloßen Auge sichtbar. Informationen über einen Merkurtransit gibt es hier.

Doch nun zurück zur Erde: Am 08. Juni 2004 und am 06. Juni 2012 bewegte sich die Venus, für uns in Mitteleuropa sichtbar, über die Sonnenscheibe. Eigentlich nichts Besonderes – sollte man meinen – denn die Venus überholt die Erde auf ihrer Bahn alle 584 Tage, und befindet sich dann zwischen Erde und Sonne. Aber da die Umlaufbahn der Venus um die Sonne um 3,4° zur Ekliptik (Erdbahnebene) geneigt ist, läuft sie meistens nördlich oder südlich an der Sonnenscheibe vorbei. So kann es nur zu einem Venustransit kommen, wenn sich die Venus zwischen Erde und Sonne befindet und gleichzeitig oder knapp davor beziehungsweise danach einen Knoten (Schnittpunkt ihrer Bahn mit der Ekliptik) passiert. Des Weiteren kann es zu einem Venustransit kommen während bei uns die Sonne noch nicht auf- oder bereits untergegangen ist, was ihn für uns unbeobachtbar macht. Daher zählt dieser zu den extrem seltenen astronomischen Ereignissen, so fanden die letzten Transite in den Jahren 1639, 1761, 1769, 1874 und 1882 statt, und auf die nächsten werden wir auch lange warten müssen. s. oben!  Der Venustransit vom 08.06. 2004 ist folgendermaßen abgelaufen: (Alle Zeiten MESZ, beziehen sich auf 50°00’ N  10°00’ O, daher sind je nach Ort in Deutschland ganz geringe Abweichungen möglich):

•      07.20 Uhr: Erster Kontakt (Venus berührt die Sonnenscheibe von außen)

•      07.39 Uhr: Zweiter Kontakt (Venus liegt vollständig innerhalb der Sonnenscheibe)

•     10.22 Uhr: Mitte des Transits (geringste Distanz zur Sonnenscheibenmitte)

•     13.04 Uhr: Dritter Kontakt (Venus berührt Sonnenrand von innen)

•     13.23 Uhr: Vierter Kontakt (Venus trennt sich von der Sonnenscheibe)

Der Sonnenaufgang ist am 06.06.2012 in der Mitte von Deutschland (Position wie oben angegeben) um 5:12 Uhr MESZ, damit ist also nur ein kleiner Teil des Transits (Venus verlässt die Sonnenscheibe am rechten oberen Rand) an der aufgehenden Sonne beobachtbar. Wir hatten trotz widriger Bedingungen Glück, und waren so erfreut, dass wir dem zweiten Transit ein umfangreicheres Dokument gewidmet haben, das sich an dieser Stelle befindet: Venustransit 2012.

Historisches zum Venustransit: Die Entfernungen im Sonnensystem konnte man nur relativ(!) bestimmen, Setzt man die Entfernung Erde-Sonne als eine Astronomische Einheit AE fest, so kann man leicht die Entfernungen der Planeten ebenfalls in AE angeben. Wie groß eine AE ist, lässt sich jedoch nicht so einfach messen. So schlug Halley im Jahre 1716 vor, die AE mittels Venustransit zu bestimmen. Dazu muss von möglichst weit entfernten Punkten auf der Erde aus die Zeit eines Kontakts sehr genau bestimmt werden. Aus der Entfernung dieser Punkte und der Zeitdifferenz lässt sich dann die AE berechnen.

In Folge wurden teilweise sehr abenteuerliche Expeditionen gestartet, die durch kriegerische Auseinandersetzungen, und die Unmöglichkeit weit entfernte Punkte (z.B. Südpol und Nordpol) zu erreichen, behindert wurden. Die berühmteste Expedition wurde von James Cook (1728-1779) geleitet. Wegen der eingeschränkten Möglichkeiten zur exakten Zeit- und Ortsmessung waren die Ergebnisse jedoch nicht immer sehr brauchbar und lagen zwischen 154.758.700 und148.139.200km. Später wurden sie immer genauer, bis in der heutigen Zeit der Wert mittel Radarmessungen zu 149.597.870 festgelegt wurde. Da beim kommenden Transit erstmals exakte Uhren und Entfernungen mittels GPS Jedem zur Verfügung stehen, gibt es im Internet ein Projekt der Universität Koblenz zur erneuten Bestimmung der AE, an dem sich international alle Interessenten beteiligen können. Übrigens hat man auch mit Winkelmessungen zu anderen Planeten die AE bestimmt (an Merkur und Mars), diese sind jedoch nicht so gut geeignet wie die Venus!

Genauere Information und eine animierte Grafik von Nicolas Labonte findet sich in einem Beobachtungsbericht an anderer Stelle. Dort gibt es auch einen Link zu einem schönen, von uns aufgenommenen Bild der Venus vor der Sonne, und eine Simulation, die den Ablauf eines Transits zeigt, unbedingt mal anschauen!

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Venus-Sonde "Venus Express"

Ankunft von Venus Express bei der Venus: Die am 09.11.2005 beim zweiten Anlauf erfolgreich gestartete erste europäische Venus-Sonde „Venus-Express“ kommt im April 2006 bei der Venus an. Der ursprünglich für Ende Oktober 2005 geplante Beginn der Venus-Mission war zunächst wegen technischer Probleme mit der russischen Raketen-Oberstufe “Fregat” verschoben worden. Beim zweiten Anlauf klappte alles planmäßig: Schon wenige Stunden nach dem Start vom kasachisch-russischen Weltraumbahnhof Baikonur um 6:33 Uhr Moskauer Zeit erreichte die Sonde eine Erdumlaufbahn in 200 Kilometer Höhe, von der aus sie zu ihrem fünf Monate langen Flug zum Nachbarplaneten aufbrach. So findet nun die lange Zeit unterbrochene Erforschung der Venus ihre Fortsetzung. Im Gegensatz zum Mars waren erst recht wenige Missionen bei der Venus. Eine Aufstellung der bisherigen Projekte gibt es hier. Das Bild links (ESA) zeigt die Sonde über der Venus, das Venusbild ist ein "echtes" Bild aus der Radar-Kartographierung der Venus, die schon vor Jahren von amerikanischen Sonden vorgenommen wurde.

Ziel der 220 Millionen Euro teuren Mission ist in erster Linie die Erforschung der Venus-Atmosphäre. Obwohl Venus eine ähnliche Atmosphäre wie die Erde haben sollte, ist sie in Wirklichkeit völlig anders. Ein extremer Treibhauseffekt hat sie auf viele hundert Grad aufgeheizt, ein warnendes Beispiel dafür, was auch mit der Erde geschehen könnte, wenn die Umweltverschmutzung weiter unkontrolliert zunimmt! Die Sonde soll auch die Oberfläche des Planeten und den Einfluss von Sonnenstürmen auf die Venus untersuchen, teilte ein Sprecher der russischen Weltraumbehörde mit. Insgesamt soll der “Venus-Express” zunächst zwei Venus-Umdrehungen (das sind 486 Erd-Tage) um den Planeten kreisen. Sollte die Sonde auch dann noch weiter technisch funktionsfähig sein, wird die Mission anschließend um weitere 486 Tage verlängert.

	Die wissenschaftlichen Instrumente von Venus Express	Erster Blick auf den Südpol der Venus:   Das Bild zeigt links die Tagseite der Venus im sichtbaren Licht (VMC), und rechts die Nachtseite im infraroten Licht (VIRTIS).
ASPERA	Für Mars Express entwickelter Plasma-Analysator, für Venus Express modifiziert, soll den Einfluss des Sonnenwinds auf die Venus-Atmosphäre untersuchen.
MAG	Weiterentwicklung des Rosetta-Magnetometers, wird nach einem schwachen Magnetfeld der Venus suchen, und den Einfluss der Venus auf das interplanetare Magnetfeld erforschen.
PFS	Weiterentwicklung des bereits auf Mars Express benutzten PFS, wird die Venus-Atmosphäre bezüglich Zusammensetzung, Temperaturverteilung und Zirkulation untersuchen.
SPICAV	Abbildendes Spektrometer für den ultravioletten und infraroten Bereich. Es entstand aus dem Mars Express-Experiment SPICAM. Aufgabe ist die Untersuchung der Venus-Atmosphäre.
VeRa	Passives Experiment, das die Atmosphäre und Oberfläche der Venus untersucht, indem es Radio-Signale durch die Venus-Atmosphäre zur Erde sendet.
VIRTIS	Infrarot-Spektrometer von Rosetta, es durchdringt teilweise die im sichtbaren Licht undurchsichtige Atmosphäre der Venus, und soll auch nach Anzeichen für Vulkanismus suchen.
VMC	Einziges Experiment, das neu entwickelt wurde. Es soll die Venus bzw. ihre Wolkenhülle im ultravioletten, sichtbaren und infraroten Bereich abbilden und Wolkenbewegung untersuchen.

Die Sonde (Bild links, ESA) ist ähnlich aufgebaut wie die Marssonde Mars Express, sie hat jedoch wegen der Sonnennähe die bessere Wärmeisolation von Rosetta bekommen, und wurde teilweise mit reflektierenden Oberflächen versehen. (Rosetta ist eine am 02.03.04 gestartete Mission, die im Jahre 2014 in eine Umlaufbahn um den Kometen 67P eintreten soll). Einige Instrumente an Bord müssen dennoch mit einem speziellen Kühlsystem gekühlt werden. Die Temperatur im Inneren von Venus Express soll im Bereich von einigen Grad minus bis maximal 30 Grad plus liegen. Die Solarzellen sind erheblich kleiner als bei Mars Express, und liefern schon mit knapp 6m² Fläche eine elektrische Leistung von 1400 Watt. Die verwendeten Zellen sind weitgehend resistent gegen Wärme und UV-Strahlung der Sonne. Venus Express stehen 540kg Treibstoff zur Verfügung, der größte Teil davon wird zum Abbremsen bei der Venus-Ankunft verbraucht, da eine erhebliche Geschwindigkeit abgebaut werden muss (1300m/s, das sind 500m/s mehr als bei einem Flug zum Mars). Am 11.04.2006  kam der spannende Moment. Das Haupttriebwerk zündete für 50 Minuten, und bremsten die Sonde um 1251m/s (ca. 4500km/h) ab, bevor sie hinter der Venus verschwand. Als sie nach einer Stunde wieder zu Vorschein kam, war sie erfolgreich von der Venus "eingefangen" worden. Die nicht immer ganz moderne Technik der Sonde (in ihrem Inneren werkelt zum Beispiel ein 20 MHz-Prozessor aus der Steinzeit der Computertechnik) stammt weitgehend aus Restbeständen, und hatte sich schon bei anderen Missionen bewährt, daher war ein Erfolg abzusehen.

Update Venus Express: Die erste Bahn um die Venus ist extrem elliptisch, von 400 km bis 350.000km ändert sich bei einem Umlauf die Entfernung von der Venus, ein Umlauf dauert 9 Erdentage. Durch mehrfache Zündungen der Triebwerke zum Bremsen im venusnahen Bereich der Bahn wurde im April/Mai die größte Entfernung zum Planeten bis auf etwa 66.000km verringert, und die geringste Entfernung auf etwa 250km abgesenkt. Die Bahn verläuft nahezu über die Pole des Planeten, nur eine solche Bahn ist mit einer vertretbaren Menge an Treibstoff erreichbar. Bei einer Umlaufzeit von 24 Stunden kann die Sonde dann in Venusnähe Daten aufzeichnen, und im venusfernen Bereich der Bahn dann in einer 8-stündigen Kommunikations-Periode zur Erde senden. Diese endgültige Bahn war Mitte Mai erreicht. Durch Einfluss der Sonnengravitation verändert steigt die Bahnhöhe im Laufe der Zeit an, und muss durch Zünden der Triebwerke korrigiert werden, auch dadurch ist die Dauer der Mission zunächst auf zwei Venus-Tage (das sind 486 Erden-Tage) begrenzt. Natürlich konnten es sich die Wissenschaftler nicht verkneifen, schon vor Erreichen der endgültigen Bahn einmal ein Bild der Venus (ESA)  (s. oben rechst in der Geräte-Tabelle) zu "schießen", es ist eine Kombination aus visuellem (Tagseite) und infrarotem Licht (Nachtseite), und zeigt in einem Blick auf den Südpol der Venus die Wolkenwirbel, die den ganzen Planeten in mörderischem Tempo umrunden.

Wissenschafts-Betrieb: Nach Erreichen der gewünschten Umlaufbahn um die Venus Mitte Mai begann eine Testphase für den Wissenschaftsbetrieb, die im Juni mit dem Beginn der regulären Wissenschafts-Mission endete. Venus Express funktionierte weitgehend normal, es gab jedoch etliche Hardware-Resets (ob das ein echtes Problem werden könnte, darüber schweigt die ESA-Homepage). Mitte Oktober 2006 verschwand Venus Express von der Erde aus gesehen hinter der Sonne, bis zum Ende dieser Konjunktion am 9. November war praktisch kein Funkverkehr mit der Sonde möglich, danach würde der Wissenschafts-Betrieb fortgesetzt. Ein Beispiel für die Daten der Sonde ist das oben rechts abgebildete Diagramm (ESA) des Messgeräts ASPERA, dem Plasma-Analysator zur Erforschung des Sonnenwinds. Der linke Teil des Diagramms zeigt Protonen (H+) in dem Bereich, wo der Sonnenwind auf das Magnetfeld der Venus trifft (Magnetosheat). Der rechte Teil des Diagramms zeigt Sauerstoff (O+), der durch die Wechselwirkung mit den Sonnenwind aus der Atmosphäre der Venus austritt. Auf der Y-Achse der Diagramme ist die Energie der Teilchen in eV abzulesen.

Anfang 2010 Ergab sich folgender Stand: Venus Express hat in den Jahren 2007 bis 2009 gründliche wissenschaftliche Arbeit geleistet. Anders als bei anderen Missionen gab es dabei weniger spektakuläre Bilder aber eine Unmenge von Messdaten, die hilfreich sind beim Verständnis der ungewöhnlichen atmosphärischen Bedingungen auf der Venus. Man verspricht sich davon auch ein besseres Verständnis von Vorgängen auf der Erde. Da die Wolken der Venus 70 bis 80% der Sonnenstrahlung zurückstrahlen, bekommt der Planet trotz der Sonnennähe kaum mehr Energie als die Erde. Trotzdem herrschen auf der Venus extreme, lebensfeindliche Bedingungen, und es stellt sich die Frage, wie das zu erklären ist, und ob eventuell aus der Geschichte der Venus auf Gefahren für die Erde geschlossen werden kann (Treibhauseffekt).

Venus Express hat auf der Venus die Existenz von Blitzen in der Atmosphäre nachgewiesen, was sehr interessant ist, da Blitze bisher nur in Verbindung mit Wasser bekannt waren. In den absolut trockenen Wolken der Venus könnte eventuell Schwefelsäure die Rolle des Wassers übernehmen. Die Sonde hat die Atmosphäre der Venus gründlich untersucht, auch für den Laien interessant ist sicher die hohe Windgeschwindigkeit in der hohen Atmosphäre, die sich in einer "Superrotation" um den Planeten befindet. In einem Diagramm oben (von uns erstellt aus Daten von Sanchez-Lavega) ist die durchschnittliche Windgeschwindigkeit als Funktion der geographischen Breite dargestellt. Die blaue/violette Kurve entspricht der oberen/unteren Grenze der oberen Wolkenschicht, die rote Kurve entspricht der Höhe der unteren Wolkenschicht. Das Bild rechts neben der Grafik zeigt das südpolare Vortex, das ist ein riesiger, schnell rotierender Wolkenwirbel. Die hellen Stellen der Infrarotaufnahme sind dünne Bereiche der Wolken, durch die Strahlung von weiter unten hindurchdringt.

Man hat interessanterweise auch von der Venus aus die Atmosphäre der Erde(!) untersucht, und tatsächlich eindeutig Elemente festgestellt, die Leben auf der Erde verraten. Das ist wichtig für die zukünftige Suche nach Leben auf Exoplaneten, wenn erst einmal die erforderlichen Instrumente bereitstehen. Venus Express soll auch weiter nach Anzeichen für vermutete vulkanische Aktivität auf der Venus suchen, die Mission wurde im Oktober 2009 für weitere Jahre verlängert.

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