Die Nachweis von Phosphin in der Atmosphäre der Venus war einer dieser wesentlichen Momente der Weltraumforschung. Es war eine unerwartete Entdeckung, und in Kombination mit unserem unvollständigen Verständnis der Planetenwissenschaft und unserer wehmütigen Hoffnung auf die Entdeckung des Lebens war das Ergebnis eine starke Mischung, die Schlagzeilen im Internet erhellte.
Wie immer waren einige der Schlagzeilen etwas übertrieben. Aber so geht es.
Im Zentrum von allem steht eine überzeugende Wissenschaft. Und dieselbe übergreifende Frage, die immer wieder auftaucht: Sind wir allein?
Für Menschen, die die Suche nach Leben nicht allzu genau verfolgen, klingt das Auffinden von 20 Teilen pro Milliarde einer obskuren Chemikalie, von der die meisten Menschen noch nie gehört haben, nicht viel nach der Entdeckung des Lebens. Aber in der wissenschaftlichen Welt ist dies die Realität: Die Entdeckung des Lebens bedeutet wahrscheinlich, eine seltsame chemische Signatur zu finden, die uns irgendwo zu einzelligen Organismen führt. So wie wir es auf der Venus getan haben.
Wir werden wahrscheinlich keine Art von komplexem Leben entdecken, wie es die Erde bevölkert. Sag niemals nie, aber die Chancen stehen dagegen.
Deshalb ist die Entdeckung von Phosphin (PH3) hat so viel Interesse in der wissenschaftlichen Welt geweckt. Soweit Wissenschaftler wissen – und das Wissen ist unvollständig – ist Phosphin in den meisten Fällen das direkte Ergebnis lebender Prozesse. Ohne Leben braucht es eine enorme Energiemenge, um sie zu erschaffen, und diese Energie fehlt auf der Venus und ähnlichen Planeten.
Der Planet Venus, aufgenommen von der Magellan-Mission. Bildnachweis: NASA/JPL
Obwohl die Entdeckung zu vielen Vermutungen geführt hat, einige davon übertrieben, ist sie immer noch eine faszinierende Entdeckung. Bei weiterem Studium werden wir entweder irgendwann einen Organismus finden, der das Phosphin irgendwie herstellt, oder wir werden etwas mehr über die Venus erfahren, das wir nicht wussten.
Eine neue Studie schlägt eine abiotische Quelle für das Phosphin der Venus vor: Vulkane. Es trägt den Titel „ Hypothesenperspektiven: Könnten aktive Vulkanismen heute zum Vorhandensein von Phosphin in der Venusatmosphäre beitragen? ” Die Autoren sind Ngoc Truong und Jonathan I. Lunine. Lunine ist Planetenwissenschaftler und Physiker an der Cornell University, und Truong ist Doktorand an der Cornell. Das Papier ist auf der Prepress-Site arxiv.org verfügbar.
„Die … Hypothese, dass Leben PH3 in den Wolken der Venus produziert, erfordert sowohl die außergewöhnliche Behauptung, dass Leben in den Wolken existiert, als auch einen Mechanismus, um seine Lebensfähigkeit zu erhalten …“
Truong und Lunine, 2020.
„Wir schlagen einen abiotischen geologischen Mechanismus vor, der für die von Greaves et al., 2020 nachgewiesene Häufigkeit von Phosphinen verantwortlich ist“, schreiben die Autoren in ihrem Artikel. „Wir gehen davon aus, dass im Mantel gebildete Spuren von Phosphiden durch Vulkanismus an die Oberfläche gelangen und anschließend in die Atmosphäre ausgestoßen werden, wo sie mit Wasser oder Schwefelsäure zu Phosphin reagieren könnten.“
3-D-Perspektive des Venus-Vulkans Maat Mons, generiert aus Radardaten der Magellan-Mission der NASA. Bildquelle: NASA
Lassen Sie uns für eine Minute zurückgehen. Vor einigen Wochen berichtete ein Team von Wissenschaftlern über die Entdeckung von Phosphin hoch oben in der Atmosphäre der Venus. Ein paar Fakten erklären, warum dies eine interessante Entdeckung ist.
Phosphin ist ein Biomarker für das Leben. Es ist kein direkter Beweis; es ist nur so, dass es hier auf der Erde nur durch lebendige Prozesse geschaffen wird. Ohne eine lebendige Quelle braucht es sehr viel Energie, um sie zu erschaffen. Und diese Energie fehlt der Venus. Clara Sousa-Silva ist eine der Autoren der Phosphin-Studie. In einem Pressemitteilung Begleitend zur Entdeckung erklärte sie: „Der Grund, warum Phosphin so besonders ist, ist, dass es ohne Leben sehr schwierig ist, auf Gesteinsplaneten Phosphin herzustellen. Die Erde war der einzige terrestrische Planet, auf dem wir Phosphin gefunden haben, denn hier gibt es Leben. Bis jetzt.'
Außerdem wird Phosphin schnell zerstört. Wenn es also gefunden wird, bedeutet dies, dass es in einem Prozess kontinuierlich produziert wird. Es kann kein Relikt aus der Vergangenheit sein.
In dem Original Papier Als sie die Entdeckung vorstellten, schrieben die Autoren: „Das Vorhandensein von PH3ist nach eingehender Untersuchung der stationären Chemie und der photochemischen Pfade ungeklärt, ohne dass derzeit abiotische Produktionsrouten in der Atmosphäre, den Wolken, der Oberfläche und dem Untergrund der Venus oder durch Blitze, vulkanische oder meteoritische Lieferungen bekannt sind.“
Könnte die feindliche Umgebung der Venus Leben beherbergen? Könnte es einen unwahrscheinlichen Zufluchtsort für einfache Organismen hoch in der Atmosphäre des Planeten geben? Bildnachweis: ESA
Die Autoren des neuen Papiers glauben, die Antwort zu haben. Und obwohl das ursprüngliche Papier vulkanische Aktivität als Quelle des Venus-Phosphins ausschließt, ist genau das, was die neue Hypothese besagt: dass Phosphide aus basaltischer Lavaaktivität in die Atmosphäre gelangen und dann entweder mit Wasser oder Schwefelsäure zu Phosphin reagieren.
Trotz früherer Behauptungen, dass es entweder lebende Prozesse oder sehr energetische Prozesse braucht, um Phosphin zu produzieren, weisen die Autoren auf einen anderen Weg hin. Es entsteht durch Verunreinigungen im Eisen und wie sie mit anderen Substanzen reagieren.
„Auf der Erde ist einer der bekannten Prozesse die Herstellung von Phosphingas durch wässrige oder saure Korrosion aus phosphorhaltigen Verunreinigungen im Eisen“, erklären sie. In einem Experiment aus dem Jahr 2010 wurde „wässrige Korrosion erzeugt a
erhebliche Menge an Phosphingas, vergleichbar mit der Menge, die in natürlichen terrestrischen Umgebungen nachgewiesen wurde, während Schwefelsäurekorrosion eine um drei Größenordnungen höhere Menge an Phosphingas produzieren könnte als wässrige Korrosion.“
Dies stimmt mit ihrer Hypothese überein, dass eine vulkanische Quelle von Phosphiden durch vulkanische Aktivität in die Atmosphäre ausgestoßen wird und dann mit Schwefelsäurewasser reagiert. Um ihre Hypothese zu testen, führten sie eine Größenordnungsberechnung durch.
Zuerst mussten sie die Menge an Phosphin finden, die in der Atmosphäre der Venus vorhanden ist. Es gibt 20 Teile pro Milliarde in einer atmosphärischen Schicht von 8 km Dicke, zwischen 53 und 61 km (33 bis 38 Meilen) über der Oberfläche des Planeten.
Diese Abbildung aus der Studie illustriert die atmosphärische Schicht, die Phosphin enthält. Bildquelle: Truong et al., 2020.
In ihrer Arbeit zeigen die beiden Wissenschaftler ihre Berechnungen. Aber das Endergebnis aller Berechnungen zeigt, dass die Atmosphäre der Venus 2,7 x 10 . enthält10kg Phosphin. Das sind 27 000 000 000 kg oder 27 Milliarden kg.
Der andere Teil des Bildes ist die Zerstörungsrate für Phosphin in der Atmosphäre der Venus. In dem Originalpapier, das die Entdeckung ankündigte, untersuchten Greaves et al. dieses Problem eingehend. Das neue Papier stützt sich darauf und sagt: „Wir gehen hier davon aus, dass Phosphin in der Schicht 53-61 km für seinen höchsten Wert stabil sein könnte – etwa ein Jahr.“
Die Venus müsste also jedes Jahr die gleiche Menge an Phosphiden produzieren, wie die Atmosphäre zu einem bestimmten Zeitpunkt an Phosphinen hat: 27 Milliarden kg. „Basierend auf dieser Annahme müssten Vulkane jedes Jahr ~ 2,7 x 1010 kg neues Phosphid produzieren, um kontinuierlich in die mittlere Atmosphäre zu pumpen, die dann mit den Schwefelsäuretröpfchen reagieren, um das beobachtete Phosphin zu produzieren.
Dann kommt es auf Lava an. Die Autoren berechnen, dass Venus jedes Jahr 93 Kubikkg Lava produzieren müsste, um genügend Phosphide zu produzieren.
Vulkane und Lavaströme auf der Venus. Es gibt über 1.000 vulkanische Strukturen auf der Oberfläche der Venus, und die Oberfläche des Planeten besteht zu über 90% aus Basalt, was darauf hindeutet, dass die Venus wahrscheinlich fast vollständig mit Lava wieder aufgetaucht ist. Bildnachweis: NASA/JPL
Die Frage, auf der sich all dies bewegt, lautet: „Produziert die Venus jedes Jahr so viel Lava? Und hier wird es knifflig, wenn es das nicht schon ist.
Es gibt weitreichende wissenschaftliche Schätzungen der vulkanischen Aktivität der Venus. Einige dieser Forschungen sagen ja, dass Venus so viel Lava produzieren kann. Andere sagen nein. In der wissenschaftlichen Welt gibt es noch keine einvernehmliche Schlussfolgerung. Die Schätzungen basieren jedoch auf wissenschaftlichen Daten, insbesondere aus der VIRTIS Instrument auf der ESA Venus-Express .
Die farbige Überlagerung zeigt den Emissionsgrad, der aus VIRTIS-Oberflächenhelligkeitsdaten abgeleitet wurde, die von der ESA-Mission Venus Express erfasst wurden. Der Bereich mit hohem Emissionsgrad (in Rot und Gelb dargestellt) ist auf dem Gipfel und den dort entstehenden hellen Strömungen zentriert. Bild mit freundlicher Genehmigung von NASA/JPL-Caltech/ESA; Bild erstellt von Ryan Ollerenshaw und Eric DeJong von der Solar System Visualization Group, JPL.
„Anstatt auf die Existenz von Leben in den Wolken hinzuweisen, argumentieren wir, dass Phosphin auf eine Venus hinweist, die heute geologisch aktiv ist…“
Truong und Lunine, 2020.
In diesem Artikel verwies der Autor auf eine Studie, die die Lavaproduktion der Venus zwischen 23 km . berechnete3/Jahr und 235 km3/Jahr. Sie diskutieren zusätzliche Details in den Schätzungen der Lavaproduktion, bevor sie schreiben: „Alle diese Schätzungen sind vergleichbar mit den 93 km3/Jahr, die wir berechnen, um die Phosphidquelle des Phosphins zu produzieren.“
Ist dies das Ende der Annahme, dass das Leben in den Wolken der Venus Phosphin produzieren könnte? Wer weiß.
„Die Hypothese von Greaves et al., 2020, dass Leben PH3 in den Wolken der Venus produziert, erfordert sowohl die außergewöhnliche Behauptung, dass Leben in den Wolken existiert, als auch einen Mechanismus, um seine Lebensfähigkeit zu erhalten, während Tröpfchen in der Aerosolschicht wachsen und sinken“, the Autoren schreiben. Und natürlich wissen wir alle, was Carl Sagan über außergewöhnlichen Anspruch gesagt hat.
Für die Autoren ist ihre eigene Hypothese wahrscheinlicher. „Unsere Hypothese,
erfordert stattdessen, dass die Venus derzeit eine hohe Rate an basaltischem Vulkanismus erfährt, die jedoch mit den Beobachtungen von Raumfahrzeugen und Laborexperimenten übereinstimmt.“
„Anstatt auf die Existenz von Leben in den Wolken hinzuweisen, argumentieren wir, dass Phosphin auf eine heute geologisch aktive Venus hinweist – eine Schlussfolgerung, die für Biologen vielleicht enttäuschend ist, aber sicherlich.“
faszinierend für Planetenwissenschaftler.“
Um fair gegenüber den Autoren des Originalpapiers zu sein, das die Entdeckung von Phosphin auf der Venus ankündigte, behaupteten sie nie, es sei ein Lebensbeweis. Sie selbst waren bezüglich dieser Schlussfolgerung vorsichtig. „Wenn das kein Leben ist, dann fehlt es unserem Verständnis von Gesteinsplaneten gravierend“, sagt Ko-Autor Janusz Petkowski.
Und Co-Autorin Clara Sousa-Silva sagte: „Jetzt werden sich Astronomen alle Möglichkeiten überlegen, wie man Phosphin ohne Leben rechtfertigen kann, und das begrüße ich. Bitte tun Sie es, denn wir sind am Ende unserer Möglichkeiten, abiotische Prozesse zu zeigen, die Phosphin herstellen können.“
Klingt, als wäre es Zeit für ein Mission zur Venus das alles zu sortieren.
Mehr:
- Veröffentlichte Studie: Hypothesenperspektiven: Könnten aktive Vulkanismen heute zum Vorhandensein von Phosphin in der Venusatmosphäre beitragen?
- Ursprüngliche Phosphinstudie: Phosphingas in den Wolkendecks der Venus
- Universum heute: Haben Wissenschaftler gerade Lebenszeichen auf der Venus gefunden?
- Universum heute: Es sind bereits Missionen geplant, um herauszufinden, was die Biosignatur auf der Venus erzeugt
