Deshalb ist Venus der hellste, extremste Planet, den wir sehen können

Wenn Sie kürzlich nach Sonnenuntergang nach Westen geschaut haben, haben Sie vielleicht bemerkt, dass es einen Lichtpunkt gibt, der alle anderen nicht nur um ihn herum, sondern über den gesamten Nachthimmel überstrahlt. Dieser Punkt ist der Planet Venus, ein Planet, der so hell und leuchtend ist, dass er alle anderen Objekte am Nachthimmel außer dem Mond überstrahlt. Jeder andere Stern und Planet verblasst im Vergleich zur Venus von der Erde aus gesehen, und das unabhängig davon, ob die Venus in ihrer Umlaufbahn der Erde am nächsten oder am weitesten entfernt ist.

Neben dem Mars – einem eigenständigen hellen Planeten -, wie er während der Konjunktion am 12. Juli 2021 erschien, erschien die Venus etwa 200-mal heller als der Mars oder fast sechs volle astronomische Größen: gleich dem Helligkeitsunterschied zwischen dem Nordstern und dem Planeten Neptun. Obwohl seine anhaltende Helligkeit vielleicht das bemerkenswerteste Merkmal der Venus ist, ist es nicht nur der hellste Planet, den wir von der Erde aus sehen können, sondern in vielerlei Hinsicht ein extremer, bemerkenswerter Planet. Hier ist, was Venus seinen bemerkenswerten, einzigartigen Status innerhalb des Sonnensystems gibt.

1. Die Atmosphäre der Venus. Jeder Planet im Sonnensystem unterliegt einigen verschiedenen Effekten: die Anziehungskraft der Masse innerhalb des Planeten einerseits und der von der Sonne emittierten Partikel und Strahlung andererseits. Diese beiden Phänomene stehen sich gegenüber, wenn es um die Atmosphären des Planeten geht, wobei der Sonnenwind und die Strahlung daran arbeiten, die Atmosphäre des Planeten zu entfernen, während die Anziehungskraft des Planeten daran arbeitet, den Planeten in den frühen, prägenden Stadien wachsen zu lassen und später so lange wie möglich an so viel von seiner Atmosphäre festzuhalten.

Obwohl Merkur nahe genug an der Sonne und klein genug war, dass seine Atmosphäre vor langer Zeit vollständig abgestreift wurde, war Venus entfernter und massereicher und schaffte es, seine massereicheren molekularen Spezies, insbesondere sein Kohlendioxid, festzuhalten. Es wird spekuliert, dass auf der Venus vor langer Zeit ein außer Kontrolle geratener Treibhauseffekt stattgefunden hat, der zu seiner dichten, dicken, heißen Atmosphäre geführt hat, die von Kohlendioxid- und Schwefelsäurewolken dominiert wird.

Die oberen Schichten der Venusatmosphäre werden durch die Sonnenstrahlung ionisiert, und diese ionisierte Schicht und das Magnetfeld, das sich aus der Bewegung der geladenen Teilchen in ihr ergibt, schützen den Rest der Venus vor den negativen Auswirkungen der Sonne: Ähnlich wie das Erdmagnetfeld die Atmosphäre unseres eigenen Planeten schützt. Dieser Schutz deckt jedoch nicht alles ab; Leichtere Arten von Gasen — einschließlich Wasserdampf — werden ständig vom Sonnenwind entfernt und im Magnetotail der Venus gesehen.

2.) Wolken der Venus. Die zahlreichen dicken Schichten von Schwefelsäurewolken spielen eine enorme Rolle dabei, die Venus auf die Spitze zu treiben. Während es auf der Erde vor allem die Treibhausgase in unserer Atmosphäre sind, die unseren Planeten erwärmen — Gase wie Wasserdampf, Kohlendioxid und Methan, die bei optischen Wellenlängen transparent sind, aber Licht im Infrarotbereich absorbieren und wieder emittieren – sind die Wolken der Venus der primäre Wärmefänger auf unserem Schwesterplaneten. Auf der Erde machen Wolken nur etwa 25% der eingeschlossenen Wärme auf unserem Planeten aus; auf der Venus sind es weit über 90%.

Darüber hinaus sind die Wolken sowohl auf der Erde als auch auf der Venus stark reflektierend, aber die Erde ist immer nur teilweise mit Wolken bedeckt, und viele der Erdwolken sind dünne, hohe Zirruswolken, die nur ~ 10% des einfallenden Sonnenlichts reflektieren, im Gegensatz zu den dicken, niedrigen Stratocumuluswolken, die eher ~ 90% des Lichts reflektieren können. Im Gegensatz dazu hat die Venus mehrere Schichten von Wolkendecks, die sich über eine Höhe von etwa 20 Kilometern erstrecken, so dass 0% der Oberfläche jederzeit aus dem Weltraum sichtbar ist, im Gegensatz zu etwa 50% für den Planeten Erde. Diese Wolkendecke spielt auch von der Erde aus gesehen eine wichtige Rolle für die Helligkeit der Venus.

3.) Temperatur der Venus. Obwohl Venus fast doppelt so weit von der Sonne entfernt ist wie Merkur und nur etwa 29% der Strahlung pro Flächeneinheit empfängt, die Merkur empfängt, ist Venus, nicht Merkur, der heißeste Planet des Sonnensystems. Während Merkur, eine praktisch luftlose Welt, in voller Sonne bis zu 427 ° C (800 ° F) erreichen kann, während seine Nachtseite auf bis zu -180 ° C (-290 ° F) sinken kann, bleibt Venus konstant zwischen 440-480 ° C (820-900 ° F): immer heißer als Merkur an seinem absolut heißesten.

Während der Treibhauseffekt der Erde die Temperatur unseres Planeten nur um etwa 33 ° C (59 ° F) erhöht, ist der der Venus enorm und erhöht seine Temperatur um etwa 450 ° C (810 ° F) gegenüber dem Szenario, in dem es sich um eine völlig luftlose Welt handelt. Unten an der Oberfläche der Venus ist es immer heiß genug, um Blei zu schmelzen; Unsere langlebigsten Lander operierten weniger als 3 Stunden nach dem Aufsetzen auf der Oberfläche. Während die Oberfläche der Venus der höllischste Ort in unserem Sonnensystem sein könnte — in vielerlei Hinsicht sogar extremer als die vulkanische Oberfläche von Jupiters Mond Io – etwa ~ 60 Kilometer hoch, ist sie überraschend erdähnlich. Mit ähnlichen Drücken und Temperaturen wie an der Erdoberfläche könnte die Venus über ihren Wolkenspitzen bereits einfache, aber robuste mikrobielle Lebensformen beherbergen.

4.) Reflexionsvermögen der Venus. Hier beginnen die Dinge interessant zu werden. Jedes Objekt im Sonnensystem hat eine sogenannte Albedo: ein Maß dafür, wie reflektierend seine Oberfläche ist. Es gibt zwei Arten von Albedo, über die Wissenschaftler sprechen:

Bond-Albedo, dh das Verhältnis der gesamten reflektierten Strahlung zur gesamten einfallenden (Sonnen-) Strahlung, und

Geometrische Albedo, dh wie viel Licht tatsächlich reflektiert wird im Vergleich zu einer flachen, idealerweise reflektierenden Oberfläche.

Nach beiden Maßstäben ist die Venus mit Abstand der reflektierendste Planet im Sonnensystem, mit Albedos, die jeweils mehr als doppelt so groß sind wie der nächstgelegene Planet. Während luftlose Welten wie Merkur oder der Mond nur etwa 11-14% des gesamten einfallenden Lichts reflektieren, ähnlich dem, was die Erde reflektieren würde, wenn sie luftlos und frei von Eiskappen wäre, reflektiert die Venus zwischen 75-84% des gesamten Lichts, abhängig davon, wie es gemessen wird. Dieses hohe Reflexionsvermögen lässt ihn an sich heller erscheinen als jeden anderen Planeten im Sonnensystem, wobei nur wenige eisreiche Monde wie Saturns Enceladus eine höhere Gesamtalbedo besitzen.

5.) Das Erscheinen der Venus von der Erde. Es gibt verschiedene Gründe, warum die Venus immer der hellste Planet am Nachthimmel der Erde ist. Zum einen ist die Venus für einen felsigen Planeten relativ groß (fast so groß wie die Erde) und relativ nahe an der Sonne; In Bezug auf die Gesamtmenge der auf ihre Oberfläche einfallenden Sonnenstrahlung erhält nur Jupiter mehr. Zwei ist, dass Venus der reflektierendste Planet im Sonnensystem ist; Der höchste Prozentsatz der einfallenden Sonnenstrahlung wird zurück in den Weltraum geworfen.

Aber drei ist die Nähe der Venus zur Erde. Am nächsten, Venus kommt innerhalb von 41 Millionen km (25 Millionen Meilen) der Erde, näher als jeder andere Planet. Selbst am weitesten entfernt ist Venus nur 261 Millionen km (162 Millionen Meilen) von der Erde entfernt: weit näher als Jupiter jemals zur Erde kommt. (Die nächstgelegene Annäherung von Jupiter an die Erde wird im Jahr 2022 erfolgen, wenn er sich innerhalb von 591 Millionen km oder 367 Millionen Meilen befindet.)

Obwohl die Venus die ganze Reihe von Phasen aufweist, ist ihre Halbmondphase in der Nähe der Erde am hellsten, aber sie ist nur geringfügig schwächer, wenn sie am weitesten entfernt ist, wenn sie in ihre volle Phase eintritt. Selbst in ihrer hellsten Phase können die anderen hellen Planeten — Jupiter und Mars — nicht mit der Venus konkurrieren, selbst wenn sie am schwächsten sind.

6. Die Rolle der Venus in der Allgemeinen Relativitätstheorie. Der erste Hinweis, dass etwas mit der Newtonschen Gravitation in unserem Sonnensystem „nicht stimmte“, kam Mitte des 19.Jahrhunderts, als wir die Umlaufbahn des Merkur beobachteten. In den letzten Jahrhunderten hatten wir Merkur in seiner elliptischen Umlaufbahn um die Sonne beobachtet, und wir sahen, wie sein Perihel — oder sein Punkt der nächsten Annäherung an die Sonne — in seiner Umlaufbahn vorrückte. Die Gesamtrate, mit der das Perihel vorrückte, betrug 5600 Bogensekunden pro Jahrhundert, und diese Rate war für die Newtonsche Gravitation etwas zu hoch.

5025 dieser Bogensekunden pro Jahrhundert waren auf die Präzession der Tagundnachtgleichen zurückzuführen: ein Effekt der Präzessionsbahn der Erde. Der nächste Schlüssel zum Verständnis des Problems bestand darin, die Auswirkungen aller anderen Planeten auf die Merkurbahn zu berechnen. Obwohl jeder Planet einen Beitrag leistet, für insgesamt ~ 532 Bogensekunden pro Jahrhundert, kam der größte Beitrag von der Venus: 277 Bogensekunden pro Jahrhundert, fast doppelt so viel wie der nächstgrößte Beitrag, Jupiter (bei ~ 150) und mehr als dreifach der Beitrag der Erde (bei ~ 90).

Die „fehlenden“ 43 Bogensekunden pro Jahrhundert waren genau das, was Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie erklären konnte, aber ohne die Beiträge anderer Planeten, insbesondere der Venus, so genau zu quantifizieren, wäre es unmöglich gewesen, die Rolle zu verstehen, die die Allgemeine Relativitätstheorie spielte.

7.) Venus und die Geburt der Transitspektroskopie. Als zweiter Planet von unserer Sonne ist die Venus einer von zwei Planeten (zusammen mit Merkur), die aus unserer Sicht hier auf der Erde vor der Sonnenscheibe vorbeiziehen. Im Gegensatz zu Merkurtransiten, bei denen Merkur einfach als undurchsichtige Scheibe erscheint, die sich gegen die Sonne abhebt, scheint sich das Sonnenlicht um den Rand der Venus zu „krümmen“, wenn der Transit beginnt und endet. Beobachtungen von Venustransiten, die im Durchschnitt nur zweimal pro Jahrhundert auftreten, waren der erste Hinweis der Menschheit darauf, dass die Venus — während Merkur fehlte — eine substanzielle Atmosphäre besaß.

Aber wir können so viel mehr als nur die Existenz einer Atmosphäre während Transiten nachweisen: Wir können tatsächlich Molekül für Molekül messen, was ihr atmosphärischer Inhalt ist. Diese Technik, die erstmals während des Venustransits 2004 demonstriert wurde, ist heute ein wesentlicher Bestandteil der Exoplanetenwissenschaften, da wir versuchen, die Transitspektroskopie zu verwenden, um die atmosphärischen Bestandteile von Planeten um andere Sterne herum zu erkennen. Obwohl dies im Prinzip schon lange vorher möglich war, hat die Instrumententechnik erst im 21.Jahrhundert unsere wissenschaftlichen Träume eingeholt.

8.) Lektionen der Venus für Exoplaneten. Heute betrachten wir die Venus und sehen sie so, wie sie jetzt ist: heiß, hell und in eine dicke, dichte, schwerelementreiche Atmosphäre gehüllt. Aber es liefert uns eines der vier möglichen Hauptschicksale für einen felsigen Planeten im Inneren der Frostlinie eines Sterns.

• Kommen Sie Ihrem Mutterstern zu nahe, und Sie werden gezeitenverriegelt und / oder Ihre gesamte Atmosphäre wird entfernt, wie Merkur in beiden Punkten.
• Entfernen Sie sich zu weit von Ihrem Mutterstern, besonders wenn Sie zu klein sind, und Sie werden kalt, gefroren und unwirtlich für das Leben, wie der Mars.
• Wenn die Dinge in Bezug auf Ihre Atmosphäre, Ihre Größe und Ihre Entfernung von der Sonne genau richtig funktionieren, haben Sie möglicherweise flüssiges Wasser auf Ihrer Oberfläche und einen anhaltenden, langfristigen Schuss auf das Leben.
• Aber Sie könnten immer noch eine dünne Atmosphäre besitzen, Gezeitensperren vermeiden und von einer Welt mit erdähnlichem Potenzial zu einem venusähnlichen Höllenloch übergehen: Wenn Ihr Planet einen außer Kontrolle geratenen Treibhauseffekt erfährt.

Wenn die Dinge auf der Venus anders gelaufen wären, hätte sie vielleicht auch langfristig zu einer Welt mit einer feuchten, lebensreichen, sich selbst erhaltenden Biosphäre werden können. Vielleicht waren die Dinge auf der Venus in der fernen Vergangenheit ganz anders, und vielleicht gibt es eine reiche Geschichte des alten, frühen Lebens auf diesem Planeten. Wenn wir darüber nachdenken, was da draußen auf Planeten jenseits unseres eigenen Sonnensystems sein könnte, müssen wir nicht nur nach „anderen Erden“ suchen, die da draußen sein könnten, sondern auch nach anderen Venussen sowie nach evolutionären Schritten, die es möglicherweise auf dem Weg durchlaufen hat.

Alles in allem ist die Venus ein Planet voller Extreme. Es besitzt die dickste Atmosphäre aller bekannten felsigen, terrestrischen Welt. Es erreicht die heißesten Oberflächentemperaturen aller Planeten im Sonnensystem. Es ist der reflektierendste Planet im Sonnensystem und übertrifft sogar die Gasriesen. Und – von besonderem Interesse für Beobachter auf der Erde – es ist immer der hellste Lichtpunkt, der am Nachthimmel sichtbar ist. Wann immer es nicht direkt hinter der Sonne ist, entweder nach Sonnenuntergang oder vor Sonnenaufgang, überstrahlt es kein anderer Stern oder Planet.

Also, mit allem, was wir jetzt wissen, warum ist Venus der hellste Planet im Sonnensystem?

Es liegt an der Kombination seiner großen, erdähnlichen Oberfläche, seiner relativ nahen Nähe zur Sonne, seiner sehr reflektierenden, wolkenreichen Atmosphäre und der Tatsache, dass es selbst in seiner weitesten Entfernung nie mehr als etwa 1,75 astronomische Einheiten vom Planeten Erde entfernt ist. Selbst wenn Jupiter und Mars, die nächsthellsten Planeten, absolut am hellsten sind, können sie immer noch nicht mit Venus am schwächsten konkurrieren. Wenn Sie das nächste Mal nach oben schauen und einen beispiellos hellen Lichtpunkt am Himmel nach Sonnenuntergang oder vor Sonnenaufgang sehen, werden Sie genau wissen, warum die Venus im Vergleich zu allen anderen Sternen und Planeten, die von der Erde aus sichtbar sind, sie immer zu überstrahlen scheint alle.