1IWF/ÖAW GRAZ

Die atmosphärische Entwicklung von Venus und Mars

Graz in Space 2008KF-Uni Graz, 4.9.2008

Ute Amerstorfer (IWF)

2IWF/ÖAW GRAZ

Warum Venus und Mars?

Kurze Vorstellung unserer Nachbarn

Entwicklung von terrestrischen AtmosphärenGenerellesVenusMars

Die Raumsonden Mars Express und Venus Express

Überblick

3IWF/ÖAW GRAZ

…Venus und Mars?W

arum

… Erde, Venus, Mars:Ähnliche Entfernungen zur SonneÄhnliche GrößeÄhnliche Zusammensetzungen und AufbauUngefähr zur gleichen Zeit entstandenÄhnliche Anfangsbedingungen

⇒ GANZ ANDERE ENTWICKLUNG

Wie sieht es mit Leben auf Venus und Mars aus?

4IWF/ÖAW GRAZ

…Venus und MarsUn

sere

Nac

hbar

n…

Venus Erde Mars

Radius 6000 km 6400 km 3400 km

Masse 5 x 1024 kg 6 x 1024 kg 6 x 1023 kg

Temperatur 400 °C 20 °C -55 °C

Oberflächendruck 90 bar 1 bar 0.006 bar

www.solarviews.com

5IWF/ÖAW GRAZ

…AtmosphärenTe

rres

tris

che.

.. Wie kommt es zu einer Atmosphäre?

Nach Entstehung: primäre Atmosphäre (Wasserstoff, Helium)

ging schnell verloren

Sekundäre Atmosphäre durch vulkanische Aktivität

Kohlendioxid

Wasser

Stickstoff

Gleich für Venus, Erde

und Mars

http://zebu.uoregon.edu/~imamura/121/lecture-10/lecture-10.html

6IWF/ÖAW GRAZ

…AtmosphäreD

ie V

enus

... Wie sieht die Atmosphäre heute aus?

Dicke Wolkenschicht aus Schwefelsäure

Zusammensetzung:

96% Kohlendioxid

4% Stickstoff

Exzellenter Treibhauseffekt:

Hohe Temperaturen

7IWF/ÖAW GRAZ

Wie kommt es zu so einer extremen Atmosphäre?

Hohe Oberflächentemperaturen

Wasser verdampft (oder bleibt in Atmosphäre)

wird durch UV-Strahlung aufgespalten in H und O

H kann fliehen

O reagiert mit anderen Bestandteilen bzw. kann ebenfalls fliehen

Die

Ven

us…

…Atmosphäre

www.astronomynotes.com/solarsys/s9.htm

8IWF/ÖAW GRAZ

Gase in Atmosphäre führen zu Treibhauseffekt

Temperatur steigt

weiter anmehr Treibhausgase entstehen

Die

Ven

us…

…Atmosphäre

http://wise.fau.edu/divdept/physics/jordanrg/LLS/lecture14/LLS_lecture_14.htm

„RunawayGreenhouse

Effect“

9IWF/ÖAW GRAZ

…AtmosphäreD

ie M

ars.

.. Wie sieht die Atmosphäre heute aus?

Sehr dünne Atmosphäre

Zusammensetzung:

95% Kohlendioxid

3% Stickstoff

Niedrige Temperaturen

http://physics.uoregon.edu

10IWF/ÖAW GRAZ

Wie kommt es zu so einer extremen Atmosphäre?

Vulkanische Aktivität lässt nach

keine Produktion von CO2 mehr

Treibhauseffekt lässt nach

Atmosphärendruck wird niedriger

bis flüssiges Wasser nicht mehr existieren kann

Wasser in Atmosphäre

wird dissoziiert

Wasserstoff entweicht in den Weltraum

Sauerstoff reagiert mit anderen Atomen oder entweicht in den Weltraum

Die

Mar

s……Atmosphäre

11IWF/ÖAW GRAZ

Wie entweicht der Wasserstoff in den Weltraum?

Ion pick-up:Ionen werden vom umströmenden Sonnenwind mitgenommen

Instabilitäten (Kelvin-Helmholtz Instabilität):Ablösen von Plasmastrukturen

Thermische Flucht:Teilchen fliehen aufgrund von höherer Temperatur

Sputtering:Kollision von energetischen mit neutralen Teilchen

Dissoziative Rekombination:Kollision von energetischen Elektronen mit Ionen

Fluc

htpr

ozes

se fü

r……Wasserstoff

12IWF/ÖAW GRAZ

Wie bekommt man Informationen?

RaumsondenMars:

Einige Fehlversuche in den 60ern1964: Vorbeiflug von Mariner 4Über 20 Raumsonden

Mars ExpressVenus:

1961: Vorbeiflug von Venera 1Über 20 Raumsonden

Venus Express

Erfo

rsch

ung

von…

…Mars und Venus

ESA

13IWF/ÖAW GRAZ

…Mars ExpressES

A-Ra

umso

nde…

Daten und Instrumente

Start: 2. Juni 2003

Ankunft: 25. Dezember 2003

Dauer: 1 Marsjahr = 687 Erdtage2. Verlängerung: bis Mai 2009

Instrumente:ASPERA (Plasmamessgerät)

PFS (Spektrometer)

SPICAM (Spektrometer)

OMEGA (Spektrometer)

MARSIS (Radarinstrument)

MaRS (Radiostrahlung)

HRSC (Kamera)

ESA

14IWF/ÖAW GRAZ

Wissenschaftliche Ziele

Atmosphäre:Struktur

Zusammensetzung

Oberfläche:Eigenschaften

Verteilung von Wasser und Eis

Innerer Aufbau und Schwerkraft

Plasmaumgebung:Zusammensetzung

Fluchtprozesse

ESA-

Raum

sond

e…

ESA

…Mars Express

15IWF/ÖAW GRAZ

Einige der wichtigsten Resultate

Wasser- und Kohlendioxideis

Hochauflösende Bilder der Oberfläche

Atmosphäre:Nachweis von Methan

Kompletes Höhenprofil von Kohlendioxid

Plasmaumgebung:Verlustprozesse nachgewiesen

ESA-

Raum

sond

e…

ESA

…Mars Express

16IWF/ÖAW GRAZ

Daten und Instrumente

Start: 9. November 2005

Ankunft: 11. April 2006

Dauer: 2 Venustage = 500 ErdtageVerlängerung: bis Mai 2009

Instrumente:MAG (Magnetometer, IWF)

ASPERA (Plasmamessgerät)

PFS (Spektrometer)

SPICAV/SOIR (Spektrometer)

VeRa (Radiostrahlung)

VIRTIS (Spektrometer)

VMC (Kamera)

ESA-

Raum

sond

e……Venus Express

ESA

IWF

17IWF/ÖAW GRAZ

Wissenschaftliche Ziele

Atmosphäre:Struktur

Dynamik

Zusammensetzung

Wolken

Oberflächeneigenschaften

Plasmaumgebung:Zusammensetzung

Fluchtprozesse

ESA-

Raum

sond

e……Venus Express

ESA

18IWF/ÖAW GRAZ

Einige der wichtigsten Resultate

Atmosphäre:Globale Temperaturverteilung

3D Detailbilder des Wirbels um den Südpol

Präzise Windmessungen

Blitze

Entdeckung des Moleküls Hydroxyl

Plasmaumgebung:Verlust von Wasserstoff, Sauerstoff, Helium

Verlust von Wasser

ESA-

Raum

sond

e…

ESA

…Venus Express

19IWF/ÖAW GRAZ

Mars: Wasser- und Kohlendioxideis

Ähnliche Anfangsbedingungen – unterschiedliche Entwicklung

Heute: kalt, trocken, dünne Atmosphäre

Zusa

mm

enfa

ssen

de…

Venus:Unterschiede zwischen Erde und Venus weniger mysteriös alsfrüher angenommenÄhnliche Anfangsbedingungen – unterschiedliche EntwicklungHeute: heiß, trocken, dichte Atmosphäre

…Gedanken am Ende

„Venus, Erde und Mars sind Drillinge, nur wurden sienach der Geburt getrennt”

20IWF/ÖAW GRAZ

DANKE!