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Sternengeschichten Folge 399: Außerirdischer Regen

Heute geht es in den Sternengeschichten um Regen. Der hat ja bei uns tendenziell eher ein schlechtes Image. Der Regen stört wenn wir draußen in der Sonne sitzen wollen; er stört ganz besonders wenn zu viel davon vom Himmel kommt und die Flüsse über die Ufer treten und katastrophale Überschwemmungen verursachen. Der Regen stört die Astronomie, denn wenn es regnet kann man die Sterne am Himmel nicht beobachten. Der Regen stört aber auch wenn er nicht da ist und Pflanzen vertrocken, das Getreide auf den Feldern nicht wächst und Flüsse versiegen. Trotzdem: Ohne Regen, das heißt ohne das Wasser auf der Erde würde es uns alle nicht geben. Wir brauchen den Kreislauf, bei dem Wasser im Sonnenlicht verdampft, als Luftfeuchtigkeit in der Atmosphäre landet, sich zu Wolken formt und irgendwann als Regen wieder zurück auf die Erde und die Flüsse und Meere kommt. Regen ist wichtig, auch wenn wir manchmal ungern nass werden.

Ich will heute aber nicht über das Wetter hier auf der Erde reden; auch nicht über die Wolken am Himmel (das habe ich schon in Folge 105 ausführlich getan). Ich möchte etwas über außerirdischen Regen erzählen. Wie schaut das Wetter anderswo aus? Die Erde ist ja nicht der einzige Planet im Sonnensystem und schon gar nicht im Rest des Universum. Aber wir sind der einzige auf dem es regnet! Zumindest der einzige von dem wir das derzeit definitiv wissen. In unserem Sonnensystem ist die Erde der einzige Planet auf dessen Oberfläche flüssiges Wasser existieren kann. Insofern könnte das eine recht kurze Folge werden: Regnen tut es nur auf der Erde; außerirdischen Regen gibt es nicht.

Aber das wäre ja langweilig. Und auch wenn wir nirgendwo sonst im Sonnensystem Regen im irdischen Sinn finden, gibt es zumindest jede Menge andere Arten von Regen. Beziehungsweise von Niederschlag. Denn nicht immer muss es Wasser sein, das vom Himmel kommt. Auf dem Mars zum Beispiel ist es viel zu kalt. Dort liegen die Durchschnittstemperaturen bei -55 Grad Celsius; die Tiefstwerte bei -100 Grad. Das Wasser das am Mars existiert liegt gefroren im Boden und bleibt dort auch. In die Atmosphäre gelangt dort nichts davon und kann daher auch nicht abregnen. Die Atmosphäre des Mars ist extrem dünn – und sie besteht wfast vollständig aus Kohlendioxid. Das haben wir hier auf der Erde ja auch in unserer Lufthülle und leider zuviel davon. Bei uns bleibt es immer gasförmig. Auf dem Mars kann es aber auch fest werden. Kohlendioxid gefriert nämlich bei -78,5 Grad zu einer Substanz die wir “Trockeneis” nennen. Und tatsächlich hat man in den kalten Regionen des Mars immer wieder dünne Wolken aus Kohlendioxid beobachtet. Die gefrieren dann zu Trockeneis, das vom Himmel schneit und als Trockeneis-Schnee am Boden liegen bleibt. Bis es dann irgendwann wieder wärmer wird – bzw. das, was auf dem Mars als “warm” durchgeht – und das Trockeneis wieder zu gasförmigen Kohlendioxid wird.

Trockeneis-Schnee am Südpol des Mars (Bild: NASA/JPL/University of Arizona)

Regen gibt es also nicht auf dem Mars; dafür aber Trockeneisschneefall. Richtig wild kann das Wetter dagegen auf unserem anderen Nachbarplaneten werden, der Venus. Die hat eine Atmosphäre und was für eine! Der Druck ist fast 100 mal höher als auf der Erde. Auch hier macht Kohlendioxid den allergrößten Teil der Atmosphäre aus, dazu kommt noch Stickstoff und ein wenig Schwefeldioxid (und diverse andere Gase in noch geringeren Mengen). In der dichten Venusatmosphäre gibt es jede Menge Wolken. Die bestehen allerdings nicht aus Wasser. Sondern fast komplett aus Schwefelsäuretröpfchen. Diese aggresive Säure entsteht wenn Sonnenlicht auf die Atmosphäre fällt, die Moleküle dort in ihre Bestandteile aufspaltet so dass sie sich in diversen chemischen Reaktionen zu neuen Stoffen, eben auch Schwefelsäure verbinden können. Aus diesen Wolken regnet es – allerdings nicht bis auf den Boden. Dort herrschen Temperaturen von knapp 460 Grad Celsius; die Schwefelsäuretropfen verdampfen schon weit über dieser heißen Oberfläche.

Wer Schwefelsäureregen schon unangenehm findet, wird den Schnee auf der Venus auch nicht mögen. Den gibt es nämlich auch, aber natürlich ist es kein Schnee aus Wasser. Das ist bei den hohen Temperaturen dort nicht möglich. Man hat aber auf den Bergen der Venus eine Schicht gefunden, die Radarstrahlen enorm gut reflektiert. Irgendwas liegt dort also rum und man vermutet, dass es eine seltsame Art von Metall-Schnee ist. Auf der Venus gab es früher ja jede Menge Vulkane und unter Umständen sind manche davon heute immer noch aktiv. Wenn so ein Vulkan ausbricht, kann dabei auch Metall aus dem Planeteninneren gasförmig in die Atmosphäre gelangen. Irgendwann kühlt es ab und wird fest. Auf der Venus kann sich so Blei mit Schwefel verbinden und dann auf die Oberfläche schneien. Wenn euch also das nächste Mal das Wetter auf der Erde auf die Nerven geht, denkt an die Venus mit ihrem Metallschnee und Schwefelsäureregen!

Bei den anderen Himmelskörpern im Sonnensystem wird es ein bisschen schwierig mit dem Niederschlag. Der Merkur hat keine Atmosphäre, ebenso wie der Mond. Wenn keine Atmosphäre da ist, gibt es auch nichts aus dem etwas auf den Planeten regnen oder schneien könnte. Ansonsten bleiben noch die Gasplaneten Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun. Die haben zwar jede Menge Atmosphäre – aber darunter keine feste Oberfläche im eigentlichen Sinn, also nichts auf das etwas schneien oder regnen könnte. Ein genauerer Blick lohnt sich aber trotzdem.

Schauen wir uns mal den Neptun an, den sonnenfernsten Planeten. Seine Atmosphäre besteht vor allem aus Wasserstoff und Helium, aber auch Methan ist dabei. Auf Neptun ist es auch richtig kalt, in den äußeren Schichten seiner Atmosphäre hat es -200 Grad, weswegen es dort auch jede Menge Eis gibt. Wassereis, aber auch gefrorenes Methan oder Ammoniak. Was es auf Neptun auch noch gibt ist extrem starker Wind! Die Windgeschwindigkeit kann weit über 2000 Kilometer pro Stunde liegen, er ist was den Wind angeht der Rekordhalter im Sonnensystem. Der Neptun ist groß, sein Durchmesser beträgt das vierfache des Erddurchmessers. Und das allermeiste davon ist Atmosphäre. Diese enorme Menge an Gasen drückt auf das Innere des Planeten. Dementsprechend steigt der Druck immer höher je weiter man ins Innere der Atmosphäre vordringt. Wird der Druck hoch genug – ungefähr das 3 Millionenfache des Luftdrucks hier auf der Erde – dann können die Kohlenstoff- und Wasserstoffatome aus denen Methan besteht voneinander getrennt werden. Die Kohlenstoffatome können sich nun miteinander verbinden und der hohe Druck presst sie zu Diamanten zusammen. In Laborexperimenten konnte das schon gemacht werden, die Bedingungen dabei haben denen entsprochen, die ungefähr 7000 Kilometer unter den obersten Wolkenschichten des Neptun herrschen. Auf Neptun könnte es also Diamanten regnen! Sie bilden sich tief in seiner Atmosphäre und sinken dann nach unten, weiter hinein ins Innere des Planeten. Auch bei Uranus, der Neptun recht ähnlich ist was die Atmosphäre und Temperatur angeht könnte das passieren. Ob das auch wirklich so ist, wissen wir allerdings nicht.

Neptun: Da sind vielleicht Diamanten drin!! (Bild: NASA/JPL)

Die beiden noch größeren Gasplaneten Jupiter und Saturn können mit ihren noch umfangreicheren Atmosphären ebenfalls ausreichend viel Druck aufbauen um Diamanten zu erzeugen. Sie enthalten aber weniger Kohlenstoff als Uranus und Neptun. Und vor allem wären Diamanten dort nicht dauerhaft stabil. Eben weil Jupiter und Saturn so viel größer sind, wird es tief in ihrem Inneren irgendwann SO heiß, dass die Diamenten die von weiter oben dorthin “regnen” sich verflüssigen.

Mit den Planeten des Sonnensystems wären wir jetzt durch, aber es gibt noch ein paar andere interessante Himmelskörper. Das spannendste Wetter – abseits der Erde – hat sicherlich der Saturnmond Titan. Dem habe ich ja schon die ganze Folge 157 gewidmet. Im Gegensatz zu fast allen anderen Monden hat Titan eine dichte Atmosphäre; der Druck auf der Oberfläche dieses Mondes beträgt das 1,5fache des Luftdrucks auf der Erde. Die Atmosphäre besteht fast komplett aus Stickstoff, es ist aber auch wenig Methan drin. Das ist bei uns hier auf der Erde natürlicherweise immer gasförmig. Unter den Bedingungen auf dem Titan kann es aber sowohl gasförmig als auch fest und flüssig sein. Methan spielt also dort die Rolle die das Wasser bei uns spielt, das ja auf der Erde ebenfalls fest, flüssig und gasförmig sein kann. Und tatsächlich hat der Titan ein komplettes “Methan-Wetter”. Es gibt Methanwolken, aus denen flüssiges Methan regnet das sich in Methanflüssen und Methanseen auf der Oberfläche sammelt.

Methangewässer auf dem Titan, aufgenommen während der Huygens-Landung aus etwa 8 Kilometer Höhe (Bild: NASA/JPL/ESA/University of Arizona)

Es gibt noch andere wetterähnliche Phänomene im Sonnensystem. Besonders die kalten und eisreichen Himmelskörper im äußeren Sonnensystem zeigen einige davon. Himmelskörper wie Pluto oder andere Asteroiden bestehen zu einem großen Teil aus Eis. Das kann sublimieren, also gasförmig werden. Dazu muss es nicht unbedingt heiß sein, das passiert auch ganz von selbst wenn es kalt ist, nur halt sehr langsam. Deswegen hat zum Beispiel auch der Pluto so etwas ähnliches wie eine “Atmosphäre” – die halt nur sehr, sehr, sehr dünn ist, 100.000 mal weniger Druck als auf der Erde. Das Gas in dieser dünnen Atmosphäre kann unter Umständen wieder fest werden und dann als eine Art Schnee auf den Planeten zurückfallen. Mit dem was wir uns normalerweise unter “Schnee” oder “Regen” vorstellen, hat das aber kaum etwas zu tun.

Eiskalter Trockeneisschnee auf Mars. Schwefelsäureregen und metallischer Schnee auf der Venus. Herabfallende und sich verflüssigende Diamanten auf den Gasplaneten. Methanflüsse auf dem Titan. Das Sonnensystem hat jede Menge Wetter zu bieten und das meiste davon ist sehr viel unangenehmer als das bisschen Regen das ab und zu hier auf der Erde zu Boden fällt. Daran kann man sich gerne erinneren, wenn man das nächste Mal ohne Schirm von einem Schauer überrascht wird…

Kommentare (14)

  1. #1 Kerberos
    17. Juli 2020

    “”Unter dem geringen Druck der in der Marsatmosphäre herrscht kann Kohlendioxid schon bei höheren Temperaturen zu festem Trockeneis werden. “”

    ?????

  2. #2 Bullet
    17. Juli 2020

    Ja, da ist ihm wohl ein Fehler unterlaufen. 😀

  3. #3 Karl-Heinz
    17. Juli 2020

    @Kerberos

    Psst … Florian ist gerade auf Urlaub. Wir sind aber tolerant und sehen über das kleine Missgeschick hinweg. 🙂

    http://anorganik.chemie.vias.org/img/phasendiagramm_kohlendioxid.png

  4. #4 Karl-Heinz
    17. Juli 2020

    Halb so wild. Es sind nur kleine Korrekturen notwendig. 😉

    Unter dem geringen Druck der in der Marsatmosphäre herrscht kann Kohlendioxid schon erst bei höheren niedrigeren Temperaturen zu festem Trockeneis werden. Und tatsächlich hat man in den kalten Regionen des Mars immer wieder dünne Wolken aus Kohlendioxid beobachtet. Die gefrieren dann zu Trockeneis, das vom Himmel schneit und als Trockeneis-Schnee am Boden liegen bleibt. Bis es dann irgendwann wieder wärmer wird – bzw. das, was auf dem Mars als “warm” durchgeht – und das Trockeneis wieder zu gasförmigen Kohlendioxid wird.

  5. #5 Captain E.
    17. Juli 2020

    Mit anderen Worten: Kohlendioxid bleibt unter dem Druck in der Marsatmosphäre bei Temperaturen noch gasförmig, bei denen es unter irdischem Druck schon fest würde. Abschneien tut es nur, weil es auf dem Mars im Winter dermaßen tiefe Temperaturen gibt, dass es eben doch fest wird.

    (Tiefe) Temperatur schlägt (niedrigen) Druck.

  6. #6 Karl-Heinz
    17. Juli 2020

    @Captain E.

    Mit anderen Worten: Kohlendioxid bleibt unter dem Druck in der Marsatmosphäre bei Temperaturen noch gasförmig, bei denen es unter irdischem Druck schon fest würde. Abschneien tut es nur, weil es auf dem Mars im Winter dermaßen tiefe Temperaturen gibt, dass es eben doch fest wird.

    Den gleichen Gedanken hatte ich auch. Na ja, ein bisschen nachdenken und vorsichtshalber beim Phasendiagramm nachgucken musste ich dennoch. 😉

  7. #7 pane
    17. Juli 2020

    Bei irdischem Druck gefriert Kohlendioxid bei -78,5°C. Auf der Erde sind schon kältere Temperaturen gemessen worden. Heißt das, dass bei so niedrigen Temperaturen auch auf der Erde Trockeneis schneit?

  8. #8 rolak
    17. Juli 2020

    Och Mist – bei der Überschrift hate ich mir doch schon intensivst ausgemalt, ab Montag ganz groß ins Edelwässerchen-Biz einzusteigen. “ExoRain™, recommended by the SpaceHealer”, Reibach ohne Ende.

    Und was ist? Der fällt gar nicht hier…

  9. #9 Spritkopf
    17. Juli 2020

    @rolak

    Und was ist? Der fällt gar nicht hier…

    Achwas, rolak, in der Esoterik sind das unwesentliche Kleinigkeiten, nach denen keiner fragt.

    Und wenn mal doch, dann sagst du, ExoRain™ käme aus einem fremden und uralten Sonnensystem. Stimmt ja sogar – die Erde und vieles, was sich auf ihr befindet, sind schließlich Überbleibsel aus einer Supernova von vor, sagen wir, 5 Mrd. Jahren.

    Altes Sprichwort der Esoteriker: Die Wahrheit ist dehnbar.

  10. #10 Kerberos
    17. Juli 2020

    Na ja,
    von Leuten aus einem Gewerk, die alles oberhalb
    Helium als “Metall” bezeichnen, darf man
    zu den handfesten Wissenschaften nicht allzu
    viel erwarten :=)

  11. #11 How?(Lennon)
    17. Juli 2020

    @Kerberos

    Was ist denn das für ein widerlicher smiley…aber…das ist doch… /:=(
    Gelacht hat der Irre doch nur, wenn er auf Blitzkrieg oder Chemie war.

  12. #12 rolak
    17. Juli 2020

    Wahrheit ist dehnbar

    Ach, Spritkopf, das ist dieser berühmte GummiParagraph?

    Leider wird es mir wohl nie vergönnt sein, einen Platz für die Rundreise “Die interessantesten Regen des Universums” buchen zu können. Die Welt ist sooo ungerecht…

  13. #13 Karl-Heinz
    17. Juli 2020

    Sorry, das mit dem Bild einbinden muß ich mal ausprobieren.

  14. #14 Karl-Heinz
    17. Juli 2020

    Test