Text: Franz Bolduan, Jürgen Volpp, Starkenburg-Sternwarte e.V.
Geschichte
Kometen galten als Schicksalsboten der Götter oder wurden für atmosphärische Erscheinungen gehalten. Die ersten Aufzeichnungen über den Kometen 1P/Halley gibt es seit 240 v.Chr. Seine Umlaufzeit beträgt ca. 75 Jahre. Die erste weiche Landung auf einem Kometen fand 2014 statt.
Ursprung
Kometen sind primordiale Überreste der Entstehung unseres Sonnensystems. Sie befinden sich meist außerhalb der Neptunbahn. Wenn Kometen in Sonnennähe kommen, sind sie auch von der Erde aus zu sehen, teilweise sogar mit bloßem Auge.
Aperiodische Kometen befinden sich auf parabolischen oder hyperbolischen Bahnen und kehren daher nicht wieder in Sonnennähe zurück. Periodische Kometen laufen auf geschlossenen Ellipsenbahnen um die Sonne. Man teilt sie in zwei Gruppen ein. Langperiodische Kometen brauchen mehr als 200 Jahre für einen Umlauf. Sie stammen vermutlich aus der Oortschen Wolke. Die kurzperiodischen Kometen brauchen weniger als 200 Jahre für einen Umlauf und stammen vermutlich aus dem Kuipergürtel (siehe Abb. 1).
Das größte Reservoir von Kometen ist die kugelförmige Oortsche Wolke, in der das Sonnensystem eingebettet ist. Man schätzt, dass sich darin ca. 1 Billion Objekte befinden. Der weiter innen liegende Kuipergürtel ist eher scheibenförmig und beherbergt zwischen 100 Millionen und 10 Milliarden Objekte. Wir müssen uns mit Schätzungen begnügen, da kleine dunkle Objekte in dieser Entfernung für Teleskope zu lichtschwach sind.
Zusammensetzung von Kometenkernen
In Sonnenferne bestehen Kometen nur aus dem Kern, einer Art „schmutzigem Schneeball“ aus Wasser- und Trockeneis (H2O, CO2), Staub, porösem, lockerem Gestein mit eingeschlossenen Gasen (CO, CH4,…). Die ESA-Sonde Rosetta fand 2015 bei der Analyse der austretenden Gase des Kometen 67P/Tschurjumow-Gerasimenko (Abb. 2) eine große Variation von organischen Molekülen. Seine Dichte ist nur 0,53 g/cm3, geringer als die von Wasser unter Normalbedingungen. Aus dem hohen Anteil leichtflüchtiger Gase schließt man, dass bei ihrer Bildung niedrige Temperaturen von etwa minus 250 Grad Celsius herrschten. Kometenkerne sind die schwärzesten Objekte des Sonnensystems, dunkler als Asphalt. Sie sind typischerweise zwischen 1 und 100 km groß.
Komet in Sonnennähe
Sobald Kometen in Sonnennähe von etwa 3-5 AE (1 AE ca. 150 Mio km) kommen, führt die Strahlung der Sonne und der Sonnenwind (= Teilchenstrom aus elektrisch geladenen Teilchen) zur Sublimation (Verdampfung ohne vorigen Übergang in Flüssigkeit) leicht flüchtiger Substanzen. Diese reißen teilweise eingebettete Staubpartikel mit. Durch die UV-Strahlung der Sonne werden die ursprünglichen Moleküle in kleinere Moleküle oder gar einzelne Atome aufgespalten (dissoziiert). Diese Fragmente emittieren ihrerseits charakteristisches Licht (Spektrallinien). Um den Kern entsteht eine leuchtende Gashülle, die Koma (Abb.4, 5). Ihr Durchmesser kann über 100.000 km anwachsen. In dieser Phase ist der Komet auch visuell zumindest mit dem Feldstecher zu erkennen.
Das markanteste Merkmal eines Kometen sind seine Schweife. Es gibt einen Gasschweif aus Plasma (Ionen und Elektronen). Der Sonnenwind regt ihn zur Lichtemission an. Dieser Schweif ist relativ schmal und immer radial von der Sonne weggerichtet. Er kann 10 bis 300 Mio. km lang werden. Ein zweiter Schweif, der Staubschweif, wird durch Staubpartikel verursacht. Der Strahlungsdruck der Sonne lenkt auch ihn ab. Dieser Schweif ist breiter gefächert als der Plasmaschweif (Abb. 6, 7). Er ist lichtschwächer, weil er nicht selbst leuchtet, sondern das Sonnenlicht an den Staubpartikeln reflektiert.
Beobachtungen und Erforschung mit Raumsonden
Die Moleküle und Ionen in der Kometenkorona und dem Plasmaschweif können aufgrund ihrer charakteristischen Lichtemission durch spektroskopische Methoden nachgewiesen werden. Dies ermöglicht es auf die Ferne eine Vielzahl an Kohlenstoff- und Stickstoffverbindungen nachzuweisen, selbst mit relativ einfachen Amateurmitteln.
Es gab schon 10 Missionen zu Kometen. Die erste Sonde flog 1984 durch den Schweif des Kometen Giacobini-Zinner. Der Halleysche Komet war 1986 das Ziel von fünf Sonden: zwei japanische flogen in sehr großem (> 150.000 km) Abstand am Kern vorbei. Zwei sowjetische Sonden durchflogen die Koma und näherten sich dem Kern bis auf 8.000 km. Der europäischen Sonde Giotto gelang die Annäherung auf 600 km. Sie lieferte erste Bilder des Kometenkerns und flog dann weiter zum Kometen 26P/Grigg-Skjellerup.
Danach gab es drei Sonden der Nasa: Deep Space 1 flog 2001 am Kometen 19P/Borrely vorbei, die Stardust-Sonde brachte 2006 Teilchenproben aus der Koma des Kometen Wild 2 zur Erde zurück, und 2005 beschoss die Sonde Deep Impact den Kometen Tempel 1 mit einem Projektil, um den Einschlag zu beobachten. Der absolute Höhepunkt war bisher (2021) die Rosetta-Mission der ESA. Von 08/2014 bis 09/2016 umkreiste sie den Kometen 67P/ Tschurjumow-Gerasimenko (kurz: Chury) und setzte 2014 den Lander Philae weich auf seiner Oberfläche ab. Rosetta verdanken wir viele Details über die Zusammensetzung der Gase und des Gesteins. Zum Missionsende ließ man sie gezielt auf den Kometen fallen.
Weitere erwähnenswerte Kometen sind 55P/Tempel-Tuttle (33 Jahre Umlaufzeit). Seine Staubwolke verursacht den Meteorstrom der Leoniden, wenn die Erde um den 17. November seine Bahn kreuzt. D/1993 F2 (Shoemaker-Levy) zerbrach 1992 in Jupiternähe, und seine Fragmente schlugen 1994 im Jupiter ein. Der langperiodische Komet C/1995 O1 (Hale-Bopp) hatte einen ausgedehnten, hellen Schweif und war 1997 für das bloße Auge gut sichtbar. Durch seinen nahen Vorbeiflug an Jupiter verkürzte sich seine Umlaufperiode von 4200 Jahren auf 2380 Jahre.
Einfluss auf die Erde
Es gibt Spekulationen, dass viele Einschläge von Kometen das Wasser und die Bausteine des Lebens auf die Erde gebracht haben könnten. Über die Ergebnisse ihres Massenspektrometers ROSINA auf der Rosetta-Sonde schreibt K. Altwegg von der Universität Bern: dass „…das Wasser der Erde nicht von Kometen des Typ Chury stammt aber, dass die Menge an organischen Verbindungen (z.B. Aminosäure Glycin) auf Chury beträchtlich ist, so dass die Möglichkeit besteht, dass Kometeneinschläge die Entstehung des Lebens auf der Erde begünstigt haben könnten.“
Quellen und weiterführende Informationen
https://www.dlr.de/pf/DesktopDefault.aspx/tabid-174/319_read-18166/gallery-1/gallery_read-Image.6.30276/
https://de.wikipedia.org/wiki/Kometenforschung
https://de.wikipedia.org/wiki/Rosetta_(Sonde)
www.Kometison.de
https://de.wikipedia.org/wiki/Liste_von_Kometen
https://www.unibe.ch/aktuell/medien/media_relations/medienmitteilungen/2018/medienmitteilungen_2018/zwei_jahre_nach_rosetta/index_ger.html
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