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SENDETERMIN Mo, 5.10.2015 | 8:30 Uhr | SWR2

SWR2 Wissen Entzauberte Kometen

Was Wissenschaft über Schweifsterne herausgefunden hat

Über Jahrtausende haben Schweifsterne die menschliche Fantasie beflügelt. Ihr plötzliches Auftauchen in einem ansonsten wohlgeordneten Kosmos galt als böses Omen und konnte Massenhysterie auslösen. Erst im 18. Jahrhundert wies der Astronom Edmond Halley nach, dass auch Kometen auf einer berechenbaren Bahn um die Sonne kreisen. Und 1986 lieferte die europäische Giotto-Sonde den Fotobeweis, dass ihr Millionen Kilometer langer Schweif von einem vergleichsweise winzigen Kern ausgeht. Wie und wann Kometen entstanden, woraus sie bestehen und ob sie womöglich vor Jahrmilliarden das erste Wasser und die Bausteine des Lebens auf die Erde gebracht haben, wurde in den vergangenen drei Jahrzehnten intensiv erforscht: mit Teleskopen, Vorbeiflügen, dem Einsammeln von Staub und dem Beschuss mit einem schweren Projektil. Vorläufiger Höhepunkt ist das Rendezvous der europäischen Rosetta-Sonde mit dem Kometen Tschurjumow-Gerasimenko.

Seit August 2014 begleitet die europäische Raumsonde „Rosetta“ den Kometen Tschurjumov-Gerassimenko auf seiner Umlaufbahn um die Sonne und funkt permanent Messwerte und Bilder zur Erde. Im zweiten Stock des Göttinger Max-Planck-Instituts fließen die meisten Daten zusammen. Darunter sind gestochen scharfe Bilder einer Landschaft, wie sie kein Mensch zuvor gesehen hat. Sie stammen von der sogenannten Osiris- Kamera an Bord der Rosetta-Sonde. Holger Sierks ist mit seinem Team aus 80 Wissenschaftlern, Ingenieuren und Technikern dafür verantwortlich.

Holger Sierks: "Die große Überraschung für mich ist die Diversität. Es ist nicht alles so ein Klumpen. Es gibt Schichten, die wir nicht verstehen. Es ist wirklich das erste Mal, dass wir überhaupt eine Möglichkeit haben, so einen Körper zu untersuchen, zu studieren."

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Kometen, Forschung, Geschichte

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Giotto

Einen Kometen kann man sich vorstellen wie einen kilometergroßen schmutzigen Schneeball, als einen äußerst porösen Himmelskörper aus Eis und Staub, nur halb so schwer wie Wasser. Zu dieser Überzeugung war der US-amerikanische Astronom Fred Whipple schon 1950 gekommen, gestützt auf Teleskopbeobachtungen und theoretische Überlegungen. 36 Jahre später konnte er im Darmstädter Kontrollzentrum der europäischen Weltraumagentur Esa die Übertragung des ersten verwaschenen Fotos miterleben, das die Giotto-Sonde aus 600 Kilometern Abstand vom Halleyschen Kometen aufgenommen hatte. Es zeigte einen fast schwarzen Klotz mit rund zehn Kilometern Durchmesser und lieferte so den Beweis dafür, dass der Millionen Kilometer lange Schweif eines Kometen tatsächlich von einem vergleichsweise winzigen Kern ausgeht.

Neben der Kamera hatte die Giotto-Sonde zehn weitere Messinstrumente an Bord. Zusammensetzung und Gewicht des Kometenstaubs konnten damit bestimmt werden, Elemente und Moleküle an der Oberfläche des Kometenkerns und dessen Wechselwirkung mit dem Sonnenwind. Noch heute arbeiten Wissenschaftler mit den damals gesammelten Daten. Denn Kometenmissionen sind kompliziert, teuer – und selten. Erst zwischen 2001 und 2010 gelang es der NASA, vier weitere Schweifsterne aus der Nähe zu beobachten. Wobei „Nähe“ einen Abstand zwischen 250 und 2.000 Kilometern bedeutete und das Beobachten sich – wie bei Giotto – auf Sekundenbruchteile beschränkte, denn alle Sonden sausten mit mehreren Zehntausend Kilometern pro Stunde an ihrem Ziel vorbei.

Giotto

Einen Kometen kann man sich vorstellen wie einen kilometergroßen schmutzigen Schneeball, als einen äußerst porösen Himmelskörper aus Eis und Staub, nur halb so schwer wie Wasser. Zu dieser Überzeugung war der US-amerikanische Astronom Fred Whipple schon 1950 gekommen, gestützt auf Teleskopbeobachtungen und theoretische Überlegungen. 36 Jahre später konnte er im Darmstädter Kontrollzentrum der europäischen Weltraumagentur Esa die Übertragung des ersten verwaschenen Fotos miterleben, das die Giotto-Sonde aus 600 Kilometern Abstand vom Halleyschen Kometen aufgenommen hatte. Es zeigte einen fast schwarzen Klotz mit rund zehn Kilometern Durchmesser und lieferte so den Beweis dafür, dass der Millionen Kilometer lange Schweif eines Kometen tatsächlich von einem vergleichsweise winzigen Kern ausgeht.

Neben der Kamera hatte die Giotto-Sonde zehn weitere Messinstrumente an Bord. Zusammensetzung und Gewicht des Kometenstaubs konnten damit bestimmt werden, Elemente und Moleküle an der Oberfläche des Kometenkerns und dessen Wechselwirkung mit dem Sonnenwind. Noch heute arbeiten Wissenschaftler mit den damals gesammelten Daten. Denn Kometenmissionen sind kompliziert, teuer – und selten. Erst zwischen 2001 und 2010 gelang es der NASA, vier weitere Schweifsterne aus der Nähe zu beobachten. Wobei „Nähe“ einen Abstand zwischen 250 und 2.000 Kilometern bedeutete und das Beobachten sich – wie bei Giotto – auf Sekundenbruchteile beschränkte, denn alle Sonden sausten mit mehreren Zehntausend Kilometern pro Stunde an ihrem Ziel vorbei.

Deep impact

Die spektakulärste Mission dieser Epoche hatte der Astronom Mike A’Hearn geleitet. Eine Nasa-Sonde namens „deep impact“ manövrierte im Juli 2005 einen kühlschrankgroßen Kupferkegel direkt in die Flugbahn des Kometen Tempel 1. Mit 37.000 Kilometern pro Stunde schlug er in die Oberfläche des Schweifsterns und erzeugte dabei einen Lichtblitz, der noch in 134 Millionen Kilometern Entfernung von der Erde aus zu sehen war. Drei Monate später präsentierte A’Hearn die ersten Erkenntnisse aus dem Kometen-Crash:

"Ich glaube, er ist bis ins Zentrum hinein porös. An der Oberfläche gibt es feinen Staub, wie dick diese Schicht ist, wissen wir nicht. Aber unser Geschoss ist bis zu 30 Meter tief eingedrungen. Der Komet muss sich bei sehr niedriger Geschwindigkeit geformt haben. Aufgrund der Keplerschen Gesetze kann das nur sehr weit von der Sonne entfernt geschehen sein."

Landen oder versinken?

12. November 2014: An diesem Tag sollte die, mit Gesamtkosten von über einer Milliarde Euro, teuerste Mission der europäischen Raumfahrt ihren Höhepunkt erleben: die Landung eines kleinen Forschungslabors auf der Oberfläche des Kometen Tschurjumov-Gerassimenko, 500 Millionen Kilometer von der Erde entfernt. In der Kölner Zentrale des Deutschen Zentrums für Luft und Raumfahrt (DLR), konnten Wissenschaftler, darunter Mike A’Hearn, die Landung mitverfolgen.

Anders als nach der Auswertung der deep impact Daten vorhergesagt, versank das Philae getaufte Landegerät der Rosetta-Sonde nicht tief in losem Staub. Höchstens 20 Zentimeter drückten sich die Teller unter seinen Spinnenbeinchen ein. Sind Kometen also hart oder weich? Über Jahrzehnte war diese Frage unter Experten besonders umstritten. Nach mehreren Landeversuchen und wiederholtem Bodenkontakt, haben die Drucksensoren an Philaes Füßen eine differenzierte Antwort geliefert: Es kommt darauf an, wo man misst. Bei jedem von insgesamt drei Hüpfer trafen sie auf einen anderen Widerstand, am endgültigen Landeplatz war er zum Beispiel 2000fach stärker als bei der ersten Bodenberührung.

Vielseitige Brocken

Jeder Komet ist anders. Giacobini-Zinner, Halley, Grigg-Skjellerup, Borelly, Wild 2, Temple 1, Hartley, Tschurjumov-Gerassimenko – so verschieden die Namen dieser acht nach ihren Entdeckern benannten Schweifsterne, so unterschiedlich erwiesen sie sich bei näherer Betrachtung durch die Raumsonden, die sie in den vergangenen 30 Jahren besuchten.

Und das betrifft nicht nur die äußere Formen und Strukturen. Auch die Elemente und Moleküle, aus denen sie bestehen, unterscheiden sich von Komet zu Komet. So weist das Wasser bei den meisten von ihnen eine Isotopen-Mischung auf, die anders ist als auf der Erde. Als Quelle für irdisches Wasser kommen sie damit nicht in Frage. Aber das Weltraumteleskop Herschel hat einige Kometen aufgespürt, die doch große Mengen erdähnlichen Wassers enthalten.

Eine lange Zeit

Der Erhalt des Wissens ist bei einem derartigen Langzeitprojekt eine der größten Herausforderungen. Gerhard Schwehm war dafür zuständig. Als Esa-Projektleiter war er seit Beginn der ersten Vorstudien Mitte der 80er Jahre an der Rosetta-Mission beteiligt.

Schwehm: "Wir haben die Instrumente 1996/1997 ausgesucht. Und wir haben hier bei der Esa eigentlich von dem früheren Projektteam, all die Leute, die sind eigentlich jetzt schon im Ruhestand."

Damit auf die Detailkenntnisse der Entwickler trotzdem jederzeit zurückgegriffen werden kann, haben sie noch vor ihrem Ausscheiden aus dem Berufsleben ausführliche Interviews zu jedem einzelnen wissenschaftlichen Instrument an Bord gegeben. Kurz vor dem Höhepunkt der Rosetta-Mission, im November 2014, wechselte auch Schwehm in den Ruhestand.

Auswertung der Rosetta-Daten

Acht Monate dauerte es bis die ersten Ergebnisse veröffentlicht wurden. Die Bodenuntersuchungen zeigten die erwartete Mischung aus Eis, fein- bis grobkörnigem Staub und einigen organischen Molekülen, darunter nur vier, die nicht schon zuvor auf Kometen entdeckt worden waren. Die detaillierte Auswertung der Rosetta-Daten wird allerdings Jahre dauern – und kann durchaus noch manche Überraschung bringen.

Der Komet Tschurjumov-Gerassimenko hat unterdessen den sonnennächsten Punkt seiner Umlaufbahn passiert, das sogenannte Perihel. Es war die turbulenteste Phase im Leben eines Schweifsterns. Die Sonnenstrahlung heizt den Boden auf, Eis verdampft und reißt Staubteilchen mit sich. Millionen Tonnen davon hat der Komet im August und September 2015 an seinen Schweif abgegeben, im Licht der nahen Sonne funkelten die Partikel wie winzige Sterne. Selbst Hobbyastronomen konnten das mit ihren Teleskopen von der Erde aus gut beobachten. Und aus rund 200 Kilometern Entfernung hatte die Rosetta-Sonde die dramatische Veränderung des Kometen ständig im Blick.

Kometenoberfläche

Direkt nach der Landung begannen sofort Philaes Forschungsarbeiten. Die Auswertung wird aber noch Jahre in Anspruch nehmen.

Manches erinnert an Vulkanausbrüche, Erosion, Lawinen und Bergstürze auf der Erde. Doch das sind nur Äußerlichkeiten. Tatsächlich unterscheiden sich die physikalischen und chemischen Vorgänge enorm. Schließlich rast der Komet ohne jede Atmosphäre durchs Vakuum des Universums. Und die winzigen Teilchen, aus denen sein Kern, seine Koma und sein Schweif besteht, werden durch Gravitation nur sehr schwach zusammengehalten. Das Philae-Landegerät, das auf der Erde 100 Kilo wog, lastet gerade mal mit einem einzigen Gramm Gewicht auf der Kometenoberfläche.

Begegnung 2061

Was diese wunderliche Welt wirklich zusammenhält und warum sie eine derartige Vielfalt an Formen und Härtegraden ausbildet, das ist auch nach intensiver Langzeitbeobachtung durch die Instrumente der Rosetta-Sonde nicht vollständig geklärt. Ende 2016 wird sie die letzten Tropfen Treibstoff wohl dafür nutzen, ebenfalls auf dem Kometen zu landen – bevor der dann mit seinen beiden irdischen Begleitern für die nächsten sechs Jahre in die eiskalte Einsamkeit des äußeren Sonnensystems zurückkehrt.
Die nächste Kometenbegegnung einer menschengemachten Sonde wird die heutige Astronomen-Generation wohl nicht mehr erleben. Derzeit ist keine weitere derartige Raumfahrtmission geplant. Vielleicht bietet die Wiederkehr des Halleyschen Kometen den nächsten Anlass. Das wäre dann aber erst im Jahr 2061.

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