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Deep Impact: Ein staubiges Ereignis

Im Visier: Deep Impact im Anflug auf Tempel 1Laden...
Den 4. Juli 2005 feierten die US-Amerikaner mit einem Feuerwerk der besonderen Art: Sie ließen den Kometen Tempel 1 auf einen Metallblock "auffahren". Der entstehende Krater sollte einen tiefen Einblick ins Innere des Brockens geben. Nicht nur die Muttersonde Deep Impact, auch die Esa-Sonde Rosetta warf auf dem Vorbeiweg einen gründlichen Blick auf das Geschehen. Unterstützt wurden die beiden von über siebzig Teleskopen auf der Erde. Nun präsentieren die Forschergruppen erste Ergebnisse.

"Auf Tempel 1 können Sie keine Schneebälle machen"
(Peter Schultz, Brown University)
Michael A'Hearn von der Universität von Maryland und seine Kollegen analysierten die Beobachtungen seitens Deep Impact [1]. Und stießen dabei gleich auf eine Überraschung: Die Oberfläche des Kometen ist, zumindest an der Einschlagstelle, keineswegs ein harter, eisiger Gesteinsboden, sondern vielmehr aus feinsten Partikeln von höchstens hundert Mikrometern Größe zusammengesetzt, die eine schwache Schwerkraft nur lose zusammenhält – lockerer als Pulverschnee und etliche Meter dick. Untermauert wird diese Folgerung durch die große Menge an Feinpartikel-Staub, die nicht allein durch den Aufprall pulverisiert werden konnte – die Teilchen mussten also schon vorher isoliert oder in luftigen Aggregaten vorgelegen haben.

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Oberfläche von Tempel 1 | Aus mehreren Einzelaufnahmen zusammengesetztes Bild des Impaktors vor seinem Zusammenstoß mit dem Kometen. Deutlich sind Kraterfelder, Ebenen und Steilkanten zu erkennen.
Außerdem weist der nur 7,6 Kilometer lange Kern – frühere Schätzungen gingen von 14 Kilometern aus – eine teilweise recht narbige Oberfläche auf mit mehreren runden Strukturen von 40 bis 400 Meter Durchmesser, von denen manche von einer scharfen Kante begrenzt sind. Sie erinnern verdächtig an Einschlagkrater, wie man sie von anderen Himmelsobjekten, bisher aber nicht von Kometen kennt – zumindest nicht von den beiden anderen Kandidaten Borrelly und Wild 2, die genauer unter die Lupe genommen wurden. Abgesehen davon ist die Oberfläche auch sonst recht abwechslungsreich: Neben Ebenen beobachteten die Forscher auch mehrere Steilkanten. Sie schließen daraus, dass die Oberfläche von Tempel 1 geschichtet ist. Erwärmt sich der Komet in Sonnennähe, platzen somit womöglich ganze Lagen ab.

Schon im Vorfeld des Auffahrunfalls schleuderte Tempel 1 regelmäßig Staub- und Gaswolken von etwa drei Kilometern Durchmesser ins All. Viele der Ausbrüche entstehen immer wieder an derselben Stelle – einer Region, die beim Sonnenaufgang auf dem Kometen beschienen wird. Die Temperaturen auf dem Brocken liegen irgendwo zwischen frostigen minus 13 bis immerhin 56 Grad Celsius. Genauer können die Wissenschaftler die Spannweite nicht eingrenzen, da sie Probleme bei der absoluten Kalibrierung hatten. Insgesamt liegt die Temperatur damit aber auf jeden Fall über dem Sublimationspunkt der meisten Gase, die daher wohl bereits unter der Oberfläche in den Gaszustand übergehen. Der lose, poröse Aufbau lässt die Wärme zudem schlecht vordringen, weshalb das Innere des Kerns weit gehend kalt bleibt. Dies bestätigte sich auch durch die großen Mengen an Wasserdampf, die nach dem Impakt von Spektrometern allerorten registriert wurden: Sie zeugen von verdampften Eisvorräten in nur geringer Tiefe, so A'Hearn.

Organische Bodenschätze

Die Aktivität sowie die Form und die Entwicklung der entstandenen Gas- und Staubwolke durch den Impaktor unterschied sich grundsätzlich nicht von sonstigen Ausbrüchen des Kometen, berichten die Forscher. Am 4. Juli gab es einen kurzen Helligkeitsausbruch von weniger als 200 Millisekunden, gefolgt von einem zweiten Blitz, der wohl durch den ersten Materieauswurf hervorgerufen wurde. Das zunächst ausgespuckte Material war über 700 Grad Celsius heiß, der später folgende Staub jedoch bedeutend kühler. In der chemischen Zusammensetzung unterschied sich die induzierte Gaswolke von den normalerweise auftretenden vor allem in einem deutlich größeren Gehalt an organischen Substanzen, die im einzelnen aber noch nicht aufgeklärt sind. Sie zeigten sich vor allem in der ersten Phase des Ausbruchs und gingen dann zurück, allerdings weniger dramatisch als Wasserdampf und Kohlendioxid. Die Wissenschaftler stießen außerdem auf Zyanwasserstoff und vermuten, dass der Staub Acetonitril enthalten könnte. Insgesamt also unterscheidet sich die Oberfläche vom Inneren des Kometen. Und es ist ein weiterer Punkt für die verbreitete Annahme, dass Kollisionen mit anderen Himmelsobjekten die Bausteine des Lebens auf die Erde brachten, erklärt A'Hearn.

Horst Uwe Keller vom Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung in Katlenburg-Lindau und seine Kollegen hatten die Raumsonde Rosetta, die sich auf dem Weg zum Kometen Churyumov-Gerasimenko befindet, das Geschehen aus achzig Millionen Kilometern Entfernung verfolgen lassen – und das über gute zwei Wochen hinweg. Auch ihre Osiris-Instrumente registrierten eine immense Staubmenge, deren Teilchen sich – beschleunigt durch den Gasausstoß – mit über 160 Metern pro Sekunde ausbreiteten. Zudem beobachteten sie mehr Wasserdampf, als allein durch den Aufprall sublimieren konnte. Die Wissenschaftler vermuten daher, dass das weggeschleuderte Material seine enthaltenen Eisvorräte weit gehend mitriss. Außerdem beobachteten die Forscher einen erhöhten Gehalt an CN-Radikalen in der Wolke im Vergleich zu den sonst produzierten Gasemissionen [2].

Entwicklung der Gas- und StaubwolkeLaden...
Entwicklung der Gas- und Staubwolke | Eine Bildsequenz von Deep Impact: Sie zeigt, wie sich die Staub- und Gaswolke nach dem Aufprall des Impaktors entwickelte.
Die halbmondförmige Wolke hatte sich erst über zwanzig Stunden nach dem Impakt von dem Kometen gelöst und sich durch den Strahlungsdruck der Sonne zu einem nach Westen weisenden Bogen umgeformt. Mit weiterer Distanz zu Tempel 1 wurde sie zunehmend schwächer. Nach drei Tagen war der Staub 150 000 Kilometer von dem Kern des Kometen entfernt, Spuren von Partikeln ließen sich noch sieben Tage nach dem Einschlag nachweisen.

Schnelle Genesung

Zu guter Letzt verfolgten auch zahlreiche erdgebundene Teleskope den kosmischen Auffahrunfall. Ihren Daten zufolge entstand tatsächlich mehr Staub als in den zuvor betrachteten natürlichen Ausbrüchen: Etwa tausend Tonnen wurden ins All gespuckt – eine Menge, für die Tempel 1 normalerweise zehn Stunden benötigt. Und sie bestätigten auch die andere chemische Zusammensetzung des Materials. Allerdings leiten Karen Meech von der Universität von Hawaii und ihre Kollegen aus dem hohen Staubanteil ab, dass die obersten Schichten des Kometen recht arm an Gasen sein müssen. Sie widersprechen damit A'Hearn und seinen Mitarbeitern, die aus der verblüffenden Vielfalt und Ausbeute verschiedener nachgewiesener Substanzen direkt nach dem Einschlag auf große, oberflächennahe Eisvorräte mit darin gespeicherten Gasen geschlossen hatten [3].

Die Helligkeitsanalyse zeigt, dass der Komet in der Minute nach dem Impakt zunächst stark aufleuchtete. In den folgenden sechs Minuten legte er zwar weiterhin an Helligkeit zu, aber weniger ausgeprägt. Dann verstärkte sich der Effekt noch einmal für die nächsten 10 bis 15 Minuten, bevor er auf diesem Niveau blieb. Nach 45 Minuten schließlich nahm die Helligkeit langsam ab.

Ein Langzeiteffekt hatte der Impakt aber offenbar nicht: Nach einem kurzzeitigen Aktivitätseinbruch, benahm sich Tempel 1 schon am 9. Juli 2005 wieder wie gewohnt, er hatte keine neuen Jets gebildet oder die Form seiner Koma geändert, und auch die Wolke war für die Erdbeobachter nicht mehr zu sehen. Eine schnelle Genesung – aber schließlich war ja nur ein Elefant über eine Mücke gestolpert.
08.09.2005

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum - Die Woche, 08.09.2005

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