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Deep Impact: Eisige Staubbälle statt schmutzige Schneebälle?

Als die Nasa am 4. Juli 2005 ein Projektil in den Kometen Tempel 1 schoss, um Kometenmaterial in den Weltraum zu schleudern, da sahen auch die Osiris-Kameras an Bord der Esa-Kometensonde Rosetta aufmerksam zu. Aus den Messungen des Auswurfs schließen Forscher jetzt, dass der Komet mehr Staub als Wasser enthält.
Im Visier: Deep Impact im Anflug auf Tempel 1Laden...
Das besondere Feiertags-Feuerwerk der Nasa – der Aufprall des Kometen Tempel 1 auf einen im Weg positionierten Metallblock – hatte internationale Zuschauer: Über 70 Teleskope und die Raumsonde Rosetta verfolgten das Geschehen. So konnten Forscher um Michael Küppers vom Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung die Folgen des Einschlags des 380 Kilogramm schweren Kupfer-Projektils, das mit einer Geschwindigkeit von 10 Kilometern pro Sekunde in die Kometenoberfläche gerast war, beobachten und die Daten mit denen der normalen Koma – des "Schweifs" – des Kometen vor und nach dem Ereignis vergleichen.

Entwicklung des KometenstaubsLaden...
Entwicklung des Kometenstaubs | Entwicklung des Kometenstaubs. Links ist das Bild des Kometen vor dem Einschlag zu sehen, rechts ein Bildausschnitt zehn Minuten vor dem Einschlag sowie 21 Stunden und 47 Stunden danach. Die projizierte Richtung zur Sonne ist nach oben, die Bewegungsrichtung des Kometen und des Projektils sind eingezeichnet.
Die Koma besteht vor allem aus Wasserdampf und Staub, die durch Sonneneinstrahlung von der Oberfläche des Kometen abgelöst werden. Das Eis geht dabei in den gasförmigen Zustand über, ohne zu verflüssigen; es sublimiert. Die frei werdenden Moleküle werden schneller, reißen die Staubteilchen mit und beschleunigen sie zusätzlich. Der Staub in der Koma ist sichtbar, da er das Sonnenlicht reflektiert. Der beim Einschlag freigesetzte Staub wurde mit der Telekamera (Narrow Angle Camera) von Osiris mit einer Auflösung am Kometen von 3000 Kilometer aufgenommen.

Die Tage danachLaden...
Die Tage danach | Entwicklung des Kometenstaubs bis drei Tage nach dem Einschlag. Bilder des Kometen vor dem Einschlag wurden von den Bildern subtrahiert, sodass nur die beim Einschlag erzeugte Wolke sichtbar ist. Die projizierte Richtung zur Sonne ist nach oben, v zeigt die Bewegungsrichtung des Kometen an.
In den Stunden und Tagen nach dem Einschlag zeigte sich der zusätzliche Staub durch einen Helligkeitszuwachs in der Koma des Kometen: Es bildete sich zunächst eine Wolke, die auf Grund der Geometrie des Auswurfs aus dem Krater halbkreisförmig war. Später wurde der Staub durch den Strahlungsdruck der Sonne von der Sonne weg beschleunigt. Aus der Entfernung der Staubwolke vom Kern in verschiedenen Bildern kann man die Geschwindigkeit des Staubs abschätzen: Die Staubteilchen entfernten sich mit einer typischen Geschwindigkeit von etwa 110 Metern pro Sekunde vom Kern, die schnellsten Teilchen mit mindestens 300 Metern pro Sekunde.

HelligkeitsentwicklungLaden...
Helligkeitsentwicklung | Helligkeitsentwicklung der inneren Koma des Kometen (kreisförmiger Bereich um den Kern mit 3000 Kilometer Radius). Nach dem Einschlag nimmt die Helligkeit durch die Entstehung der Staubwolke zunächst schnell zu. Nach etwa zwei Stunden beginnt sie wieder abzunehmen, wenn die sich ausdehnende Wolke den Bereich um den Kern verlässt.
Der Anstieg der Helligkeit durch den beim Einschlag erzeugten Staub dauerte ungefähr vierzig Minuten. Die Forscher vermuten, dass ein Großteil des Materials den Kometenkern beim Einschlag als eishaltige Staubkörner (icy grains) verlassen hat. Danach waren die einzelnen Körner dem Sonnenlicht ausgesetzt und sublimierten. Der Staub in den Körnern zerbröselte bei diesem Prozess. Mehr Staub hat eine größere Oberfläche und reflektiert so mehr Sonnenlicht; so steigt die Helligkeit an.

Die Wassermoleküle (H2O) werden durch die ultraviolette Strahlung der Sonne zerlegt, größtenteils in OH- und H-Radikale. Die OH-Radikale fluoreszieren und konnten daher mit der Weitwinkelkamera von Osiris gemessen werden. Daraus wurde die beim Einschlag erzeugte Menge von Wasser berechnet. Sie ist mit 4500 Tonnen deutlich geringer als die geschätzte Gesamtmasse der Staubteilchen, die aus der Helligkeit des Staubes bestimmt wird. Die Forscher vermuten daher, dass die Vorstellung vom Kometen als einem "schmutzigen Schneeball" aus den 1950er Jahren wohl korrigiert werden sollte – Tempel 1 hat sich eher als "eisiger Staubball" entpuppt.

Die Kameras gaben noch weiteren Einblick ins Innere des Kometen: Das Molekül-Radikal CN kommt im Auswurf des Einschlags relativ zum Wasser etwas häufiger vor als in der normalen Koma vor und nach dem Einschlag. Daraus lässt sich schließen, dass es sich das Innere des Kometenkerns chemisch anders zusammensetzt als seine Oberfläche. Und: In den Stunden und Tagen nach dem Einschlag wurde keine erhöhte Aktivität des Kometen Tempel 1 entdeckt. Die Forscher vermuten daher, dass die bei Kometen häufig beobachteten Helligkeitsausbrüche nicht von Meteoriteneinschlägen verursacht werden.
14.10.2005

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum - Die Woche, 14.10.2005

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