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Raumfahrt: Flüchtige Blicke auf das Herz des Kometen

Anfang November wird die Sonde Deep Impact den Kometen 103P/Hartley 2 knapp verfehlen. Der Vorbeiflug soll eigentlich ein paar alte Kometenrätsel lösen, Astronomen erwarten aber auch schon neue Unerklärlichkeiten.
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Mittlerweile ist uns der Ablauf schon recht geläufig: Ein winziger Funken auf den Instrumenten der Weltraumsonde wird erst zum verwaschenen Lichtklecks, bald immer heller und größer, und dann plötzlich stößt die Sonde durch eine ionisierte Nebelbank. Im Dunst erspäht die Kamera schließlich einen düsteren gefrorenen Klumpen – den gut versteckten Kern eines Kometen, einen der merkwürdigsten und am wenigsten verstandenen Himmelskörper im Sonnensystem.

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Vorbeiflugplan: EPOXI bei Hartley 2 | Um Schwung für die Reise zum Kometen Hartley 2 zu holen, ist die EPOXI-Sonde (ehemals "Deep Impact") gleich zweimal an der Erde vorbeigeflogen – die Schwerkraft hat das Raumfahrzeug dabei in die gewünschte Richtung beschleunigt. Anfang November 2010 steht nun endlich das Rendezvous von Sonde und Schweifstern auf dem Programm.
Seit 1986, als ein ganzer Schwarm von Raumfahrzeugen am Kometen Halley vorbeirauschte, sind die Kerne von vier verschiedenen Kometen erfolgreich beim Fly-by abgelichtet und untersucht worden. Aber statt eine einfache, überzeugende und allgemein gültige Erklärung zu liefern, zeichneten die Rendezvous ein erstaunlich vielfältiges Bild von Eigentümlichkeiten und Abläufen. Und wenn alles nach Plan läuft, wird diese schillernde Bild am 4. November noch einmal angereichert – sobald die NASA-Sonde EPOXI den Kometen Hartley 2 in einem Abstand von 700 Kilometern passiert hat. "Es scheint so, als ob wir an jedem neuen Kometen auch neue Phänomene entdecken", sagt Lori Feaga, Astronomin an der University of Maryland in College Park, Mitglied des wissenschaftlichen Teams der Mission.

Einen Ehrenplatz in den Annalen der Kometenforschung hat sich EPOXI schon jetzt gesichert. Unter ihrem alten Namen "Deep Impact" hatte die Sonde 2005 ein Projektil auf den Kern des Kometen Temple 1 abgefeuert, um dann den Schutt des Explosionsauswurfs zu untersuchen.
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13 Sekunden danach | Mit zehn Kilometer pro Sekunde raste das von Deep Impact abgefeuerte Geschoss in den Kometen Tempel 1. Auf diesem Bild setzt sich die aufsteigende Staubwolke deutlich vom restlichen Gestein ab.
Seit damals war sie dann im Auftrag der "Deep Impact Extended Investigation" (Dixi) auf Kurs zu Hartley 2. Während ihrer fünfjährigen Reise nutzte sie ihre Kameraaugen, um ferne Sterne nach Spuren von transitierenden Exoplaneten zu untersuchen, ein Projekt mit dem Namen "Extrasolar Planet Observation and Characterisation Investigation" (EPOCh). Die aktuelle Missionsbezeichnung setzt sich aus Teilen beider Akronyme zusammen.

Hartley 2 hat der Wissenschaft mit seinem Verhalten schon Rätsel gestellt: Er unterscheide sich grundlegend von dem, was andere Kometen an den Tag legen, sagt Michael A'Hearn, Astronom an der University of Maryland und wie schon beim Deep-Impact-Rendezvous wissenschaftlicher Leiter der Mission. Beim Observieren des angesteuerten Ziels fiel im September auf, dass Hartleys Ausstoß von Dizyan – einem Abbauprodukt von Zyaniden – über eine Periode von acht Tagen auf das Fünffache angestiegen war, um dann allmählich wieder auf das Ausgangsniveau zurückzufallen. Derartige Ausgasungsereignisse laufen auf Kometen normalerweise explosiv ab und bringen Staub mit sich – diese hier jedoch nicht, und das EPOXI-Team fragt sich immer noch, wie man die Beobachtung erklären kann, so A'Hearn.

Die Astronomin Anita Cochran von der University of Texas in Austin, die Hartley 2 mit Teleskopen von der Erde aus beobachtet, ergänzt, dass der Kometenkern mit seinem Durchmesser von einem Kilometer genauso viel Wasser ausstoße wie Temple 1, der eine fast zehnmal größere Oberfläche hat. Sie vermutet, dass die gesamte Oberfläche von Hartley 2 siedet und ausgast, während größere Kometenkerne isolierte Gas- und Staubfontänen produzieren. Die EPOXI-Forscher würden gerne einen Grund dafür ermitteln.

"Kometen sind wirklich unbekanntes Terrain"
(David Jewitt)
Derart große Unterschiede im Aussehen und Verhalten sähen Zweifel daran, dass wirklich alle Kometen eine gemeinsam durchlaufene Vergangenheit haben. Grob verallgemeinert hatte man sie als Ansammlung von gefrorenen flüchtigen Substanzen und Felsschutt betrachtet, der bei der Entstehung des äußeren Sonnensystems übrig geblieben war – als Fossile, die wichtige Informationen der Bedingungen konservieren, in denen die äußeren Planeten entstanden sind. Mit jedem dichten Vorbeiflug wird das Bild aber vielschichtiger.

Die Stardust-Mission zum Beispiel, die beim Durchflug des Schweifs von Komet Wild 2 im Jahr 2004 Material sammelte und dann zur Erde transportierte, hat Mineralien entdeckt, die nur bei hohen Temperaturen entstehen können. Das lässt Forscher nun fragen, ob einige Kometen nicht näher an der Sonne entstanden sind als bisher gedacht.

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Kometenbesuche | Seit im Jahr 1986 der Besuch des Kometen Halley anstand, sind auch die Schweifsterne Borrelly, Wild 2 und Temple 1 aus relativer Nähe unter die Lupe genommen worden. Dabei offenbarten sich deutliche Unterschiede: Halley, der erste und größte (16 Kilometer) Kometenkern, der abgelichtet wurde, hat eine nahezu kohlrabenschwarze Oberfläche und strahlend helle Jets. Dagegen deutet die Flickenteppichoberfläche von Borrelly eher auf eine variable Zusammensetzung hin. Statt wie erwartet Eis zu finden, entdeckten die Forscher eine warme, trockene Oberfläche. Wild 2 weist merkwürdige Grubennarben auf – der Staub des Kometenkerns enthält Mineralien, die offenbar näher an der Sonne entstanden, als man das auf einem Kometen für möglich gehalten hatte. Temple 1 ist der bislang am schärfsten abgelichtete Kern – auf ihm entdeckte man Spuren von Kryovulkanismus und Eis. Seine Oberfläche ist noch bröseliger als Schnee, wie eine Beprobung ergab.
Deep Impact seinerseits hat 60 kreisförmige Vertiefungen auf dem Kometen Temple 1 ausgemacht, die wie Einschlagkrater aussehen, erklärt A'Hearn. Nur: Die Sonneneinstrahlung lässt bei jedem Orbit rund einen halben Meter der Oberfläche verdampfen, weshalb die Einschlagspuren eigentlich rasch verschwunden sein sollten. Irgendein anderer Vorgang, so A'Hearn, müsse für die Vertiefungen verantwortlich sein.

Auf der Oberfläche von Tempel 1 finden sich zudem Spuren, die ganz wie kryovulkanische Ergüsse aussehen, die beim Austritt von wärmerem, weicherem Eis des Kometeninneren auf die gefrorene Oberfläche entstehen. "Das scheint darauf hinzudeuten, dass das Innere einiger Kometenkerne aktiv ist", erklärt Michael Belton, ein emeritierter Astronom vom Kitt Peak National Observatory in Arizona. Belton und andere Forscher arbeiten noch an Theorien, die erklären, wie Kryovulkanismus auf derart kleinen und kalten Körper entstehen kann.

In den kommenden fünf Jahren werden neue Missionen dann wahrscheinlich noch mehr Einzelheiten zum komplizierten Gesamtbild beisteuern. Die Stardust-Mission – in NexT umgetauft – soll planmäßig im Februar 2011 Temple 1 erneut besuchen und herausfinden, wie er jetzt aussieht, fünf Jahre nach der Deep-Impact-Inspektion. Wieder drei Jahre später müsste die europäische Rosetta-Mission dann den Kometen Churyumov-Gerasimenko erreichen, um als erstes Raumfahrzeug in den Orbit um einen Kometenkern einzuschwenken und einen Lander abzusetzen.

Danach könnte die in den letzten Jahren florierende Kometenforschung einschlafen, falls nicht neue Missionen zur Triebfeder neuer Entdeckungen werden. Es liegt in der Natur der Sache, dass solche Programme dann schwieriger und kostspieliger sein dürften – schließlich sähen sie Höchstleitungen vor wie Bohrungen auf dem Kometenkern und würden viel weitere Strecken zurücklegen müssen. Auf dem Wunschzettel stünde etwa eine Reise zum Ursprung der Kometen jenseits der Neptunbahn, um einen Blick auf Kometen zu werfen, deren jungfräulicher Urzustand sich noch nicht durch allzu viele sonnennahe Passagen verändert hat.

Für viele Wissenschaftler bleiben Kometen weiterhin eine ebenso kostspielige wie wertvolle Informationsquelle. "Erklärtes Ziel der NASA bleibt die Erforschung des Sonnensystems", meint der Astronom David Jewitt von der University of California in Los Angeles, "also darf man nicht nur zum Mond und Mars fliegen, sondern muss auch unbekannte Orte erkunden." Und Kometen, ergänzt er, "sind in der Tat unbekanntes Terrain".
43. KW 2010

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum - Die Woche, 43. KW 2010

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