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Kometen: Staubwedeln im All

Der von der Raumsonde Stardust zur Erde getragene Kometenstaub wirbelt nun eigens Staub auf - denn was er verrät, verblüfft die Wissenschaft. Die eisigen Himmelskörper scheinen eine viel komplexere Geschichte zu haben, als bislang angenommen.
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Früher galten Kometen oftmals als Unglücksboten, heute werden sie aufgrund ihrer ästhetischen Erscheinung viel mehr geschätzt als verteufelt. Dekoriert mit einem schimmernden Schweif reisen sie durch das nahe Sonnensystem. Ihr natürlicher Lebensraum ist das allerdings nicht. Denn eigentlich stammen sie aus den finsteren und kalten Gegenden jenseits der Neptunbahn.

Auch der Komet Wild 2, benannt nach seinem Entdecker Paul Wild, ist in den äußersten Regionen des Sonnensystems entstanden. Hier verharrte der eisige Klumpen mit einem Durchmesser von mehreren Kilometern für etwa 4,5 Milliarden Jahre, bis er 1974 so nahe an Jupiter vorbeiflog, dass dessen Gravitation ihn auf einen Orbit zwischen Mars und Jupiter schickte. Auf seinem Weg gen Sonne begann der eisige Koloss zu schmelzen – und mitsamt dem Eis verdampften auch darin eingebettete Substanzen, die fortan eine große Gas- und Staubwolke formten, Koma genannt.

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Wild 2 | Der Komet Wild 2 – ein großer Brocken aus Staub und Eis mit einem Durchmesser von 4,5 Kilometern
Doch der Schweif von Wild 2 interessierte die Wissenschaftler nicht seiner Schönheit wegen – es ging ihnen um seinen Inhalt. 1999 starteten sie die Raumsonde Stardust, die nach fünf Jahren, hinter dem Marsorbit, auf Wild 2 traf. Das über zweihundert Millionen Dollar teure Projekt sollte erstmals Teilchen eines Kometen einfangen und zurück zur Erde bringen.

Doch diese besaßen etwa die sechsfache Geschwindigkeit einer Gewehrkugel. Um ihre Struktur und Zusammensetzung beim Einschlag nicht zu verändern, erdachten die Wissenschaftler ein spezielles Aerogel – eine hochporöse, schwammartige Silikatstruktur, die zu 99 Prozent aus Hohlräumen besteht und die Partikel relativ sanft abbremst.

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Der Staubsammler | Der Staubkollektor der Raumsonde Stardust bestand aus einer Vielzahl solcher Aerogelblöcke, die in Aluminium-Zellen befestigt waren.
Ein weiteres Jahr verging, bis Stardust nach mehr als 4,5 Milliarden zurückgelegten Kilometern im Januar 2006 auf die Erde zurückkehrte. Im Gepäck: tausende kleine Teilchen aus der Koma von Wild 2.

Über zweihundert Wissenschaftler in fünfzig Laboren dieser Erde machten sich sofort an die Arbeit. Mit Massenspektrometern, Elektronenmikroskopen und anderen technischen Raffinessen rückten die Forscher den Proben zu Leibe. Im Gel hinterließen die Partikel mit Größen von wenigen Nanometern bis hin zu Hunderten von Mikrometern überraschend unterschiedliche millimeterlange Spuren, die den Forschern eine Menge über die physikalischen Eigenschaften verrieten.

Umdenken ist angesagt

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Teilchenspuren in Aerogel | Die größeren Partikel formten im Aerogel wurzelähnliche Löcher, während die kleineren Komponenten näher am oberen Ende gestoppt wurden und knollenförmige Hohlräume formten. Die größten Materialspuren sind zwei Zentimeter lang und einen halben Zentimeter breit.
Auf Grund ihres Geburtsortes sollten Kometen aus Material bestehen, das sich bei kalten Temperaturen bildete, also aus interstellarem Staub und Eis. Laut der jetzigen Analyse ist diese Theorie aber nur zu neunzig Prozent richtig. Denn in den Proben fanden sich Materialien, die nur bei enormer Hitze entstehen. So etwa eine Kalzium-Aluminium-Inklusion, ein seltenes Material, das auch in einigen Meteoriten enthalten ist. "Es zeigte sich schon im zweiten Teilchen, das wir untersuchten", erzählt der leitende Wissenschaftler der Stardust-Mission, Donald Brownlee von der Universität von Washington.

Im Laufe der Analyse stießen die Forscher auch auf andere Mineralien, die sich in Sonnennähe gebildet haben müssen. So etwa auf Olivine, die vorwiegend aus Magnesium bestanden, und Minerale der Pyroxen-Gruppe. Etwa zehn Prozent des Kometenmaterials, so schätzen die Forscher, formte sich im Inneren des Sonnensystems und musste danach in die äußeren Regionen transportiert worden sein. Diese Aufgabe könnten bislang hypothetische bipolare Materiestrahlen aus der frühen Sonne übernommen habem, die Material in die entlegensten Gegenden schleuderten, meint Michael Zolensky vom Johnson Space Center (JSC) in Houston. Damit wäre es vor etwa 4,5 Milliarden Jahren viel turbulenter zugegangen, als bislang vermutet.

Eine andere Option wäre, dass die Minerale mit heißer Vergangenheit um einen anderen Stern entstanden sind. Ob das der Fall ist, lässt sich anhand ihrer Isotopen-Häufigkeit überprüfen, denn bei anderen Sternen würde diese von derjenigen im Sonnensystem abweichen. Forscher der Washington-Universität in St. Louis zeigten, dass ein Partikel tatsächlich älter war als die Sonne und damit von einem anderen Stern stammen musste. Da bis jetzt nur eines dieser Teilchen in den Kometenproben gefunden wurde, wäre es wohl zu früh, weitreichende Schlüsse zu ziehen, meint Ernst Zinner vom Team der Washington-Universität.

Viele offene Fragen

Einen anderen viel versprechenden Anhaltspunkt liefern organische Materialien, also Kohlenstoff-Verbindungen enthaltende Partikel. "Kometen stehen im Verdacht, Wasser und organische Materie auf die junge Erde gebracht zu haben", erläutert Lindsay Keller, Wissenschaftlerin der Nasa am JSC. Ein Teil der analysierten organischen Substanzen unterscheidet sich von bislang untersuchten extraterrestrischen Partikeln. Sie seien weniger komplex als diejenigen in Meteoriten. Einige Ähnlichkeiten deuten allerdings darauf hin, dass diese Materie nicht vollkommen fremd ist in unserem Sonnensystem, auch wenn ihr genauer Ursprung unklar bleibt.

Doch damit reiht es sich nur in eine von vielen neu aufgeworfenen Fragestellungen über das frühe Sonnensystem ein, deren Antworten vielleicht in diesen winzigen Staubteilchen stecken. Die bislang erbrachten Ergebnisse seien nur der Anfang von dem, was die Proben an möglichen Überraschungen bereithalten, sind sich die Forscher einig.

Wer bei der Auswertung behilflich sein möchte, kann dies im Internet bei Stardust@home. Es gilt, interstellare Staubteilchen, geschätzte 45, unter den unzähligen Kometenteilchen aufzuspüren. Zu diesem Zweck stehen über eine Million Bilder auf der Webseite der Universität Berkeley zur Ansicht bereit. "Die Teilchen zu finden, ähnelt der Suche nach 45 Ameisen auf einem Fußballfeld", ermuntern die Forscher.
16.12.2006

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum - Die Woche, 16.12.2006

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