Der Raumsonde Rosetta ist es erstmals gelungen, in der Umgebung eines Kometen molekularen Stickstoff nachzuweisen. Die daraus abzuleitenden Erkenntnisse könnten wichtige Erkenntnisse über die Entstehungsgeschichte unseres Sonnensystems liefern. Ergebnislos verlief dagegen die bisherige Suche nach einem Lebenszeichen von dem Kometenlander Philae.
Erstellt von Ralph-Mirko Richter. Quelle: DLR, ESA, Science
am 13. Dezember 2014 angefertigt. Die
eingezeichnete Ellipse markiert das wahrscheinliche
Landegebiet von Philae, dessen exakter Standort
immer noch nicht ermittelt werden konnte. Der
Orbiter befand sich dabei einer Entfernung von
20 Kilometern über dem finalen Landegebiet von
Philae. Der Lander würde aus dieser Entfernung
lediglich etwa drei Pixel breit erscheinen.
(Bild: ESA, Rosetta, MPS for OSIRIS-Team MPS,
UPD, LAM, IAA, SSO, INTA, UPM, DASP, IDA)
Nach einem mehr als zehn Jahre andauernden Flug erreichte die von der europäischen Weltraumagentur ESA betriebene Raumsonde Rosetta am 6. August 2014 das Ziel ihrer Reise – den Kometen 67P/Tschurjumow-Gerassimenko (der Einfachheit halber ab hier als „67P“ abgekürzt). Seitdem ‚begleitet‘ Rosetta diesen Kometen auf seinem weiteren Weg in das innere Sonnensystem und untersucht dieses Relikt aus der Entstehungsphase unseres Sonnensystems dabei intensiv mit elf wissenschaftlichen Instrumenten.
Kometen bewegen sich auf stark elliptischen Umlaufbahnen um die Sonne. Den Großteil ihrer Existenz fristen diese auch als ’schmutzige Schneebälle‘ bezeichneten Objekte dabei fernab der Sonne als kalte, nahezu unveränderliche Brocken, die im Wesentlichen aus Wassereis, Staub- und Gesteinspartikeln sowie verschiedenen gefrorenen Gasen wie zum Beispiel Kohlenstoffdioxid, Methan und Ammoniak bestehen. Die Kometen sind wahrscheinlich die ältesten und weitgehend unverändert gebliebenen Überreste einer gigantischen, protosolaren Staubscheibe, aus der sich vor etwa 4,64 Milliarden unser Sonnensystem gebildet hat. In den Kometen ist diese Materie aus der Entstehungszeit unseres Sonnensystems dabei bis in die Gegenwart wie in einer ‚kosmischen Tiefkühltruhe‘ konserviert. Das Hauptziel der Rosetta-Mission, so die beteiligten Wissenschaftler, besteht darin, durch die Untersuchung der zu ermittelnden chemischen und physikalischen Eigenschaften des Kometen 67P ein noch besseres Verständnis über die Entstehungs- und Entwicklungsgeschichte unseres Sonnensystems zu erlangen.
Die Suche nach dem Lander Philae
Dabei kam bereits Mitte November 2014 auch der von der Raumsonde Rosetta mitgeführte Kometenlander Philae zu Einsatz, der nach seiner Landung über einen Zeitraum von mehr als 54 Stunden eine Vielzahl an Messungen durchführen. Die dabei gesammelten Daten der zehn Instrumente des Landers wurden regelmäßig bei jedem sich öffnenden Kommunikationsfenster an die Erde übertragen, bevor die Energiereserven am 15. November so weit erschöpft waren, dass sich Philae um 01:36 MEZ in einen ‚Schlafmodus‘ versetzte.
Kometen 67P/Tschurjumow-Gerassimenko zeigt
die wahrscheinliche Position und Ausrichtung des
Landers Philae.
(Bild: ESA, Rosetta, Philae, CNES, FD)
Aufgrund der zunehmenden Annäherung des Kometen 67P an die Sonne verbessern sich im Bereich des Standortes von Philae die dort gegebenen Beleuchtungs- und Temperaturbedingungen jetzt allerdings immer mehr. Hierdurch bedingt könnte in Zukunft wieder ausreichend Sonnenlicht zur Verfügung stehen, damit der für seine Stromversorgung auf die Sonnenenergie angewiesene Lander Philae aus seinem Winterschlaf erwacht und sich reaktiviert.
Deshalb wurde am 12. März 2015 um 05:00 MEZ erstmals die Kommunikationseinheit des Rosetta-Orbiters aktiviert, um den Versuch einer Kontaktaufnahme mit dem Lander durchzuführen (Raumfahrer.net berichtete). Allerdings blieben diese Versuche bisher erfolglos. Es ist zwar möglich, dass Philae die Kommunikationsversuche des Orbiters registriert hat, jedoch noch zu wenig Energie zur Verfügung hatte, um darauf zu reagieren. Am 20. März 2015 wurde deshalb die Kommunikationseinheit des Rosetta-Orbiters um 05:00 MEZ zunächst wieder deaktiviert.
„Es war ein sehr früher Versuch, den wir solange wiederholen werden, bis wir eine Rückmeldung von Philae erhalten“, so der für den Betrieb des Kometenlanders zuständige Projektleiter Dr. Stephan Ulamec vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR). Den nächste Versuch einer Kontaktaufnahme mit dem Kometenlander plant das hierfür zuständige Team des DLR jetzt für die erste Aprilhälfte. Hierbei müssen sich Orbiter und Lander jedoch zueinander in einer Konstellation befinden, welche den Kontakt überhaupt ermöglicht. Zudem muss Philae während dieser Kommunikationsfenster direkt im Sonnenlicht stehen, um das Signal des Orbiters mit ausreichend Energie zu empfangen und eventuell darauf zu antworten.
„Diese Bedingungen müssen immer mindestens über 45 Minuten andauern, denn Philae schaltet nach seinem Aufwachen seinen Empfänger nur alle 30 Minuten an“, so Dr. Koen Geurts vom DLR.
Dieses Aufwachen könnte Philae im April sogar etwas leichter fallen, denn das Team des Lander-Kontrollzentrums schickte in den vergangenen Tagen insgesamt sechs Mal Kommandosequenzen an den Lander, durch deren Umsetzung eine möglichst effektive Einteilung und Nutzung der zwischenzeitlich zu gewinnenden Sonnenenergie ermöglicht werden soll. Zum letzten Mal erhielt der Lander am 17. März 2015 gegen 12:30 MEZ die „blinde Kommandierung“, seine Energieversorgung zu optimieren.
„Wir wissen, dass die Kommunikationseinheit des Orbiters funktioniert hat – ob Philae die neuen Kommandos empfangen hat, wissen wir allerdings nicht“, so Dr. Geurts weiter. Sollte der Lander bereits ‚wach‘ gewesen sein und lediglich noch nicht genügend Energie für eine Rückmeldung zur Verfügung gehabt haben, so könnte er diese Befehle dennoch empfangen und ausführt haben. Spätestens im Sommer 2015, wenn der Komet 67P auf seiner Umlaufbahn der Sonne nochmals bedeutend näher gekommen ist, hofft das Philae-Team auf ein Lebenszeichen des Kometenlanders – und auf eine danach erfolgende Fortsetzung der direkten Untersuchung der Kometenoberfläche mit den von Philae mitgeführten Instrumenten.
der erstmalige Nachweis von molekularem Stickstoff
in der Umgebung eines Kometen.
(Bild: Rosetta: ESA, ATG medialab; Komet: ESA,
Rosetta, NavCam – CC BY-SA IGO 3.0;
Daten: Rubin et al. (2015))
Erstmals detektiert: Molekularer Stickstoff bei einem Kometen
In der Zwischenzeit sind die an der Rosetta-Mission beteiligten Wissenschaftler damit beschäftigt, die mit den Instrumenten des Kometenorbiters gesammelten Daten auszuwerten. Bei einem dieser Instrumente handelt es sich um den Instrumentenkomplex ROSINA (kurz für „Rosetta Orbiter Spectrometer for Ion and Neutral Analysis“). ROSINA ist ein aus zwei Massespektrometern sowie einem Drucksensor bestehendes Instrumentenpaket, welches die chemische Zusammensetzung der in der Koma enthaltenen Partikel, deren Isotopenverhältnisse sowie die Temperatur und Geschwindigkeit der von dem Kometen entweichenden Gasmoleküle bestimmt.
Bereits im September 2014 konnten mit diesem Instrument Wasserdampf, Kohlenstoffmonoxid, Kohlenstoffdioxid, Ammoniak, Methan und Methanol nachgewiesen werden. In der Folgezeit gelang den beteiligten Wissenschaftlern mit dem ROSINA-Instrument zudem auch der Nachweis von Formaldehyd, Schwefelwasserstoff, Cyanwasserstoff, Schwefeldioxid und Kohlenstoffdisulfid, welche von 67P freigegeben werden.
Erst kürzlich ist es den für den Betrieb von ROSINA zuständigen Wissenschaftlern zudem gelungen, im Rahmen der Untersuchung von 67P überhaupt erstmals in der Umgebung eines Kometen auch molekularen Stickstoff direkt nachzuweisen. Dieser Nachweis basiert auf 138 Messungen, welche zwischen dem 17. und dem 23. Oktober 2014 mit dem Instrument durchgeführt wurden. Laut der thermochemikalischen Modelle zur Entstehung unseres Sonnensystems trat Stickstoff während der Bildungsphase unseres Sonnensystems wahrscheinlich in erster Linie in molekularer Form auf. Die Gasplaneten des Sonnensystems, welche sich im Bereich des äußeren Sonnensystems formten, dürften den Großteil des in der Gegenwart dort vorhandenen Stickstoffs einstmals in dieser molekularen Form ‚eingesammelt‘ haben. Auch der Zwergplanet Pluto und der Neptun-Mond Triton, welche sich ebenfalls im äußeren Sonnensystem gebildet haben dürften, weisen in den Atmosphären und auf den Oberflächen signifikante Anteile an molekularem Stickstoff auf.
Bei verschiedenen Kometen der sogenannten Jupiter-Familie, der auch der Komet 67P angehört und die sich laut den Theorien über die Entstehung des Sonnensystems ebenfalls in den äußeren Regionen gebildet haben, konnte Stickstoff dagegen im Rahmen von spektroskopischen Untersuchungen bisher lediglich als Bestandteil verschiedener chemischer Verbindungen wie etwa Blausäure oder Ammoniak nachgewiesen werden.
Raumsonde Rosetta wurde am 14. März 2015
aus einer Entfernung von etwa 85,7 Kilometern
zum Zentrum des Kometen 67P angefertigt.
Das Foto zeigt die immer weiter zunehmende
Aktivität des Kometen. Die Auflösung liegt bei
7,3 Metern pro Pixel.
(Bild: ESA, Rosetta, NavCam – CC BY-SA IGO 3.0)
„Der Nachweis von molekularem Stickstoff liefert uns wichtige Informationen über die Bedingungen, unter denen sich der Komet einstmals gebildet hat, denn es bedarf sehr niedriger Temperaturen, damit der Stickstoff in Eis gebunden wird“, so Martin Rubin von der Universität Bern.
Durch die Ermittlung des bei 67P gegebenen Mengenverhältnisses von molekularem Stickstoff zu Kohlenstoffmonoxid gelangten die Wissenschaftler zu dem Schluss, dass sich der Komet 67P einstmals unter Umgebungstemperaturen von minus 220 Grad Celsius bis hinunter zu etwa minus 253 Grad Celsius gebildet hat – Bedingungen, welche im Bereich des heutigen Kuiper-Gürtels vorherrschten, wo einstmals auch Pluto und Triton entstanden.
Kometen als Materiallieferanten für die Erdatmosphäre?
Verschiedene Theorien besagen, dass Kometen, welche in der Frühphase unseres Sonnensystems während des Großen Bombardements in großer Zahl auf der Erde einschlugen, die Lieferanten für das auf der Erde vorhandene Wasser waren und möglicherweise auch organische Verbindungen zur Erde transportierten, welche eine entscheidende Rolle bei der Entstehung des Lebens spielten. Und auch bei der Ausbildung der Atmosphäre unseres Heimatplaneten könnten Kometen als ‚Materiallieferanten‘ gedient haben.
Eine kürzlich veröffentlichte Studie zeigte jedoch, dass es unwahrscheinlich ist, dass zumindestens die kurzperiodischen Kometen der Jupiter-Familie als nennenswerte Wasserlieferanten für die Erde in Frage kommen . Und auch als Lieferanten für den in der Erdatmosphäre mit einem Mengenanteil von 78 Prozent vertretenen Stickstoff scheiden diese Kometen wohl aufgrund eines abweichenden Isotopenverhältnisses aus, so Martin Rubin.
wurde am 14. März 2015 angefertigt – allerdings
rund sechs Stunden nach dem weiter oben
gezeigten Foto. Aus einer Entfernung von jetzt nur
noch etwa 81,4 Kilometern zum Zentrum des
Kometen liegt die Auflösung bei 6,9 Metern pro Pixel.
(Bild: ESA, Rosetta, NavCam – CC BY-SA IGO 3.0)
„Diese Entdeckung ist ein weiteres Puzzle-Teilchen bei der Untersuchung, welche Rolle die Kometen der Jupiter-Familie einstmals bei der Entwicklung des Sonnensystems spielten. Aber dieses Puzzle ist damit bei weitem noch nicht komplett“, so Matt Taylor, der wissenschaftliche Leiter der Rosetta-Mission von der ESA. Erst in etwa fünf Monaten wird der Komet 67P den sonnennächsten Punkt seiner Umlaufbahn erreichen. „Wir werden jetzt beobachten, wie sich die Zusammensetzung der Gase während der Annäherung ändert und daraus versuchen, weitere Schlüsse über die Vergangenheit dieses Kometen abzuleiten.“
Die hier kurz vorgestellten Forschungsergebnisse über den Nachweis von molekularem Stickstoff in der Umgebung des Kometen 67P wurden am 19. März 2015 von Martin Rubin et al. unter dem Titel „Molecular nitrogen in comet 67P/Churyumov-Gerasimenko indicates a low formation temperature“ in der Fachzeitschrift Science publiziert.
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