Herschel: Kometen als Wasserversorger?

Mit Hilfe des im Infraroten arbeitenden Weltraumteleskops Herschel der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) fand man heraus, dass es auf einem Kometen Wasser mit ziemlich genau der selben Isotopenzusammensetzung wie auf der Erde gibt. Die Entdeckung beflügelt Überlegungen, nach denen Kometen aus Wassereis für die Wasservorkommen auf der Erde verantwortlich sind.

Ein Beitrag von Thomas Weyrauch. Quelle: ESA. Vertont von Peter Rittinger.

ESA/AOES Medialab
Sonnensystem und Kometenbahnen – Illustration
(Bild: ESA/AOES Medialab)

Die eigentliche Quelle für die großen Wasservorkommen auf unserem Heimatplaneten wird heiß diskutiert. Während der Entstehung der Erde waren die Temperaturen derartig hoch, dass jedwedes eventuell vorhandenes Wasser auf jeden Fall verdampft wurde. Heute sind zwei Drittel der Oberfläche jedoch von Wasser bedeckt. Die für das Leben wie wir es kennen so wichtige Substanz muss nach dem Erkalten des jungen Planeten auf ihn gelangt sein.

Kometen könnten möglicherweise die natürliche Ursache sein: Sie sind letztlich nichts anderes als gigantische Eisberge, die auf Bahnen durch den Weltraum treiben, welche die der Planeten kreuzen können, weshalb Zusammenstöße nicht unwahrscheinlich sind. Mit genau solch einer Kollision endete die Existenz des Kometen Shoemaker-Levy 9 (offizielle Bezeichnung D/1993F2), als er dem Jupiter 1994 zu nahe kam. Als unser Sonnensystem jünger war, gab es mehr Kometen, die sicher in deutlich größerer Zahl auf die um die Sonne kreisenden Planeten stürzten.

ESA/Herschel HssO Consortium
Hartley 2 von Herschels Instrument PACS aus gesehen
(Bild: ESA/Herschel HssO Consortium)

Bis vor kurzem gab es keine astronomischen Beobachtungen, die die Idee, dass Kometen Wasser auf die Erde brachten, unterstützen konnten. Jetzt ist man einen Schritt weiter. Dabei liegt der Schlüssel in der Bestimmung des Gehaltes von Deuterium, einer schwereren Form von Wasserstoff, im Wasser.

Sämtliches Deuterium und und sämtlicher Wasserstoff im Universum entstanden nach aktuell gängiger Ansicht von heute aus betrachtet unmittelbar nach dem Urknall vor rund 13,7 Milliarden Jahren in einem ganz bestimmten Mengenverhältnis. In Wasser kann dieses Verhältnis je nach Ort des Wasservorkommens unterschiedlich sein. Beim Prozess der Bildung von Wassereis im Weltall können mehr oder weniger Deuteriumatome den Platz eines oder beider Wasserstoffatome im Wasser einnehmen, je nachdem, wie es gerade um die Umgebungsbedingungen bestellt ist.

Im Vergleich der Verhältnisse von Deuterium und Wasserstoff in Wasser unterschiedlicher Herkunft sehen Wissenschaftler eine Möglichkeit, Aussagen über die Herkunft des Wassers machen zu können.

Bei sämtlichen Kometen, deren Wasserzusammensetzung bislang untersucht worden war, lag der Anteil von Deuterium im Wasser bei ungefähr dem Doppelten desjenigen in den Ozeanen der Erde. Wenn solche Kometen mit der Erde kollidierten, haben sie allenfalls einige wenige Prozent Wasser mitgebracht. Deswegen begannen Astronomen bereits darüber nachzudenken, ob nicht Meteoriten als kosmische Wasserquelle in Frage kämen, obwohl deren Wassergehalt deutlich geringer als der von Kometen ist.

Paul Hartogh/Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung
durch Herschels Instrument HIFI erfasste Hartley-2-Wasserlinien
(Bild: Paul Hartogh/Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung)

Mit dem bisher empfindlichsten Instrument zur Untersuchung von Wasser im All gelangen nun Beobachtungen, die Kometen als Quelle irdischen Wasser wahrscheinlicher erscheinen lassen. Mit einem HIFI genannten Meßkomplex an Bord von Herschel bestimmte man die Zusammensetzung von Wasser auf dem Kometen Hartley 2, welche dem des Wassers in den Weltmeeren ähnelt.

Das Verhältnis von Deuterium zu Wasserstoff im Wasser von Hartley 2 ist fast exakt das gleiche wie das im Wasser auf der Erde. Dass Hartley 2 alias 103P/Hartley im Hinblick auf seine Wasserzusammensetzung anders ist als andere Kometen, könnte an seinem Entstehungsgebiet liegen. Hartley 2 entstand vermutlich weit jenseits der Umlaufbahn des Neptun im Elgeworth-Kuiper-Gürtel.

Zuvor bezüglich ihrer Wasserzusammensetzung untersuchte Kometen entstanden vermutlich im Bereich von Jupiter und Saturn, und wurden wahrscheinlich durch Einwirkung der großen Gravitation der beiden größten Planten im Sonnensystem auf ihre Kometenbahnen bis an den äußeren Rand des Sonnensystems gesandt, von wo aus sie letztlich auch zurückkehren.

ESA/AOES Medialab/NASA/STScI
Herschel im All – Illustration
(Bild: ESA/AOES Medialab/NASA/STScI)

Die neuen Beobachtungen legen nahe, dass es durchaus Kometen gewesen sein könnten, die Wasser auf die Erde brachten. Bei ihnen handelt sich eben möglicherweise um eine spezielle Familie, deren Mitglieder in den äußeren Regionen des Sonnensystem entstanden. Dort im Elgeworth-Kuiper-Gürtel in weiter Entfernung von der Sonne und in großer Kälte konnte Wasser mit einer anderen Zusammensetzung entstehen als in der vergleichsweise nahe der Sonne liegenden Region der Bahnen mit Jupiter und Saturn.

Herschel sucht nun nach weiteren Kometen, deren Untersuchung es ermöglichen soll, die durch die Beobachtung von Hartley 2 bekräftigte Theorie von Kometen als Quelle des irdischen Wassers zu bestätigen.

Raumcon:

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