Quelle: Universität Bern.

Bei den Polarlichtern auf der Erde bewegen sich elektrisch geladene Teilchen des Sonnenwindes entlang des irdischen Magnetfeldes. Diese treffen bei hohen Breitengraden auf Atome und Moleküle des Stickstoffs und des Sauerstoffs der oberen Erdatmosphäre und bringen diese dabei zum Leuchten. Solche oder ähnliche Aurora-Phänomene wurden aber auch bei anderen Planeten und deren Monden entdeckt. Wie ein internationales Team heute im Fachjournal Nature Astronomy berichtet, konnte das Phänomen nun auch beim Kometen Chury nachgewiesen werden. Auch bei Chury sind für die Aurora die Teilchen des Sonnenenwindes verantwortlich, die auf das Gas um den Kometen, die sogenannte Koma, treffen. «Das dabei entstehende Leuchten ist einzigartig», sagt Marina Galand vom Imperial College London, Hauptautorin der Studie. «Es wird durch einen Mix von Prozessen verursacht, welche auf der Erde, dem Mars aber auch bei den Jupitermonden beobachtet werden.»

Erstmals Aurora im ultravioletten Bereich bei einem Kometen beobachtet
Die Forschenden konnten dank der Analyse von Daten der Rosetta-Mission der Europäischen Weltraumbehörde ESA nachweisen, dass im Fall von Chury Sonnenwind-Elektronen zum Kometen hin beschleunigt werden und dort auf das Gas in der Koma treffen. «Da dieser Prozess sehr energiereich ist, ist auch das daraus resultierende Leuchten energiereich und daher im ultravioletten Bereich, der für das menschliche Auge unsichtbar ist», wie Martin Rubin, Mitautor der Studie vom Physikalischen Institut der Universität Bern, erklärt.

Diese UV-Emissionen waren zwar bereits früher bei Chury beobachtet worden. Damals hatte man aber fälschlicherweise angenommen, dass diese Emmissionen durch Teilchen des Sonnenlichts, sogenannte Photonen, verursacht werden, ähnlich dem sogenannten Nachthimmelsleuchten auf der Erde. «Unsere Analyse der Rosetta-Daten hat aber gezeigt, dass beim Kometen Chury Sonnenwind-Elektronen der Grund für das Leuchten sind und eben nicht Photonen, wie bislang angenommen», so Galand weiter.

«Rosetta ist die erste Mission die eine Aurora im UV-Bereich bei einem Kometen beobachtet hat», sagt Matt Taylor, wissenschaftlicher Projektleiter bei der ESA. «Aurora sind grundsätzlich schon spannend, wenn man aber so etwas zum ersten Mal beobachten und die Details studieren kann, ist es noch viel aufregender.».

Daten zur Gaszusammensetzung aus Bern
«Die Analyse war kompliziert und bedurfte Daten verschiedener Instrumente», erklärt Kathrin Altwegg, Leiterin des Instruments ROSINA, dem Massenspektrometer der Universität Bern, welches an Bord der ESA-Raumsonde Rosetta Daten des Kometen Chury gesammelt hatte und so unter anderem Informationen zur Zusammensetzung und der Dichte der Koma geliefert hatte. Die Studie sei ein Beleg dafür, dass unser Verständnis vertieft und neue Erkenntnisse gewonnen werden können, wenn Daten verschiedener Teams, Instrumente und Computermodelle herangezogen werden. «Und dies auch Jahre nach dem offiziellen Ende der Mission 2016 mit dem kontrollierten Absturz der Rosetta-Sonde auf die Oberfläche des Kometen Chury», so Altwegg weiter.

So analysierten die Forschenden um Marina Galand für die aktuelle Studie neben Daten des Rosetta Orbiter Spektrometers für Ionen- und Neutralgas Analyse (ROSINA) solche des Alice UV Spektrographen, des Ionen- und Elektronen Spektrometers (IES) sowie der Langmuir-Sonde (LAP) des Rosetta Plasma Consortiums (RPC), des Mikrowellen Instruments für den Rosetta Orbiter (MIRO) und des Visible and InfraRed Thermal Imaging Spectromters (VIRTIS).

Aurora als Werkzeug zur Beobachtung des Sonnenwindes
Aurora-Phänomene werden in den unterschiedlichsten Umgebungen in unserem Sonnensystem und auch darüber hinaus beobachtet. «Ein Magnetfled wie auf der Erde wird dazu aber nicht benötigt, der Komet Chury hat selber nämlich keines», erklärt Martin Rubin. Das Aurora-Phänomen bei Chury ist deswegen diffuser als auf der Erde. «Die Beobachtung kometärer Aurora-Phänomene haben durchaus einen ästhetischen Wert. Darüber hinaus könnten die UV-Bobachtungen dereinst von der Erde aus aber auch Rückschlüsse zum Sonnenwind bei eben diesen Kometen bringen – auch ohne dass dabei eine Raumsonde wie Rosetta vor Ort sein muss», wie Martin Rubin erklärt.

Angaben zur Publikation:
M. Galand, P. D. Feldman, D. Bockelée-Morvan, N. Biver, Y.-C. Cheng, G. Rinaldi, M. Rubin, K. Altwegg, J. Deca, A. Beth, P. Stephenson, K. L. Heritier, P. Henri, J. Wm. Parker, C. Carr, A. I. Eriksson, J. Burch: Far-ultraviolet aurora identified at comet 67P/Churyumov-Gerasimenko. Nature Astronomy, 21.09.2020.

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Ein Beitrag von Ralph-Mirko Richter und Oliver Karger. Quelle: JPL, ESA, MPI für Sonnensystemforschung. Vertont von Peter Rittinger.

Nachdem am 20. Januar 2014 um 19:18 MEZ nach einem 957 Tage andauernden „Winterschlaf“ ein erstes Kommunikationssignal der von der Europäischen Weltraumagentur ESA betriebenen Raumsonde Rosetta das Kontrollzentrum am ESOC in Darmstadt erreichte (Raumfahrer.net berichtete live) konnte das Kontrollteam in einem nächsten Schritt zunächst eine stabile Zwei-Wege-Kommunikation etablieren und die volle Kontrolle über die Raumsonde gewinnen. Nach der Übermittlung der ersten Telemetriewerte von der Raumsonde begann das Kontrollteam mit der schrittweisen Wiederinbetriebnahme von Rosetta (Raumfahrer.net berichtete). In den kommenden Wochen und Monaten sollen zunächst sämtliche Hardwarekomponenten und die Instrumente der Raumsonde und des mitgeführten Kometenlanders Philae ausführlich getestet, kalibriert und anschließend aktiviert werden.

Drei der insgesamt 21 Instrumente, mit denen Rosetta und Philae das Ziel der Mission, den Kometen 67P/Tschurjumow-Gerasimenko, in den kommenden Monaten eingehend untersuchen sollen, wurden von der US-amerikanischen Weltraumbehörde NASA zu der Mission beigesteuert beziehungsweise unter maßgeblicher Beteiligung von US-amerikanischen Wissenschaftlern entwickelt.

• Das UV-Spektrometer ALICE wird in der Koma und dem Schweif des Kometen nach verschiedenen Edelgasen suchen, deren relative Menge und Verteilung Aussagen über die Umgebungstemperatur während der Entstehung des Kometen vor etwa 4,6 Milliarden Jahren ermöglichen wird. Das Instrument soll im Rahmen seiner Messungen zudem die Freisetzungsraten von Wasser, Kohlenstoffmonoxid und Kohlenstoffdioxid ermitteln. Aus diesen Daten können Informationen über die chemische Zusammensetzung der Oberfläche des Kometenkerns abgeleitet werden.
• Das Instrument MIRO (kurz für „Microwave Spectrometer for the Rosetta Orbiter“), eine Kombination aus einem Spektrometer und einem Radiometer, wird nach leicht flüchtigen chemischen Elementen auf der Oberfläche und in der unmittelbaren Umgebung des Kometenkerns suchen und dabei deren Ausgasungsraten bestimmen. Außerdem soll mit dem MIRO die Temperatur des Komtenkerns ermittelt werden. Hierdurch sollen zusätzliche Informationen bezüglich der Zusammensetzung von Kern und Koma, zu der jeweils aktuellen kometaren Aktivität und zu physikalischen Eigenschaften der Kernoberfläche sowie von Gas- und Staubpartikeln in der Kometenkoma gewonnen werden.
• Der „Ion and Electron Sensor“ (kurz „IES“) ist Bestandteil eines aus fünf Einzelinstrumenten bestehenden Instrumentenpaketes namens RPC (kurz für „Rosetta Plasma Consortium“), welches verschiedene Ionen- und Elektronendetektoren sowie ein Magnetometer beinhaltet. Diese Geräte sollen die physikalischen Eigenschaften des Kerns und der Koma sowie die Wechselwirkungen zwischen der Kometenkoma und dem Sonnenwind untersuchen.

Die an diesen Instrumenten beteiligten Wissenschaftler bereiten sich derzeit darauf vor, mit der „Check-out-Phase“ für ihre Experimente zu beginnen, in deren Verlauf die Instrumente zunächst getestet und anschließend kalibriert werden sollen. Die finale Aktivierung dieser Instrumente soll Anfang März 2014 erfolgen. So wird die OSIRIS-Kamerasystem, dass im sichtbaren Bereich Aufnahmen vom Kometenkern anfertigen soll, am 17. März wieder eingeschaltet. Das bereits genannte UV-Spektrometer ALICE soll einen Tag später mit der „Check-out-Phase“ beginnen. Dabei wird das Spektrometer zunächst einige Male ein- und wieder ausgeschaltet, um die Funktionsfähigkeit des Speichers ausreichend zu testen. Der reguläre wissenschaftliche Betrieb soll dann im August aufgenommen werden.

„Die US-amerikanischen Wissenschaftler sind davon begeistert, dass die Rosetta-Mission ihnen die Gelegenheit bietet, einen Kometen auf diese bisher noch nie mögliche Art und Weise zu untersuchen“, so Claudia Alexander, die Rosetta-Projektmanagerin der NASA am Jet Propulsion Laboratory (JPL) der NASA in Pasadena/Kalifornien. Rosetta wird im Sommer 2014 in einen Orbit um den Kometen eintreten und diesen anschließend auf seinem weiteren Weg durch das innere Sonnensystem bis zum Ende des Jahres 2015 zu begleiten. Hierbei ergibt sich die Gelegenheit, die zunehmende Aktivität des Kometen, welche durch die dabei erfolgende Annäherung an die Sonne bedingt ist, direkt vor Ort über mehrere Monate hinweg zu studieren.

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