Ein Beitrag von Ralph-Mirko Richter. Quelle: EPSC 2014, JPL, ESA.

Nach einem mehr als zehn Jahre andauernden Flug durch unser Sonnensystem erreichte die von der europäischen Weltraumagentur ESA betriebene Raumsonde Rosetta am 6. August 2014 das finale Ziel ihrer Reise – den Kometen 67P/Tschurjumow-Gerasimenko (der Einfachheit halber ab hier als „67P“ abgekürzt). Seitdem ‚begleitet‘ Rosetta diesen Kometen auf seinem Weg in das innere Sonnensystem und untersucht dieses Relikt aus der Entstehungsphase unseres Sonnensystems intensiv mit elf wissenschaftlichen Instrumenten.

Bei einem dieser Instrumente handelt es sich um das abbildende UV-Spektrometer ALICE, dessen Aufgabe darin besteht, die Zusammensetzung des Kerns und der Koma von 67P sowie den wissenschaftlichen Zusammenhang zwischen diesen beiden Bestandteilen eines Kometen zu ermitteln. Hierzu führt das Instrument Messungen im Bereich des fernen und des extremen ultravioletten Strahlungsbereiches bei 205 beziehungsweise bei 70 nm durch.

Dabei soll ALICE sowohl in der Koma als auch im Schweif von 67P gezielt nach den Edelgasen Helium, Neon, Argon, Krypton und Xenon suchen. Die Bestimmung der relativen Häufigkeiten dieser Gase ermöglichen den Wissenschaftlern Rückschlüsse auf die Umgebungstemperatur, welche zum Zeitpunkt der Entstehung des Kometen vor etwa 4,6 Milliarden Jahren geherrscht hat. Gleichzeitig ist es auf diese Weise möglich, mehr über die weitere thermische Entwicklung des Kometen in Erfahrung zu bringen.

Das Instrument soll im Rahmen seiner Messungen zudem die – zeitlich und räumlich variierenden – Freisetzungsraten von Wasser, Kohlenstoffmonoxid und Kohlenstoffdioxid ermitteln und die Verteilung von Gas- und Staubpartikeln in der Koma und im Schweif bestimmen. Außerdem sucht das Instrument gezielt nach atomaren oder ionisierten Wasserstoff, Kohlenstoff, Stickstoff, Schwefel und Sauerstoff. Aus diesen Daten können Informationen über die chemische und mineralogische Zusammensetzung des Kometenkerns abgeleitet werden. Des weiteren kann ALICE genutzt werden, um die Oberfläche des Kometen im ultravioletten Spektralbereich abzubilden.

Die Oberfläche des Kometen: Schwärzer als Holzkohle…
ALICE nahm nach dem Abschluss einer ausführlichen Kalibrierungsphase den wissenschaftlichen Betrieb zeitgleich mit der Ankunft der Raumsonde Rosetta bei ihrem Zielkometen auf. Im fernen UV-Bereich – so das Ergebnis der ersten Messungen – erscheint die Oberfläche von 67P ungewöhnlich dunkel und ist „schwärzer als Holzkohle“.

…und frei von Eis
Ebenfalls auffallend an der Kometenoberfläche ist, dass dort bisher – entgegen den eigentlichen Erwartungen der Kometenforscher – keine größeren zusammenhängenden Ablagerungen von Wassereis mit Durchmesser von mehr als 20 Metern entdeckt werden konnten. Eigentlich, so die Wissenschaftler, befindet sich 67P gegenwärtig noch zu weit von der Sonne entfernt, als dass das einfallende Sonnenlicht genügend Energie freisetzen kann, um auf der Oberfläche abgelagertes Eis komplett zu verdunsten.

Der durch diese dunklen Ablagerungen bedingte geringe Albedo-Wert von 67P, so eine mögliche Erklärung für das Fehlen von Oberflächeneis, führt dazu, dass ein Großteil der von der Sonne empfangenen Wärmestrahlung gespeichert wird, was wiederum zu einer relativ hohen Oberflächentemperatur führt. Die ALICE-Abbildungen der Kometenoberfläche bestätigen somit das Resultat einer ersten Temperaturmessung, welche bereits im Juli 2014 erfolgten (Raumfahrer.net berichtete).

Zudem konnte das ALICE in der sich mittlerweile gebildeten Koma des Kometen bereits eindeutige Signaturen von Wasserstoff und Sauerstoff nachweisen. Hierbei, so die Wissenschaftler, handelt es sich um die ‚Zerfallsprodukte‘ des Wasserdampfes, welcher in zunehmenden Umfang von der Kometenoberfläche ausgast und anschließend von der Ultraviolettstrahlung der Sonne in seine einzelnen atomaren Bestandteile aufgespalten wird.

Die an der Rosetta-Mission beteiligten Wissenschaftler wollen mit ALICE auch weiterhin nach Anzeichen für Wassereis und anderen flüchtigen Substanzen auf der Oberfläche des Kometen Ausschau halten und dort nach farblichen, chemischen und mineralogischen Variationen suchen, während sich die Raumsonde dem Kern von 67P noch weiter annähert und diesen dabei mit den abbildenden Instrumenten kartiert.
Die hier kurz angerissenen Forschungsergebnisse wurden am heutigen Tag auf dem European Planetary Science Congress, einer gegenwärtig in der Nähe von Lissabon stattfindenden Fachtagung der Planetenforscher, vorgestellt.

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EPSC 2014:

• Rosetta Special Session (engl.)
• Comets: Getting Ready for the Rosetta Mission (Oral Program) (engl.)
• Comets: Getting Ready for the Rosetta Mission (Poster Program) (engl.)

Der Beitrag Rosettas Komet: Schwärzer als Holzkohle erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Ralph-Mirko Richter. Quelle: EPSC 2013, DLR, Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung. Vertont von Peter Rittinger.

Am 2. März 2004 begann die von der europäischen Weltraumagentur ESA betriebene Kometensonde Rosetta nach zwei Startverschiebungen ihre rund 10 Jahre dauernde Reise zu dem Kometen 67P/Tschurjumow-Gerasimenko. Das Hauptziel der Mission, so die beteiligten Wissenschaftler, besteht darin, ein noch besseres Verständnis über die Entstehungs- und Entwicklungsgeschichte unseres Sonnensystems zu erlangen.

Die zu ermittelnden chemischen und physikalischen Eigenschaften von 67P/Tschurjumow-Gerasimenko werden den Planetologen dabei wichtige Hinweise auf die Zusammensetzung des prä-solaren Nebels liefern, aus dem sich vor rund 4,55 Milliarden Jahren unser Sonnensystem entwickelt hat. Außerdem sollen Daten darüber gesammelt werden, wie sich die Aktivität eines Kometen beim Erreichen des inneren Sonnesystems verändert.

Während des Fluges zu dem Zielkometen hat die Raumsonde Rosetta dreimal die Erde und einmal den Mars passiert und dabei im Rahmen dieser Swing-by-Manöver Schwung für die weitere Reise genommen. Außerdem wurden bei zwei nahen Vorbeiflügen, welche am 5. September 2008 und am 10. Juli 2010 erfolgten, die beiden Asteroiden (2867) Steins und (21) Lutetia mit verschiedenen Instrumenten näher untersucht. Am 8. Juni 20011 wurde die Raumsonde schließlich in einen rund 31 Monate andauernden, energiesparenden Tiefschlafmodus versetzt, welcher noch bis zum 20. Januar 2014 anhalten wird (Raumfahrer.net berichtete).

Nach dem „Aufwachen“ aus dem Tiefschlafmodus wird sich Rosetta dem Kometen weiter langsam annähern und damit beginnen, ihr Ziel mit den 11 Instrumenten, welche sich an Bord der Raumsonde befinden, eingehend untersuchen. Im August 2014 wird Rosetta schließlich ihr Ziel erreichen. In den folgenden Monaten soll neben weiteren Analysen eine globale Kartierung der Kometenoberfläche erfolgen.

Die dabei zu gewinnenden Daten sollen unter anderem dazu verwendet werden, um ein Landegebiet für den von Rosetta mitgeführten Kometenlander Philae zu bestimmen. Dieser etwa 100 Kilogramm schwere Lander soll am 11. November 2014 voraussichtlich im Bereich der südlichen Hemisphäre auf dem Kometen aufsetzen (Raumfahrer.net berichtete) und das Landegebiet anschließend über einen Zeitraum von mindesten 60 Stunden mit insgesamt 10 Instrumenten noch eingehender erforschen.

Erforschung der zunehmenden Kometenaktivität
Im Rahmen der Untersuchungen soll Rosetta 67P/Tschurjumow-Gerasimenko auf dessen Weg in das innere Sonnensystem begleiten und dabei bis mindestens zum Dezember 2015 weitere Daten sammeln, mit denen unter anderem die zunehmende Aktivität und die dadurch bedingte Entwicklung der Koma und des Schweifes dieses Kometen dokumentiert werden sollen.

Den Großteil ihrer Existenz fristen Kometen fernab der Sonne als kalte, nahezu unveränderliche Brocken aus Eis, Staub und gefrorenen Gasen. Erst wenn sich ein Komet der Sonne nähert, setzt eine Verwandlung ein. Aufgrund der steigenden Temperaturen verdampfen die leichtflüchtigen Bestandteile des Kometenkerns und reißen dabei regelrechte Fontänen aus Staub mit sich. Diese Teilchen formen zunächst eine sogenannte Koma, welche den Kometenkern vollständig einhüllt. Aus dieser Kometenkoma entwickelt sich aufgrund des von der Sonne ausgehenden Strahlungsdrucks anschließend auch ein „Schweif“, welcher den Kometen ihr charakteristisches Aussehen verleiht.

Allerdings sind die dabei ablaufenden Prozesse längst noch nicht bis ins letzte Detail verstanden. Welche Faktoren setzen dieses Ausstoß von Gas und Staub in Gang? Wie entwickelt sich die Aktivität? Und welche Prozesse auf der Oberfläche und im Kern des Kometen spielen dabei welche Rolle? Die Rosetta-Mission bietet den Planetenforschern die bisher einzigartige Möglichkeit, alle Phasen der einsetzenden Kometenaktivität aus der unmittelbaren Nähe zu beobachten.
Was erwartet Rosetta?

Obwohl sich Rosetta während der letzen zwei Jahre in einem Tiefschlafmodus befunden hat, waren die an der Mission beteiligten Wissenschaftler in der Zwischenzeit nicht untätig. Vielmehr wurden verschiedene Studien durchgeführt, welche sich unter anderem mit den physikalischen Parametern des Kometen, den vermutlichen Oberflächeneigenschaften, der zu erwartenden Ausgasungsrate, der Staubentwicklung in der sich bildenden Koma sowie den Eigenschaften dieses Staubes auseinandersetzen, die durch die verschiedenen Instrumente des Orbiters und des Landers ermittelt werden können. Einige dieser Arbeiten wurden am heutigen Tag auf dem European Planetary Science Congress 2013, einer gegenwärtig in London stattfindenden Fachtagung der Planetenforscher, vorgestellt.

„Auf diesem Meeting haben wir alles mögliche diskutiert“, so Matt Taylor, der für diese Mission verantwortliche Projektwissenschaftler der ESA. „Von der Beschaffenheit der den Kometenkern bedeckenden Oberfläche über die zu erwartende Staubproduktionsrate bis hin zu der Größe und Geschwindigkeit dieser Teilchen und deren Interaktion mit dem Magnetfeld der Sonne… Es gibt eine Menge Dinge, die wir wissen und verstehen müssen.“

Weitere Studien beschäftigten sich mit der zu erwartenden Aktivität des Kometen, welche sich auf dessen Weg in das innere Sonnensystem verändern wird und mit eventuell damit verbundenen Veränderungen in der Roationsgeschwindigkeit oder der Ausrichtung der Rotationsachse. Außerdem wurde diskutiert, inwieweit die sich verändernde Oberflächentemperatur des Kometenkerns dessen Ausgasungsrate beeinflusst.

Der Komet wird früher aktiv als ursprünglich erwartet

Neue Ergebnisse deuten außerdem darauf hin, dass 67P/Tschurjumow-Gerasimenko bereits im März 2014 – und somit deutlich früher als ursprünglich angenommen – damit beginnen wird, eine Koma auszubilden. Die Wissenschaftler stützen ihre Vorhersagen auf insgesamt 31 Datensätze, welche von verschiedenen Forschungsgruppen im Zeitraum zwischen 1995 und 2010 mit verschiedenen Teleskopen gewonnen wurden. Die Aufnahmen zeigen den Kometen an verschiedenen Stellen seiner Umlaufbahn um die Sonne und somit in verschiedenen Phasen seiner Aktivität.

„Es ist uns gelungen, Daten aus dem kompletten Aktivitätszyklus von Tschurjumow-Gerasimenko mit ein und derselbe Methode auszuwerten und somit vergleichbar zu machen“, so Dr. Colin Snodgrass vom Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung im niedersächsischen Katlenburg-Lindau (MPS). „Wir erhalten dadurch erstmals ein umfassendes Bild, wie sich die Aktivität des Kometen auf seinem Weg um die Sonne entwickelt“, ergänzt seine Kollegin Dr. Cecilia Tubiana. Einen besonders genauen Blick richteten die Wissenschaftler dabei auf die vorherige Anflugphase dieses Kometen auf die Sonne, welche in den Jahren 2007 und 2008 erfolgte – für einen kompletten Umlauf um die Sonne benötigt dieser Komet sechs Jahre und 203 Tage.

Als die ESA den Kometen 67P/Tschurjumow-Gerasimenko zum Ziel der Rosetta-Mission erklärte, hatte dies eine Vielzahl von Beobachtungskampagnen zur Folge. „Allerdings haben die meisten der Daten aus dem Jahr 2007, als der Komet noch weit weg von der Sonne war, einen entscheidenden Schwachpunkt“, so Cecilia Tubiana. Zu diesem Zeitpunkt befand sich der Komet von der Erde aus betrachtet vor dem Hintergrund des Galaktischen Zentrums – dem Massenzentrum unserer Milchstraße. Deshalb hob sich der zu diesem Zeitpunkt vergleichsweise lichtschwache Komet kaum von den unzähligen in dieser Himmelsregion befindlichen Hintergrundsternen ab.
In ihrer neuen Studie konnten die Forscher nun viele der Aufnahmen, welche bisher unbrauchbar waren, trotzdem auswerten. Der Schlüssel hierfür war eine spezielle Methode der Bildauswertung. Dabei werden Aufnahmen, welche in kurzen Zeitabständen angefertigt wurden, voneinander abgezogen. Auf diese Weise „verschwindet“ der unübersichtliche Sternenhintergrund und nur Objekte, welche in diesem Zeitraum ihre Position verändert haben, kommen zum Vorschein. Hierdurch lässt sich die sich stetig verändernde Helligkeit des Kometen genau bestimmen. Aus dem gesamten Helligkeitsverlauf während eines Sonnenumlaufs lässt sich so rekonstruieren, wie aktiv der Komet zu welchem Zeitpunkt war.

Die aufwändigen Berechnungen lieferten unerwartete Resultate. Zur Überraschung der beteiligten Wissenschaftler zeigte 67P/Tschurjumow-Gerasimenko im Jahr 2007 bereits in einem Abstand von 4,3 Astronomischen Einheiten zur Sonne, dies entspricht einer Entfernung von etwa 643 Millionen Kilometern, einen deutlichen Helligkeitsanstieg. Bis dahin galt als Faustformel, dass Kometen erst ab einem Abstand von etwa drei Astronomischen Einheiten (etwa 450 Millionen Kilometern) damit beginnen, Gas und Staub in deutlich erkennbaren Mengen freizusetzen, denn erst in dieser Entfernung erwärmt die Sonne die Kometenoberfläche so stark, dass zum Beispiel dort befindliches gefrorenes Wasser in den gasförmigen Zustand übergeht. Sehr wahrscheinlich, so die beteiligten Forscher, ist für das „verfrühte“ Einsetzen der Aktivität somit ein anderes Gas verantwortlich.

„Da sich Tschurjumow-Gerasimenko von Umlauf zu Umlauf recht ähnlich verhält, können wir die Ereignisse im nächsten Jahr gut vorhersagen“, so Dr. Hermann Böhnhardt vom MPS, welcher ebenfalls an dieser Studie beteiligt war. Derzeit wird davon ausgegangen, dass 67P/Tschurjumow-Gerasimenko nach dem im März 2014 erfolgenden „Auftakt“ den Höhepunkt seiner Aktivität etwa zur Mitte des Jahres 2015 erreicht – etwa einen Monat nachdem er in seinem geringsten Abstand an der Sonne vorbeigeflogen ist.

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Ein Beitrag von Günther Glatzel. Quelle: NASA, Raumcon.

Eigentlich hatte die 1999 gestartete Sonde Stardust (dt. Sternenstaub) die Aufgabe, Partikel aus der Halo des Kometen Wild 2 zu sammeln und mit einer kleinen Rückkehrkapsel zur Erde zu bringen. Diese Mission gelang. Später kam man auf die Idee, die noch funktionierende Sonde auf eine leicht geänderte Flugbahn zu bringen, die ihr im Februar 2011 einen Vorbeiflug an einem anderen Kometen, nämlich Tempel 1, ermöglichen würde.

Auch dieses Vorhaben ist nun geglückt. Insgesamt 72 Bilder der Navigationskamera der Sonde wurden gemacht und werden seit etwa 9:50 Uhr MEZ auf der Erde empfangen. Sie zeigen den Kometen mit einigen Oberflächendetails.

Eines dieser Details ist für die Wissenschaftler besonders interessant. Im Jahre 2005 bekam Tempel 1 schon einmal Besuch von der Erde durch die Kometensonde Deep Impact (dt. tiefer Einschlag). Wie der Name schon sagt, ging es bei dieser Mission darum, die Auswirkungen eines Einschlages auf die Kometenoberfläche zu studieren. Dabei wurde auch Material aus dem Inneren des Kometen herausgeschleudert und spektroskopisch untersucht. Allerdings verdeckte damals die aufgewirbelte Staubwolke den Blick auf den neuen Einschlagskrater.

Dies wollte und konnte man jetzt nachholen. Tempel 1 hat mittlerweile eine Runde um die Sonne absolviert, was sicherlich auch seine Spuren hinterlassen haben dürfte. In der Nähe der Sonne sublimiert Oberflächenmaterial vom Kometen durch die intensivere Wärmestrahlung. So kann man also im Abstand weniger Jahre die Veränderungen auf einem Kometen studieren.

Heute früh gegen 5:48 Uhr MEZ hatte Stardust NExT mit nur 181 Kilometern Abstand ihre größte Annäherung an den Kometen und passierte ihn in einer flüchtigen Begegnung mit 39.100 Kilometern pro Stunde Geschwindigkeit. In den USA war noch der 14. Februar, weshalb man dies auch als Valentinstagsereignis sah. Diese erweiterte Mission, die unter der Bezeichnung NExT für New Exploration of Tempel (dt. neue Erforschung von Tempel) firmiert, hat die NASA nur etwa 29 Millionen US-Dollar gekostet. Mittlerweile hat Stardust 5,6 Milliarden Kilometer zurückgelegt. Auch die Mission der Sonde Deep Impact, die 2005 auf Tempel 1 stieß, war zwischenzeitlich erfolgreich erweitert worden (EPOch, Epoxi). Alles in allem zeigt sich, dass Langlebigkeit durchaus Vorteile hat, auch für Raumsonden.

Weitere erwähnenswerte Besonderheiten: Die Begegnung mit Tempel 1 fand in einem um etwa 10 Kilometer geringeren Abstand als geplant statt, die Bilder wurden nicht wie vorgesehen so übermittelt, dass die Aufnahmen, die während der größten Annäherung gemacht wurden, zuerst übertragen wurden und das Dust Flux Monitor Instrument der Kometensonde hat Einschläge von Staubpartikeln registriert.

Raumcon:

• Die Stardust-Mission

Der Beitrag Stardust und Tempel 1: Eine kurze Begegnung erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Martin Ollrom. Quelle: SpaceFlightNow.

Die Daten der Sonde Stardust wurden jetzt genauer unter die Lupe genommen. Man entdeckte das der Komet ungewöhnlicher ist als man zunächst annahm. Man glaubte bis zum Vorüberflog von Stardust am 2. Januar 04 das Wild 2 nur ein etwas größerer Schneeball im All ist. Äusserlich wirkt die Oberfläche von Wild 2 sehr kahl und starr. Da sie große Klippen, Krater und hohe Berge hat ist die Oberfläche weniger ausgestorben als bisher angenommen.

„Wir kannten den Kometen Wild 2 als einen schmutzigen, dunklen runden Schneeball im All“, sagt Dr. Donald Brownlee von der Universität in Seattle. „Stattdessen ist er wie ein ganz normaler Mond mit diversen Landschaften. Dies weißt darauf hin das es eine geschlossene Oberfläche ist, die nicht gebrochen wurde.“ Stardust nahm diese Bilder beim Vorbeiflug am 2. Januar auf. Damals war die Raumsonde nur 236 Kilometer vom Ziel entfernt und ermöglichte die genaueste Kometenerforschung die bisher durchgeführt werden konnte. „Wir wussten zwar das sich Wild 2 etwas von anderen Kometen unterscheidet, deswegen haben wir ihm auch als Ziel gewählt, aber dass er sich so gewaltigt unterscheidet hätten wir nie gedacht“, fügt Brownlee hinzu.

Verwundernd sind auch die Partikelströme die von der Oberfläche des Kometen ausgehen. Dabei ist nicht die Zusammensetzung seltsam sondern das Verhalten dieser Ströme. Dies wurde beim Vorbeiflug festgestellt. Das Verhalten solcher Partikelströme wurde bisher nur bei Kometen entdeckt die länger der Sonnenstrahlung ausgesetzt wurden. Dies könnte bedeuten das sich Wild 2 öfters im inneren Sonnensystem befindet oder das die Sonnenstrahlen weiter als bisher angenommen solche Effekte erzielen können.
Dies sind die ersten genaueren Daten die von der Raumsonde Stardust ausgewertet wurden. Stardust soll im Jahr 2006 mit den Partikeln, die sie gesammelt hat, zur Erde zurückkommen.

Der Beitrag Komet Wild 2 anders als angenommen erschien zuerst auf Raumfahrer.net.