Quelle: Universität Bern 5. Juli 2022.

5. Juli 2022 – Die Entdeckung gelang dank der Analyse von Daten, die während der Rosetta-Mission der ESA vom Kometen 67P/Churyumov-Gerasimenko, kurz Chury, gesammelt wurden. Solche organischen Stoffe, die durch Kometeneinschläge auch auf die frühe Erde gelangten, könnten dazu beigetragen haben, das kohlenstoffbasierte Leben, wie wir es kennen, in Gang zu setzen.

Kometen sind Fossilien aus der Urzeit und den Tiefen unseres Sonnensystems und sind Überbleibsel der Entstehung von Sonne, Planeten und Monde. Einem Team unter der Leitung der Chemikerin Dr. Nora Hänni vom Physikalischen Institut der Universität Bern, Abteilung Weltraumforschung und Planetologie, ist es nun gelungen, erstmals eine ganze Reihe komplexer organischer Moleküle bei einem Kometen zu identifizieren. Dies berichten die Forschenden in einer Studie, die Ende Juni in der renommierten Fachzeitschrift Nature Communications veröffentlicht wurde.

Genauere Analyse dank Berner Massenspektrometer
Mitte der 1980er Jahre schickten die grossen Raumfahrtagenturen eine Flotte von Raumfahrzeugen aus, um am Halleyschen Kometen vorbeizufliegen. An Bord befanden sich mehrere Massenspektrometer, die die chemische Zusammensetzung sowohl der Kometenkoma – der dünnen Atmosphäre, die durch die Sublimation von Kometeneis in der Nähe der Sonne entsteht –, als auch von Staubpartikeln untersuchten. Die von diesen Instrumenten gesammelten Daten verfügten jedoch nicht über die erforderliche Auflösung, um eine eindeutige Bestimmung der Zusammensetzung des Kometen zu ermöglichen. Mehr als 30 Jahre später hat das hochauflösende Massenspektrometer ROSINA, ein Instrument unter der Leitung der Universität Bern an Bord der ESA-Raumsonde Rosetta, zwischen 2014 und 2016 Daten über den Kometen 67P/Churyumov-Gerasimenko, auch bekannt als Chury, gesammelt. Diese Daten gestatten den Forschenden nun zum ersten Mal, Licht in den komplexen organischen Haushalt von Chury bringen.

Das Geheimnis lag im Staub verborgen
Als Chury sein Perihel erreichte, den sonnennächsten Punkt, wurde er sehr aktiv. Das sublimierende Kometeneis erzeugte einen «Ausfluss», der Staubpartikel mit sich zog. Die abgestoßenen Partikel wurden durch die Sonneneinstrahlung auf Temperaturen aufgeheizt, die über denen liegen, die typischerweise auf der Kometenoberfläche herrschen. Dadurch gelangten größere und schwerere Moleküle in die Gasphase und konnten vom hochauflösenden Massenspektrometer ROSINA-DFMS (Rosetta Orbiter Sensor for Ion and Neutral Analysis-Double Focusing Mass Spectrometer) gemessen werden.

Die Astrophysikerin Prof. em. Dr. Kathrin Altwegg, Hauptverantwortliche für das ROSINA-Instrument und Mitautorin der neuen Studie, sagt: «Aufgrund der extrem staubigen Bedingungen musste sich die Raumsonde auf eine sichere Distanz von etwas mehr als 200 km über der Kometenoberfläche zurückziehen, damit die Instrumente unter stabilen Bedingungen arbeiten konnten.» So war es möglich, Teilchen aufzuspüren, die aus mehr als einer Handvoll Atome bestehen und die zuvor im Kometenstaub verborgen geblieben waren.

Die Interpretation der komplexen ROSINA-Daten ist eine Herausforderung. Dem Berner Forschungsteam ist es jedoch gelungen, eine Reihe komplexer organischer Moleküle zu identifizieren, die bisher noch nie in einem Kometen nachgewiesen wurden. «Wir haben zum Beispiel Naphthalin gefunden, das für den charakteristischen Geruch von Mottenkugeln verantwortlich ist. Auch fanden wir Benzoesäure, ein natürlicher Bestandteil von Weihrauch. Und wir identifizierten Benzaldehyd, das weithin verwendet wird, um Lebensmitteln ein Mandelaroma zu verleihen und viele weitere Moleküle», erklärt die Chemikerin des ROSINA-Teams Nora Hänni. Diese komplexen organischen Stoffe würden den Geruch von Chury offenbar noch vielfältiger als bisher angenommen machen, aber auch angenehmer, so Hänni.

Abgesehen von wohlriechenden Molekülen wurden im organischen Haushalt von Chury auch viele mit sogenannter präbiotischer Funktionalität identifiziert (zum Beispiel Formamid). Solche Verbindungen sind wichtige Zwischenstufen bei der Synthese von Biomolekülen (zum Beispiel Zucker oder Aminosäuren). «Es scheint deshalb wahrscheinlich, dass einschlagende Kometen – als wesentliche Lieferanten von organischem Material – auch zur Entstehung von kohlenstoffbasiertem Leben auf der Erde beigetragen haben», erklärt Hänni.

Ähnliche organische Stoffe in Saturn und Meteoriten
Neben der Identifizierung einzelner Moleküle führten die Forschenden auch eine detaillierte Charakterisierung des gesamten Ensembles komplexer organischer Moleküle im Kometen Chury durch, um ihn in den größeren Kontext des Sonnensystems einordnen zu können. Parameter wie die durchschnittliche Summenformel dieses organischen Materials oder die durchschnittliche Bindungsgeometrie der darin enthaltenen Kohlenstoffatome sind für diverse wissenschaftliche Bereiche von Bedeutung, von der Astronomie bis zur Sonnensystemforschung.

«Es hat sich herausgestellt, dass der komplexe organische Haushalt von Chury im Durchschnitt identisch ist mit dem löslichen Teil der organischen Materie von Meteoriten», erklärt Hänni und ergänzt: «Starke Ähnlichkeiten gibt es – abgesehen von der relativen Menge der Wasserstoffatome – auch zum organischen Material, das auf Saturn von seinem innersten Ring herabregnet, wie es mit dem INMS-Massenspektrometer an Bord der NASA-Raumsonde Cassini nachgewiesen wurde», erklärt Hänni.

«Wir finden nicht nur Ähnlichkeiten zu den organischen Reservoirs im Sonnensystem, sondern viele der organischen Moleküle von Chury sind auch in Molekülwolken, den Geburtsstätten neuer Sterne, vorhanden», so Prof. Dr. Susanne Wampfler, Astrophysikerin am Center for Space and Habitability (CSH) der Universität Bern und Mitautorin der Publikation. «Unsere Ergebnisse sind konsistent mit dem Szenario eines gemeinsamen präsolaren Ursprungs der verschiedenen organischen Reservoirs des Sonnensystems und bestätigen, dass Kometen tatsächlich Material aus der Zeit lange vor der Entstehung unseres Sonnensystems enthalten,» so Wampfler abschließend.

Publikation
N. Hänni, K. Altwegg, M. Combi, S. A. Fuselier, J. De Keyser, M. Rubin, and S. F. Wampfler: Identification and characterization of a new ensemble of cometary organic molecules, Nature Communications,13, 3639 (2022). DOI : 10.1038/s41467-022-31346-9.
https://www.nature.com/articles/s41467-022-31346-9

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• Rosetta – wissenschaftliche Instrumente und Ergebnisse

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Quelle: ESA 11. Mai 2022.

Rosetta umkreiste zwischen 2014 und 2016 über zwei Jahre lang den Kometen 67P/Churyumov-Gerasimenko. Die Raumsonde untersuchte den Kometen aus nächster Nähe und sammelte dabei einzigartige Daten, um einige der faszinierendsten Geheimnisse über die Entstehung und Entwicklung unseres Sonnensystems zu lüften. Auf halbem Weg der Forschungsreise von Rosetta näherte sich der Komet der Sonne – ein Moment, der als „Perihel“ bekannt ist. Der Komet 67P hat sich nach diesem geringsten Abstand von unserem Stern von etwa 186 Millionen km wieder entfernt. Dies hatte zur Folge, dass seine Oberfläche im Laufe der Rosetta-Mission auf unterschiedliche Weise beleuchtet wurde.

Rosetta konnte auf dem Kometen 67P viele Oberflächenveränderungen beobachten: vom beeindruckenden Einsturz von Klippen und der Bildung von Gruben bis hin zu sich entwickelnden Staubmustern und rollenden Felsbrocken. Die Wissenschaftler*innen wollen diese Veränderungen nutzen, um den detaillierten Mechanismus zu untersuchen, durch den ein Komet seine äußeren Schichten abwirft, wenn das Sonnenlicht das Eis und den Staub um den Kern herum erhitzt.

Aufgrund der enormen Anzahl von Oberflächenveränderungen ist es jedoch eine äußerst komplexe Aufgabe, diese zu erfassen. Die Wissenschaftler*innen brauchen also Hilfe.

Gigantische Datenmengen brauchen eine gigantische Anzahl von Augen
„Das für Wissenschaftler*innen und die Öffentlichkeit frei zugängliche Rosetta-Archiv enthält eine gewaltige Menge an Daten, die von dieser außergewöhnlichen Mission gesammelt wurden und nur teilweise erforscht sind“, sagt Bruno Merín, Leiter des ESAC Science Data Centre der ESA in der Nähe von Madrid, Spanien.

„Astrofotograf*innen und Raumfahrtenthusiast*innen haben in den letzten Jahren spontan Veränderungen und Anzeichen von Aktivität in den Bildern von Rosetta entdeckt. Bis auf wenige Ausnahmen war es jedoch nicht möglich, diese Ereignisse mit Veränderungen an der Oberfläche in Verbindung zu setzen. Das liegt vor allem daran, dass es an menschlichen Augen fehlt, die den gesamten Datensatz durchsuchen können. Wir brauchen unbedingt mehr Augen!“

Die ESA hat sich deshalb mit Zooniverse zusammengetan, der weltweit größten und beliebtesten Plattform für Forschung, die von Bürgern betrieben wird. Das neue Projekt „Rosetta Zoo“ präsentiert einen besonderen Datensatz: von Rosettas OSIRIS-Kamera aufgenommene Bildpaare, die die Oberfläche des Kometen 67P vor und nach dem Perihel zeigen.

Freiwillige sind eingeladen, sich Bilder von ungefähr derselben Region nebeneinander anzuschauen und eine Vielzahl von Veränderungen zu erkennen, vom großflächigen Staubtransport bis hin zu Kometenbrocken, die sich bewegt haben oder sogar verschwunden sind. Hierzu muss man manchmal ein paar Mal heran- oder wegzoomen oder die Bilder drehen, um Veränderungen in verschiedenen Maßstäben festzustellen und den ikonischen Kometen hautnah zu erleben.

„Bei der Komplexität der Bilder ist das menschliche Auge viel besser in der Lage, kleine Veränderungen zwischen den Bildern zu erkennen als automatisierte Algorithmen“, erklärt Sandor Kruk, Postdoktorand am Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik in der Nähe von München, der das Projekt während seines Forschungsstipendiums bei der ESA vor ein paar Jahren geplant und begonnen hat.

„Die OSIRIS-Bilder sind bereits seit einiger Zeit in den Archiven öffentlich zugänglich, aber viele Bilder wurden noch nicht auf Veränderungen der Kometenoberfläche hin ausgewertet. Deshalb haben wir uns entschieden, dieses Bürgerforschungsprojekt ins Leben zu rufen und Freiwillige zu bitten, Rosetta-Bilder von 67P zu untersuchen. Wir hoffen, dass angesichts der Begeisterung, die Rosetta während der Mission ausgelöst hat, viele Menschen an diesem Projekt teilnehmen werden, um die Wissenschaftler*innen bei der Analyse der von Rosetta erzeugten Daten zu unterstützen.“

Mithilfe der Bürger*innen wird unser Verständnis des Sonnensystems besser
Dank der visuellen Untersuchung vieler Freiwilliger wird das Projekt Karten von Veränderungen und aktiven Bereichen auf der Oberfläche des Kometen mit Etiketten für jede Art von Veränderung erstellen. Die Wissenschaftler*innen können dann die Aktivität des Kometen mit den Veränderungen auf seiner Oberfläche abgleichen und neue Modelle ausarbeiten, um die Physik der Kometenaktivität mit den beobachteten Veränderungen wie verschobenen Felsbrocken oder eingestürzten Klippen zu verbinden.

Wer sich durch die Bilder von Rosetta durcharbeitet und „Finde den Unterschied“ spielt, kann dabei helfen, unser Verständnis von Kometen und dem Sonnensystem als Ganzes zu erweitern. Das Projekt bietet jedoch beiden Seiten Vorteile: Wir hoffen, dass wir durch die Öffnung dieser Daten für die Öffentlichkeit die Transparenz unserer Arbeit verbessern, das Engagement der Bevölkerung in der wissenschaftlichen Forschung erhöhen können und stärkere Verbindungen zwischen Wissenschaft und Gesellschaft schaffen.

Alle können Rosetta Zoo kostenlos online nutzen, ohne sich anzumelden, eine App oder ein Programm zu installieren oder über wissenschaftliche Vorkenntnisse zu verfügen. Finden Sie die Unterschiede zwischen so vielen oder so wenigen Bildpaaren, wie Sie gerade Zeit haben – egal, ob es fünf Minuten beim Warten auf den Bus sind oder regelmäßige Kometen-Erkundungs-Abende.

Wie sieht ein primitiver Komet aus? Das weiß niemand, aber dank der Hilfe von Freiwilligen können wir herausfinden, wie sich Kometen heute entwickeln, und die physikalischen Faktoren verstehen, die diese Veränderungen bewirken. Dann können wir den Film der Kometenentwicklung bis zum Ursprung des Sonnensystems zurückspulen“, fügt Planetenforscher Jean-Baptiste Vincent vom DLR-Institut für Planetenforschung in Berlin hinzu.

Links:
Rosetta Zoo (Englisch/Italienisch): https://www.zooniverse.org/projects/ellenjj/rosetta-zoo
Zooniverse: https://www.zooniverse.org/

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• OSIRIS Foto

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Quelle: ESA.

Nach Jahren akribischer Detektivarbeit ist der zweite Aufsetzpunkt des Rosetta-Landers Philae auf dem Kometen 67P/Tschurjumow-Gerassimenko ausgemacht worden – an einem Ort, der eine totenkopfähnliche Form aufweist. Philae hat seinen Abdruck in Eis, das Milliarden von Jahren alt ist, hinterlassen und offenbart, dass das eisige Innere des Kometen weicher als aufgeschäumte Milch ist.

Detektivarbeit
Philae stieg am 12. November 2014 auf die Kometenoberfläche herab. Der Lander prallte vom ursprünglichen Aufsetzpunkt Agilkia ab und flog zunächst zwei Stunden lang weiter. Während dieser Zeit kollidierte er mit dem Rand einer Klippe und taumelte in Richtung eines zweiten Aufsetzpunktes. Schließlich stoppte Philae endgültig in Abydos, einem geschützten Ort, der erst 22 Monate später durch die Auswertung der von Rosetta aufgenommenen Bilder identifiziert werden konnte – nur wenige Wochen vor dem Abschluss der Rosetta-Mission.

Laurence O’Rourke von der ESA, der bereits eine führende Rolle beim ursprünglichen Auffinden von Philae gespielt hatte, war fest entschlossen, auch den bis dato unentdeckten zweiten Aufsetzpunkt zu bestimmen.

„Philae hatte uns noch ein allerletztes Rätsel aufgegeben“, sagt O’Rourke. „Es war sehr wichtig, den Landeplatz zu identifizieren, denn die an Philae angebrachten Sensoren zeigten an, dass der Lander sich in die Oberfläche hineingegraben und so höchstwahrscheinlich das darunter liegende, urzeitliche Eis freigelegt hatte. Das hätte uns einen außerordentlich wertvollen Zugang zu einer Materie, die Milliarden von Jahren alt ist, ermöglicht.“

Zusammen mit einem Team aus Missionswissenschaftlern und Ingenieuren machte O’Rourke sich daran, Daten von Rosetta- wie von Philae-Instrumenten zusammenzubringen – um den bis dato unbekannten Aufsetzpunkt zu finden und zu bestätigen.

Der Star der Show
Obwohl eine helle Stelle aus „Eisscheiben“, die auf hochauflösenden Aufnahmen von Rosettas OSIRIS-Kamera zu erkennen war, bereits entscheidend bei der Bestätigung des gesuchten Ortes geholfen hatte, stellte sich bald heraus, dass der Ausleger des Philae-Magnetometers ROMAP der eigentliche Star der Show war. Das Instrument wurde für die Vermessung von Magnetfeldern in der lokalen Umgebung des Kometen entwickelt. Für die neue Analyse betrachtete das Team allerdings die Veränderungen in den aufgezeichneten Daten, die zu erkennen waren, als sich der Ausleger – der 48 Zentimeter aus dem Lander herausragt – beim Aufprall auf die Oberfläche physisch bewegt hatte. Diese Bewegungen manifestierten sich in den magnetischen Daten in einer charakteristischen Abfolge von Ausschlägen. Die Bewegungen des Auslegers wurden mit den Bewegungen des Landers an sich abgeglichen. So konnte geschätzt werden, wie lange die Einschläge von Philae in das Eis angedauert hatten. Darüber hinaus konnten die Daten genutzt werden, um die Bestimmung der Beschleunigung von Philae während dieser Kontakte einzuschränken.

Die ROMAP-Daten wurden mit den vom Rosetta-RPC-Magnetometer zu denselben Zeitpunkten aufgezeichneten Daten kreuzkorreliert, um die Fluglage von Philae zu bestimmen und etwaige Einflüsse des Magnetfelds der Plasmaumgebung um den Kometen herum auszuschließen.

„Wir hatten es nicht geschafft, 2014 alle geplanten Messungen mit Philae durchzuführen. Deshalb ist es wirklich faszinierend, die Magnetometer-Aufzeichnungen in dieser Art zu nutzen, und Daten sowohl von Rosetta als auch von Philae miteinander zu kombinieren – und zwar auf eine Weise, die so niemals geplant gewesen war. Und am Ende haben wir dadurch diese wundervollen Ergebnisse erhalten“, sagt Philip Heinisch, der die Analyse der ROMAP-Daten leitete.

Eine erneute Analyse der Landedaten hat ergeben, dass Philae fast zwei ganze Minuten am zweiten Aufsetzpunkt verbrachte und es dabei zu mindestens vier unterschiedliche Kontakten kam, während er über die Kometenoberfläche hindurchpflügte. Ein besonders deutlicher Abdruck, der auf den Bildern zu sehen ist, war entstanden, als Philaes Oberseite 25 Zentimeter tief in das Eis neben einer Spalte einsank und dabei erkennbare Spuren des Bohrers und der Seiten der Sonde hinterließ. Die Ausschläge in den Magnetfelddaten, die von der Bewegung des Auslegers rühren, zeigen, dass es drei Sekunden lang dauerte, bis Philae diese eine Einsenkung geschaffen hatte.

Totenkopfgesicht
„Als ich die Felsbrocken, auf die Philae aufgeprallt ist, von oben sah, erinnerte mich ihre Form an einen Totenkopf. Deshalb habe ich die Region ‚Totenkopf-Kamm‘ genannt und dieses Motiv auch für weitere Charakteristika, die ich beobachtete, benutzt“, sagt O’Rourke.

„Das rechte ‚Auge‘ des ‚Totenkopfgesichts‘ stammt von Philaes Oberseite, die den Staub komprimiert hat. Die Lücke zwischen den Felsbrocken ist die ‚obere Totenkopf-Spalte‘, wo Philae wie eine Windmühle fungierte, um zwischen ihnen hindurchzurasen.“

Die Analyse der Bilder und Daten von OSIRIS und dem Rosetta-Spektrometer VIRTIS bestätigte, dass es sich bei dem hellen Gebiet auf den Aufnahmen um Wassereis handelt. Dieses bedeckt eine Fläche von etwa 3,5 Quadratmetern. Zum Zeitpunkt der Landung lagen große Teile des Eises im Schatten, aber als die Bilder Monate später aufgenommen wurden, schien die Sonne direkt auf das Gebiet – das wie ein Leuchtfeuer erstrahlte. Das Eis war heller als die umliegende Region, da es zuvor nicht der Weltraumumgebung und damit auch nicht der Weltraumverwitterung ausgesetzt gewesen war.

„Das Eis erschien wie ein helles Licht in der Dunkelheit“, sagt O’Rourke und fügt hinzu, dass es sich nur 30 Meter von dem Ort entfernt befindet, an dem Philae letztendlich auf der Kometenoberfläche verblieben war.

Milchschaum
Doch die Studie stellt nicht nur den aufregenden Abschluss der Suche nach dem zweiten Aufsetzpunkt dar, sondern lieferte auch die erste In-situ-Messung des weichen Eis-Staub-Kerns eines Felsbrockens auf einem Kometen.

„Philae hat einen Abdruck neben der Spalte hinterlassen – dieser Ereignis war simpel in seiner Art, erlaubte uns aber dennoch, herauszuarbeiten, dass dieses urzeitliche, Milliarden von Jahren alte Eis-Staub-Gemisch außergewöhnlich weich ist. Es ist weicher als Milchschaum auf einem Cappuccino, Badeschaum oder die Gischt von sich brechenden Wellen“, fügt O’Rourke hinzu.

Die Untersuchung ermöglichte außerdem die Schätzung der Porosität des Felsbrockens, also wie viel Hohlraum sich zwischen den eisigen Staubkörnern im Inneren befindet. Diese wurde auf etwa 75 % geschätzt, was dem Wert entspricht, der zuvor, in einer separaten Studie, für den gesamten Kometen gemessen worden war. Dieselbe Studie hatte gezeigt, dass das Innere des Kometen gänzlich homogen ist, und zwar auf sämtlichen Größenskalen, bis auf etwa 1 Meter hinunter. Das impliziert, dass man die Felsbrocken als Stellvertreter für den Gesamtzustand des Kometeninneren – zu der Zeit, in der er sich gebildet hat, also vor etwa 4,5 Milliarden Jahren – betrachten kann.

„Dieses fantastische Multi-Instrument-Ergebnis schließt nicht nur die Lücken in der Geschichte von Philaes holpriger Reise, sondern bietet uns auch Informationen über die Eigenschaften des Kometen“, sagt Matt Taylor, Rosetta-Projektwissenschaftler bei der ESA. „Die Stärke eines Kometen zu verstehen, ist besonders wichtig für zukünftige Landermissionen. Dass der Komet ein solch schaumiges Inneres hat, ist eine überaus wichtige Angabe für das Entwickeln von Landemechanismen, aber auch für die mechanischen Prozesse, die wir zum Entnehmen von Proben benötigen.“

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• Rosetta – wissenschaftliche Instrumente und Ergebnisse

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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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• Rosetta – wissenschaftliche Instrumente und Ergebnisse

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Quelle: ESA.

9. September 2019 – Raumfahrtorganisationen haben bereits mehrere Raumschiffe zu Asteroiden, Kometen, Zwergplaneten und kleinen Monden geschickt und es gibt ehrgeizige Pläne, in Zukunft noch weitere auf den Weg zu bringen.

Asteroiden und Kometen stammen aus der Entstehungsphase unseres Sonnensystems. Sie können dazu beitragen, die Entstehungsgeschichte zu entschlüsseln. Darüber hinaus haben diese Objekte vielleicht eine wichtige Rolle bei der Entwicklung unseres Planeten und irdischen Lebens gespielt, da der Einschlag von Asteroiden und Kometen mit organischen Verbindungen in Zusammenhang mit der Entstehung des Lebens gebracht wird. Obwohl solche Kollisionen bei der Entstehung des Sonnensystems häufiger vorkamen, können kleine Objekte nach wie vor auf die Erde treffen und so das Leben, die Natur und Infrastruktur schädigen.

Solche Objekte könnten auch organische Materie zu anderen Planeten und Monden gebracht haben, von denen einige – zum Beispiel der Jupitermond Europa oder der Saturnmond Enceladus – über die erforderlichen Bedingungen für die Entstehung von Lebensformen verfügen können. Aus diesen und vielen weiteren Gründen ist es wichtig, diese Objekte zu beobachten und mehr über sie zu erfahren.

Das ESA-Programm Discovery & Preparation
Das Programm Erkunden & Entdecken (eng. Discovery & Preparation) bildet die Grundlage für die zukünftigen Aktivitäten der ESA und unterstützt die explorative Forschung nach neuen Konzepten. In diesem Rahmen wurden verschiedene Elemente möglicher zukünftiger Missionen zur Erforschung kleiner, extraterrestrischer Objekte untersucht.

Asteroiden und Kometen, deren Umlaufbahnen nahe an die der Erde herankommen oder diese sogar kreuzen, werden als erdnahe Objekte (NEOs) bezeichnet und können eine Einschlagsgefahr darstellen. Um diese Bedrohung abzuschwächen, ist der erste Schritt die Suche nach NEOs und die Kartierung ihrer Flugbahnen. Das Programm Discovery & Preparation unterstützte eine Studie, die mit Star Trackern die Suche nach NEOs erforscht – und sich bereits an Bord vieler Raumfahrzeuge befindet, um nach NEOs zu suchen.

Eine weitere Herausforderung bei nicht-irdischen Objekten besteht darin, dass Staub auf ihren Oberflächen die ankommenden Raumfahrzeuge, Lander und Astronauten beeinträchtigen kann. Die Dusty Plasma Environments-Studie war der erste Schritt bei der Entwicklung einer Reihe von Modellen, mit denen sich die Auswirkungen von staubigem Plasma auf zukünftige Explorationseinheiten berechnen lassen.

Neueste Erkundungssonden und Rover enthalten zwar Minilabore für die In-situ-Forschung, doch können hochmoderne Labore auf der Erde noch weitergehende Tests durchführen. Eine Discovery & Preparation-Studie untersuchte, wie auf der Erde eine Anlage errichtet werden kann, die einen sicheren Umgang mit solchen wertvollen und potenziell gefährlichen Proben, die von diesen Felsbrocken aus dem All stammen, gewährleistet. Die Untersuchung basierte auf früheren Studien zur Rückführung von Mars-Proben (Mars Sample Return).

Bei einer weiteren Studie wurde untersucht, wie eine Sonde sicher auf einem Objekt mit geringer Schwerkraft landen kann. Sie wurde in erster Linie vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) durchgeführt, das den MASCOT-Lander für die japanische Asteroidenmission Hayabusa 2 entwickelte. Diese Studie untersuchte die Entwicklung eines zweiten Landers, MASCOT-2, für die Landung auf Didymoon, dem Ziel der ESA-Asteroidenmission Hera.

Hera ist einer der großen Erfolge dieses Programms. Das Missionskonzept wurde auf der Basis zahlreicher Studien konzipiert.

Die Hera-Sonde transportiert unter anderem zwei CubeSats, die sich Didymoon stärker annähern können. Da diese vielseitig, klein und relativ preiswert sind, wurde untersucht, wie CubeSats zur Erforschung kleinerer Raumobjekte eingesetzt werden können. Einige dieser Studien konzentrierten sich speziell auf die Begleiter der Mission Hera.

In einer weiteren zukunftsorientierten Studie geht es darum, wie Astronauten die „Neutral Buoyancy Facility“ der ESA nutzen könnten, um für Flüge zu interplanetaren Objekten zu trainieren, bei denen die Schwerkraft nur sehr schwach vorhanden wäre. Weitere Aktivitäten zum Thema Discovery & Preparation mit Schwerpunkt auf Asteroiden, Kometen und Monden finden Sie im Studienverzeichnis Nebula Library.

ESA-Aktivitäten
Hera ist ein ausgereifter Missionsvorschlag im Rahmen der Aktivitäten der ESA im Bereich Weltraumsicherheit, die es Europa ermöglicht, die Bedrohung durch gefährliche Asteroiden, extreme Sonnenereignisse und Weltraummüll zu verstehen und zu minimieren. Das Planetary Defence Office beobachtet erdnahe Objekte, prognostiziert ihre Flugbahnen, warnt vor möglichen Einschlägen und ist an potenziellen Abwehrmaßnahmen beteiligt.

Im Rahmen der Rosetta-Mission schrieb die ESA bereits Geschichte, als sie einen Kometen umkreiste. Die Sonde Rosetta verblieb mehr als zwei Jahre im Orbit des Kometen 67P / Tschurjumow-Gerassimenko und sammelte Informationen über periodische Kometen. Sie setzte sogar ein Landegerät auf seiner Oberfläche ab, um dieses geheimnisvolle Objekt zu erkunden.

Als Nächstes hat die ESA einen Asteroiden im Visier. Die Europäische Weltraumorgansiation unterzeichnete kürzlich einen Vertrag mit GomSpace Luxemburg über die Entwicklung des ersten Nanosatelliten, der einem Asteroiden begegnen soll. Der Miniaturised Asteroid Remote Geophysical Observer (M-ARGO) wird ein 12-teiliger CubeSat mit eigenem Antriebssystem sein. Die Finanzierung erfolgt durch das General Support Technology Programme (GSTP) der ESA. Hiermit wird die Weiterentwicklung eines Tools gefördert, das zukünftige ESA-Lander-Missionen durch die Modellierung von Oberflächen kleiner Himmelskörper in unserem Sonnensystem und die Bereitstellung fotorealistischer Bilder unterstützen wird.

Durch die Untersuchung von drei Gesteinsproben, die von der japanischen Hayabusa-Mission vom Asteroiden Itokawa zurück zur Erde gebracht wurden, ist die ESA bereits an der Asteroidenforschung beteiligt. Dies hilft uns dabei,  mehr über die Oberflächenumgebung von Asteroiden zu lernen.

Planetenmissionen tragen auch zu unserem Verständnis von extraterrestrischen Objekten bei. Bei der Umkreisung des Mars mit Mars Express und dem ExoMars Trace Gas Orbiter konnte die ESA die Marsmonde Phobos und Deimos beobachten. Die JUICE-Mission (JUpiter ICy Moons Explorer) soll drei der größten Monde des Jupiters – Ganymed, Europa und Callisto – untersuchen, um festzustellen, ob einer von ihnen bewohnbar sein könnte.

Doch ist es nicht unbedingt erforderlich, in die Nähe dieser Objekte zu gelangen, um mehr über sie zu erfahren. Die Weltraumteleskope der ESA, darunter Hubble, haben zahlreiche kleine Himmelskörper im gesamten Sonnensystem fotografiert, um mehr über ihre Eigenschaften und Flugbahnen zu erfahren. Das Hubble-Teleskop nahm kürzlich ein Bild eines seltenen Asteroiden auf, der sich langsam selbst zerstört; Gaia sammelte Informationen über mehr als 14.000 Asteroiden; Herschel entdeckte Wasserdampf um den Zwergplaneten Ceres und das Infrarot-Weltraumobservatorium (ISO) stellte fest, dass in unserem Sonnensystem doppelt so viele Asteroiden unterwegs sein könnten, als bisher angenommen.

Projekte anderer Raumfahrtbehörden
Neben der Landung auf zwei verschiedenen Asteroiden mit ihren Missionen Hayabusa und Hayabusa2 plant die japanische Raumfahrtbehörde JAXA derzeit eine Mission zur Untersuchung der beiden Monde des Mars, Phobos und Deimos. Im Rahmen der Mission „Martian Moons eXploration“ (MMX) ist sogar die Rückführung von Proben eines Mondes zur Erde geplant. Auch die NASA hat in der Vergangenheit extraterrestrische Objekte besucht, wobei die Dawn-Mission die erste war, die einen Zwergplaneten – Ceres – umkreiste und auch den größten Asteroiden im Asteroidengürtel, VESTA, besuchte. Dawn entdeckte, dass es unter der Oberfläche von Ceres Reste eines flüssigen Ozeans geben könnte und fand organisches Material. Außerdem wurde bestätigt, dass Vesta der Ursprung vieler Meteoriten auf der Erde ist.

Die US-amerikanische Stardust-Mission sammelte Staub vom Kometen Wild-2. Die daraus gewonnen Erkenntnisse haben zu dem Schluss geführt, dass die Entstehungsgeschichte der Kometen umgeschrieben werden muss. Deep Impact besuchte den Kometen Tempel 1. Dabei wurde ein Projektil (Impaktor) in die Flugbahn des Kometen gebracht, das dort einschlug und Materialien wie Wassereis und organische Substanz freilegte. Die Ergebnisse der Mission deuten darauf hin, dass Kometen eine wesentliche Rolle bei der Entstehung des Lebens auf der Erde gespielt haben könnten.

Aktuell umkreist die Raumsonde OSIRIS-REx der NASA einen Asteroiden und soll Gesteinsproben sammeln und zur Erde zurückzubringen. Davon erhoffen sich die Wissenschaftler, mehr über die Entstehung des Sonnensystems und des Lebens zu erfahren. Die kanadische Weltraumbehörde (CSA) beteiligte sich ebenfalls an OSIRIS-Rex. Sie stellen ein Instrument zur Verfügung, das die Oberfläche des Asteroiden kartiert, so dass Wissenschaftler einen geeigneten Probenentnahmeort auswählen können. Die CSA entwickelte auch den erdnahen Objektüberwachungssatelliten (NEOSSat), dessen Ziel es ist, Asteroiden, die der Erde eines Tages gefährlich nahe kommen könnten, zu entdecken, zu verfolgen und zu katalogisieren.

Und nicht nur die Raumfahrtagenturen sind daran beteiligt, mehr über NEOs zu erfahren – auch die Europäische Südsternwarte (ESO) beschäftigt sich mit dieser Aufgabe. Vor kurzem entdeckte das Very Large Telescope der ESO einen Doppelasteroiden, der an der Erde vorbeiraste. Dies bot eine gute Gelegenheit, um die Zusammenarbeit der Weltraumorganisationen beim Auftauchen eines gefährlichen erdnahen Objekts (NEO) zu üben. Koordiniert wurde das Projekt vom International Asteroid Warning Network (IAWN), einer Zusammenarbeit vieler Weltraumorganisationen zum Schutz der Erde vor NEOs.

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Ein Beitrag von Gertrud Felber & Axel Orth. Quelle: ESA/Rosetta/MPS/UPD/LAM/IAA/SSO/INTA/UPM/DASP/IDA und NASA/JPL.

Am 30. September 2016 beendete die Kometensonde Rosetta die Erforschung des Kometen 67P/Tschurjumow-Gerasimenko mit der Landung auf dem Kometen, über die Raumfahrer.net berichtete.

Für die Wissenschaftler ging die Arbeit mit der Untersuchung und Auswertung der Aufnahmen der OSIRIS-Kamera von dem Kometen 67P weiter. Jetzt wurde ein Teil der Ergebnisse dieser Forschung veröffentlicht. Die Veränderungen auf dem Komet 67P wurden durch Vorher- und Nachher-Aufnahmen dokumentiert.

Wandernde Steine

Ein 30 Meter breiter Felsbrocken mit einer Masse von ca. 12.700 Tonnen hat sich bis zum Perihelion im August 2015 um 140 Meter auf Komet 67P bewegt, als die Aktivität des Kometen am höchsten war. In beiden Bildern zeigt ein Pfeil auf den Felsbrocken. Im rechten Bild skizziert der gepunktete Kreis die ursprüngliche Lage des Felsens als Referenz.

Die Bewegung könnte auf zwei Arten ausgelöst worden sein. Entweder entkernte sich das Material, auf dem er lag, so dass er rollte, oder ein genügend kraftvoller Ausbruch konnte ihn direkt an den neuen Standort befördern. Es wurden mehrere Ausbruchsereignisse in der Nähe der ursprünglichen Position des Felsbrockens während des Perihels registriert.

Die Bilder wurden von Rosettas OSIRIS-Kamera am 2. Mai 2015 (links) und am 7. Februar 2016 (rechts) mit Auflösungen von 2,3 Meter pro Pixel und 0,8 Meter pro Pixel aufgenommen.

Kollabierende Klippen

Es wurden während Rosettas Mission an mehreren Orten auf dem Kometen 67P kollabierte Klippen identifiziert.

Die Anaglyphen-Bilder (Rot-Grün-Brille verwenden) zeigen die ca. 134 Meter hohe Aswan-Klippe und das Plateau in der Seth-Region des Kometen 67P nachdem ein Teil der Klippe am 10. Juli 2015 abrutschte. Das zweite Bild wurde am 6. August 2016 aufgenommen und zeigt rechts das helle Wassereis der Klippe nach dem Zusammenbruch.

Das folgende Anaglyphen-Bild zeigt einen Blick auf die Seth Region des Kometen 67P / Tschurjumow-Gerasimenko. Rechts im Vordergrund befindet sich die ca. 134 m hohe Aswan-Klippe mit einem Bruchstück an der Kante, das anschließend am 10.07.2015 abfiel. Der Bruch, der hier zu sehen ist, war 70 m lang und 1 m breit und trennt einen 12 m gegenüber dem Hauptplateau überhängenden Block ab.

In der Nähe der Mitte des Bildes ist auch eine 220 m breite, 185 m tiefe Grube zu sehen. Das Bild fängt auch die terrassierte Topographie der Seth-Region im Hintergrund und einen kleinen Teil des glatten Halsbereichs des Kometen im Vordergrund ein.

Das Bild wurde ca. 26 km von der Oberfläche des Kometen 67P von der OSIRIS-Kamera von Rosetta am 21.09.2014 aufgenommen. Die Bildskala beträgt 0,5 m / Pixel.

Diese Anaglyphen-Ansicht geht von dem schroffen Vordergrund in Richtung der Aswan-Klippe und dem Plateau in der Seth-Region des Kometen 67P, nachdem einem Teil der Klippe am 10.07.2015 abfiel. Das Bild wurde am 6.08.2016 aufgenommen und zeigt das Wassereis an der hellen Klippe nach dem Zusammenbruch.

Das Bild wurde 6,4 km über der Oberfläche des Kometen mit der OSIRIS-Kamera von Rosetta aufgenommen. Die Bildskala beträgt 0,12 m / Pixel.

Das letzte Übersichtsbild zeigt die vorgenannten und weitere Veränderungen, die in hochauflösenden Bildern vom Kometen 67P während der mehr als zwei Jahren andauernden Überwachung durch Rosetta identifiziert wurden. Die ungefähre Lage jedes Merkmals ist auf den zentralen Kontextbildern markiert. Die Daten, wann die Vorher- und Nachher-Aufnahmen aufgenommen wurden, sind ebenfalls angegeben. Die Ausrichtung und Auflösung zwischen den Bildpaaren kann variieren, die Pfeile wurden in jedem Bild zur Orientierung auf den Ort der Änderungen gesetzt.

Riss im Nacken

Eine weitere Veränderung, die beobachtet werden konnte, betrifft sichtbare Frakturen der Kometenoberfläche und hängt eventuell mit einer leichten Erhöhung der Rotationsrate des Kometen zusammen. Diese Erhöhung könnte ihrerseits auf die Aufwärmung durch die Sonne zurückzuführen sein, wobei der genaue Mechanismus noch nicht ganz klar ist. Schon im August 2014, bei der Annäherung an den Kometen, wurde erstmals ein etwa 500 Meter langer Riss im „Nacken“ des Kometen gesichtet, der schmalen Region, die den „Kopf“ und „Körper“ von Tschuri zusammenhält. Bis Dezember 2014 konnte beobachtet werden, dass sich dieser Riss um etwa 30 Meter verlängert hatte. Im Juni 2016, also schon gegen Ende der Beobachtungszeit durch Rosetta, wurde ein neuer Riss gesichtet, von dem man noch nicht sagen kann, wie lang er tatsächlich ist. Schätzungen gehen von 150 bis 300 Meter aus. Diese Risse werden als Indiz gewertet, dass der Komet eines Tages auseinanderbrechen könnte.

Wir lassen uns gerne von weitere Ergebnisse der Forschungen begeistern, sie werden uns den Kometen 67P/Tschurjumow-Gerasimenko noch näher bringen.

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• Komet 67P/Tschurjumow-Gerasimenko

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Erstellt von Klaus Donath. Quelle: ESA

Darauf hatte man lange gehofft: Das Bild, welches nun definitiv Philae zeigt, wurde am 05.09.206 veröffentlicht und am 2. September aus einer Distanz von nur 2,7 km über der Oberfläche aufgenommen. Schon seit langem bemühte man sich bei der ESA, den kleinen Lander zu finden und veröffentlichte bereits zahlreiche mögliche Kandidaten – Raumfahrer.net berichtete.

Die Bilder bestätigen auch Philaes Orientierung und machen klar, warum die Kontaktaufnahme nach seiner Landung am 14. November 2014 so schwierig war: Er liegt auf der Seite in einem schattigen Plätzchen mit nur einem kleinen verfügbaren Winkel zur Kommunikation. „Nach monatelanger Arbeit und Konzentrierung der Suche auf das nun vorliegende Areal bin ich sehr aufgeregt und begeistert, dass wir nun dieses wichtige Bild von Philae in Abydos präsentieren können,“ sagt Laurence O’Rourke von der ESA, der bisher die Koordination der Suche über die letzten Monate geleitet hat, zusammen mit der ESA, dem OSIRIS Team, dem Lander-Operationsteam sowie den Navigations-Centern von SONIS und CNES.

Philae wurde zuletzt gesehen, als er dabei fotografiert wurde wie er von der Oberfläche abgeprallt ist. Systeme die dafür sorgen sollte, dass sich Philae auf dem Kometen verankert, versagten. Allen voran das Kaltgassystem sowie die Harpune. Nach drei Tagen wissenschaftlicher Untersuchungen mit Hilfe der internen Batterie konnte nur im Juni und Juli 2015 noch zweimal Kontakt aufgenommen werden. Die Solarzellen konnten offensichtlich nicht genug Energie liefern und die Lage der Sonde erlaubte nur ein sehr eingeschränktes Sichtfeld zur Raumsonde Rosetta.

„Diese bemerkenswerte Entdeckung kommt am Ende einer langen und zermürbenden Suche“, sagt Patrick Martin, Missions Manager bei der ESA. „Wir dachten, Philae sei für immer verschwunden. Es ist unglaublich, dass wir ihn im letzten Moment gefunden haben“.

Ab dem 30. September wird der Orbiter Rosetta in seiner finalen Mission auf den Kometen geschickt und wird vor seiner Deaktivierung letzte Daten aus dem Ma’at Gebiet des Kometen schicken.

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• Philae gefunden!
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Erstellt von Andreas Weise. Quelle: Pressekonferenz

Am 30. September 2016 ist alles vorbei. Dann wird die Raumsonde Rosetta voraussichtlich gegen 11:10 Uhr UTC auf dem Kometen Tschurjumow-Gerassimenko „impaktieren“, also auftreffen. Dabei wird die Sonde mit einer Geschwindigkeit von 20 bis 25 Zentimetern pro Sekunde auf der Kometenoberfläche aufschlagen. Dies berichtete Dr. Stephan Ulamec, DLR-Projektleiter für den Lander Philae, am 8. August 2016 auf einer Pressekonferenz im Naturkundemuseum in Berlin am Rande einer Ausstellungseröffnung.

Lange habe man nach den passenden Worten gesucht, „Crash“ oder „Landung“ wären nicht die richtigen Beschreibungen, so Ulamec. Zu dem abschließenden Vorgang um Rosetta werde es selbstverständlich einen Livestream der ESA im Internet geben, versicherte der Wissenschaftler. Die Forscher rechneten auf den letzten hundert Metern des Abstieges noch einmal mit ganz tollen Daten, speziell mit hoch aufgelösten Bildern, führte Ulamec aus. Es sei damit zu rechnen, dass der Kontakt circa eine Sekunde nach Aufschlag oder Landung auf dem Kometen abbrechen wird, da sich die Antenne dann vermutlich nicht mehr in der entsprechenden Ausrichtung befindet.

Auf die Frage, ob man den Lander Philae zwischenzeitlich zweifelsfrei lokalisiert hätte, antwortete Ulamec, dass man Bilder von einer Auflösung von circa 6 bis 7 Zentimeter Pixelgröße besitze, man den Lander aber leider noch nicht zweifelsfrei identifiziert habe. Auf eine weitere Frage, was man gelernt hätte, kam die Antwort, dass man sehr überrascht gewesen sei, dass sich die Oberfläche als so hart erwies. Man hätte eher mit einer Art Neuschnee oder größeren Staubschichten gerechnet. Vorgefunden wurde aber eine Oberfläche ähnlich der festen Eises. Mit der Auswertung der Daten sei man noch mindestens die nächsten fünf Jahre beschäftigt.

Wer die Faszination „Kometenfieber mit Rosetta und Philae“ sofort erleben will, der braucht nur in das Naturkundemuseum in Berlin zu gehen. Hier hat das DLR zusammen mit dem Naturkundemuseum Berlin eine Sonderausstellung zur Rosetta-Mission zusammengestellt. Die Ausstellung ist vom 9. August 2016 bis zum 24. Januar 2017 während der normalen Öffnungszeiten des Museums zu besichtigen.

Mittelpunkt der Schau ist ein Modell des Kometen von 4,3 mal 3,6 Metern im Maßstab 1:1.000. Dieses ist zum Größenvergleich auf die Umrisse des Stadtbezirkes Berlin-Mitte projiziert, wo es eine Fächer etwa vom Checkpoint Charlie bis zum Hauptbahnhof einnimmt.

Ein Besuch lohnt sich. Und vielleicht veranstaltet das Naturkundemuseum zum Impakt von Rosetta eine Sonderveranstaltung. Übrigens: Mit Impakt-Folgen kennt man sich hier aus. Die Saurier, speziell der T-Rex, sind gleich nebenan… .

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Der Beitrag Rosetta, Philae und (k)ein Ende ….. erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag der Raumfahrer.net Redaktion. Quelle: ESA.

Wie Raumfahrer.net zusammen mit spacelivecast.de heute im Kontrollzentrum für unbemannte Raumfahrt der Europäischen Raumfahrtorganisation (ESA), dem European Space Operations Center (ESOC), in Darmstadt vor Ort in Erfahrungen bringen konnte, wurden Einzelheiten des Landeverfahrens für Rosetta auf dem Kometen 67P festgelegt.

Zur Auswahl standen zwei verschiedene Abstiegsverfahren. Diskutiert wurde ein relativ zügiger Abstiegsvorgang mit einer Dauer zwischen einer und zwei Stunden, bei dem vor dem Kontakt mit dem Kometen eine relative saubere Umgebung der Sonde für gute Arbeitsmöglichkeiten der Instrumente an Bord des Raumfahrzeugs sorgen würde. Der Kontakt selbst würde schließlich mit einer Geschwindigkeit von etwa einem Meter pro Sekunde – der Geschwindigkeit, mit der auch der Lander Philae die Oberfläche erreichte – erfolgen.

Außerdem wurde ein langsameres Verfahren der Annäherung untersucht, das auf Grund ausgiebigeren Einsatzes der Lageregelungstriebwerke schwierigere Arbeitsbedingungen für die wissenschaftlichen Instrumente bedeutet, aber eine erheblich längere abschließende Phase wissenschaftlicher Untersuchungen möglich machen sollte.

Das Verhalten der Instrumente ist zum Teil so gut bekannt, dass ihre Daten hinsichtlich der durch den Triebwerkseinsatz verursachten Störungen vermutlich gut korrigiert werden können. Sechs bis sieben Stunden Beobachtungszeit sollten bei der langsameren Annäherung möglich sein.

Solarzellenausleger und Akkumulatoren sollen voraussichtlich im Juli 2016 noch einem überprüft werden, um ihren Zustand vor der Einleitung der abschließenden Missionsphase exakt beurteilen zu können. Steht möglicherweise nicht mehr genug Leistung für den gleichzeitigen Betrieb aller einsatzfähigen Instrumente zur Verfügung, sind Entscheidungen hinsichtlich der Abschaltung einzelner Instrumente zu treffen. Ob letzteres erforderlich ist, kann derzeit nicht gesagt werden.

Nach intensiven Besprechungen der Teams, die einerseits unter der Leitung von Matt Taylor die wissenschaftlichen Instrumente an Bord der Sonde betreuen, und den Technikern und Ingenieuren, die sich beim ESOC um die raumflugtechnischen Aspekte der Mission kümmern, wurde beschlossen, der langsameren Annäherung den Vorzug zu geben. Dabei spielte der Wunsch der Wissenschaftler, ihre Instrumente möglichst lange betreiben zu können, um Daten aus extremer Kometennähe erfassen zu können, eine maßgebliche Rolle.

Das angedachte Verfahren kam noch nie zum Einsatz. Die erforderlichen Triebwerke wurden noch nie in der notwendigen Kombination zusammen betrieben. Bisher durchgeführte Simulationen sprechen dafür, dass sich die geplanten Manöver erfolgreich durchführen lassen. Treibstoff steht ausreichend zur Verfügung. Die aufzuwendende Treibstoffmenge ist wegen des bevorstehenden Missionsendes kein limitierender Faktor.

Das konkrete Datum, an dem Rosetta die Oberfläche des Kometen erreichen wird, ist derzeit nicht exakt anzugeben. Die bahndynamische Komplexität der Aufgabe erfordert umfangreiche Vorarbeiten, berichtete Sylvain Lodiot, Spacecraft Operations Manager (SOM). Sie sollen in nächster Zeit am ESOC aufgenommen werden.

Die Mission von Rosetta wird nach derzeitigem Kenntnisstand frühestens zwischen dem 28. September und 1. Oktober 2016 beendet werden. Wenn es soweit ist, wird eine Prozedur greifen, die vorher zur Sonde übermittelt werden muss. Diese soll insbesondere die Abschaltung der Sender an Bord von Rosetta sicherstellen, um die vorher genutzten Funkfrequenzen wieder freizugeben.

Rosetta wird so konfiguriert, dass Anomalien bei der endgültigen Annäherung an den Kometen keinen Wechsel in einen Sicherheitsmodus wie bisher programmiert auslösen, sondern die Abschaltung des Senders veranlassen.

Auslöser der Abschaltung muss ausserdem nicht unbedingt ein anhaltender Kontakt mit dem Kometen sein. Nicht auszuschließen ist, dass die Sonde hüpft wie Philae. An Bord der Sonde kann sensorisch nicht unterschieden werden, was konkret den Abschaltimpuls auslöste, und eine Beurteilung der Situation anhand von Telemetrie ist wegen des abgeschalteten Senders dann nicht mehr möglich. Von den allerletzten aktiven Momenten werden die Menschen keine Kenntnis erhalten können.

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Der Beitrag Heute entschieden – Rosetta-Wissenschaft bis zum Ende erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Ralph-Mirko Richter. Quelle: DLR. Vertont von Peter Rittinger

Bereits am 12. November 2014 erreichte der von der Kometensonde Rosetta mitgeführte Lander Philae nach einer unerwartet ‚holprig‘ verlaufenden Landung die Oberfläche des Kometen 67P/Tschurjumow-Gerassimenko (der Einfachheit halber ab hier als „67P“ abgekürzt), wo er in den folgenden Tagen mit acht von seinen zehn wissenschaftlichen Instrumenten erfolgreich eine Vielzahl an Messungen durchführte. Am 15. November 2015 waren jedoch die Energievorräte des Landers so weit aufgebraucht, dass dieser sich um 01:36 MEZ in einen ‚Schlafmodus‘ versetzte. In den folgenden sieben Monaten war es den an der Mission beteiligten Wissenschaftlern und Ingenieuren trotz mehrerer entsprechender Kampagnen nicht möglich, einen erneuten Kontakt mit Philae zu etablieren.

Vor fast genau einem Monat – am 13. Juni 2015 – konnte der für die Kommunikation mit Philae zwingend benötigte ‚Kometenorbiter‘ Rosetta jedoch zur Freude der an der Mission beteiligten Forscher und Ingenieure erstmals wieder in Form einer zwar schwachen, aber stabilen Radiotransmission ein Lebenszeichen von seiner Tochtersonde registrieren. In den folgenden Wochen erfolgten die weiteren ‚Meldungen‘ des Kometenlanders jedoch nur sporadisch. Die entsprechenden Verbindungen waren dabei allerdings immer nur von kurzer Dauer und zudem relativ instabil (Raumfahrer.net berichtete). Ab dem 24. Juni 2015 konnte das für die Kontrolle des Landers zuständigen Team am Lander Control Center (LCC) des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Köln dann keine weiteren Signale von Philae empfangen.

Dementsprechend durchwachsen war die Stimmung der an der Mission beteiligten Mitarbeiter während der letzten Tage. Weder eine neue Flugbahn für den Kometenorbiter Rosetta noch dessen weitere Annäherung an die Oberfläche von 67P konnten eine erneute Kommunikation mit dem Lander ermöglichen. Aus den zuletzt empfangenen Telemetriedaten ließ sich allerdings auch nicht erkennen, dass sich Philae in größeren technischen Schwierigkeiten befindet. Die im Inneren des Landers gemessene Temperatur von null Grad Celsius ließ das Team des DLR sogar darauf hoffen, dass sich Philaes Batterie nun sogar wieder aufladen würde. Die Telemetriedaten haben jedoch auch zu dem Schluss geführt, dass offenbar eine der beiden Kommunikationseinheiten des Landers beeinträchtigt ist. Die zweite Einheit hat jedoch ohne erkennbare Funktionsstörungen gearbeitet.

„Wir haben Philae nie aufgegeben und sind optimistisch geblieben“, so Dr. Koen Geurts vom Lander-Kontrollteam des DLR.

Ein weiteres Lebenszeichen am 9. Juli 2015
Am 5. Juli wurde dem Kometenlander deshalb im Rahmen eines „Blind Commanding“ der Befehl übermittelt, das dort an Bord befindliche CONSERT-Instrument zu aktivieren. Bei dem „Comet Nucleus Sounding Experiment by Radio wave Transmission“ – so der vollständige Name dieses Instruments – handelt es sich um eine Radiowellensonde zur ‚Durchleuchtung‘ des Kometenkerns. Mit einer auf dem Orbiter installierten Sendeanlage werden Radiosignale zu einem auf dem Kometenlander befindlichen ‚Gegenstück‘ ausgestrahlt, welche von dort zu dem Orbiter zurückgeschickt werden sollen. Bedingt durch die Rotation des Kometen und durch die Eigenbewegung des Orbiters durchdringen diese Radiosignale auch das Innere des Kometen 67P und werden dabei leicht verändert. Durch die Auswertung der veränderten Signale können die an der Mission beteiligten Wissenschaftler Informationen über den inneren Aufbau und die Struktur des Kometenkerns ableiten.

Allerdings reagierte Philae zunächst nicht auf den Befehl einer Aktivierung von CONSERT, welcher daraufhin am 9. Juli erneut gesendet wurde. Und tatsächlich erfolgte diesmal eine Bestätigung. Der Kometenlander Philae hat noch am selben Tag ‚geantwortet ‚ und zwischen 19:45 und 20:07 MESZ erneut Daten gesendet. Auch wenn die Verbindung dabei erneut mehrfach abbrach, so blieb der gestrige Kontakt zu Philae doch trotzdem über insgesamt zwölf Minuten stabil.

„Philaes Lebenszeichen beweist uns, dass die Kommunikationseinheit am Lander weiterhin funktioniert und unsere Kommandos empfängt“, so Dr. Koen Geurts. Gegenwärtig sind die Experten des DLR mit der Auswertung der empfangenen Daten beschäftigt. „Wir sehen bereits, dass wir mit unserem Kommando, das wir am 9. Juli gesendet haben, das CONSERT-Instrument erfolgreich eingeschaltet haben.“

Allerdings gibt der Lander seinem verantwortlichen Team auch weiterhin Rätsel auf. „Wir haben noch keine genaue Erklärung, warum er sich jetzt gemeldet hat und in den vergangenen Tagen nicht“, so Dr. Geurts weiter. So wurde zum Beispiel während der vergangenen zwei Wochen die Flugbahn des Orbiters nicht mehr verändert. Rosetta hätte somit eigentlich bereits während der letzten Tage weitere Signale von Philae empfangen sollen.

Die Tatsache, dass der Lander am gestrigen Tag auf die Kommandos reagiert hat, stellt für die Mitarbeiter des Philae-Teams jedoch eine gute Nachricht dar. Sollte es in Zukunft gelingen, eine stabile Funkverbindung mit längeren und vorhersagbaren Kontaktzeiten zu Philae zu etablieren, so könnte der Lander auch seine wissenschaftlichen Instrumente wieder zum Einsatz bringen.

Verwandte Meldungen bei Raumfahrer.net:

• Komet 67P – Gewaltige Hohlräume führen in die Tiefe (4. Juli 2015)
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• Rosetta ändert die Flugbahn wegen Philae-Kontakt (18. Juni 2015)

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Der Beitrag Der Kometenlander Philae hat sich erneut gemeldet erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Ralph-Mirko Richter. Quelle: Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung, ESA.

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. Bereits nach wenigen Monaten konnten die an der Mission beteiligten Wissenschaftler unter anderem detaillierte Angaben zu der Form, der Masse und dem inneren Aufbau von 67P tätigen (Raumfahrer.net berichtete).

Der Komet 67P verfügt über eine extrem unregelmäßige Form. Ein ‚Kopfstück‘ ist dabei durch einen ‚Halsbereich‘ mit einem ‚Hauptkörper‘ verbunden. Basierend auf den Daten der OSIRIS-Kamera – der unter der Leitung von Mitarbeitern des Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung (MPS) in Göttingen entwickelten und betriebenen Hauptkamera an Bord von Rosetta – erstellten die Wissenschaftler ein dreidimensionales Modell des Kometen und konnten ihn so genau vermessen.

Während der kleinere Teil des Kometen, der sogenannte ‚Kopf‘, eine Größe von 2,6 x 2,3 x 1,8 Kilometern besitzt, erstreckt sich der größere Teil, der sogenannte ‚Körper‘, über 4,1 x 3,3 x 1,8 Kilometer. Das Volumen des gesamten Kometenkerns liegt bei rund 21,4 Kubikkilometern. Zusammen mit der Masse von etwa zehn Milliarden Tonnen, welche mit dem RSI-Instrument der Raumsonde Rosetta bestimmt werden konnte, ergibt sich für den Kometen somit eine mittlere Dichte von 0,47 Gramm pro Kubikzentimeter, was in etwa mit der Dichte von Kork vergleichbar ist.

„Wir gehen davon aus, dass der Komet aus Eis und Staub besteht – Materialien die beide eine deutlich höhere Dichte aufweisen. Der gemessene Wert lässt somit darauf schließen, dass der Komet eine Porosität von 70 bis 80 Prozent aufweist. Wir verstehen ihn derzeit als eine Art lockere Ansammlung von Eis- und Staubteilchen mit vielen, vielen Zwischenräumen“, sagte Dr. Holger Sierks vom MPS, der wissenschaftliche Leiter des OSIRIS-Teams, bereits im Januar 2015.

Die jetzt erfolgte Auswertung von Aufnahmen des OSIRIS-Kamerasystems, welche bereits in der Zeit von Juli bis Dezember 2014 angefertigt wurden, hat jetzt gezeigt, dass unter der Oberfläche des Kometen 67P offenbar tatsächlich riesige Hohlräume existieren.

Wie konnten sich diese Hohlräume bilden?
Für die Entstehung dieser Hohlräume werden mehrere Theorien in Betracht gezogen. So ist es zum Beispiel denkbar, dass der löchrige Aufbau des Kometen durch dessen Entstehungsgeschichte bedingt ist. Unser Sonnensystem bildete sich vor etwa 4,6 Milliarden Jahren aus einer interstellaren Gas- und Staubwolke – der so genannten Urwolke – welche schließlich durch gravitative Einflüsse kollabierte. Im Verlauf eines komplexen Entstehungsprozesses kollidierten Planetesimale mit niedrigen Geschwindigkeiten. Bei dieser ‚Zusammenballung‘ zu größeren Objekten bildeten sich eventuell auch größere Hohlräume, welche den Kometen die Struktur von Rubble Piles verliehen.

Ebenso denkbar ist, dass im Inneren des Kometen befindliches gefrorenes Kohlenstoffdioxid und Kohlenstoffmonoxid im Laufe der Jahrmilliarden sublimierte, wodurch ebenfalls Hohlräume erzeugt werden können. Gefrorenes Wasser, so die Wissenschaftler, verdampft dagegen erst bei deutlich höheren Temperaturen. Die hierfür notwendigen Temperaturwerte lassen sich unter der gut wärmeisolierenden, die Oberfläche eines Kometen bedeckende Staubschicht nur schwer durch die Sonneneinstrahlung erreichen.

Stattdessen halten die Forscher eine andere Wärmequelle für denkbar. Sobald im Untergrund eines Kometen befindliches amorphes Wassereis kristallisiert, wird dabei Wärmeenergie freigesetzt. Dies könnte ausreichen, um Wasser in genügender Menge zu verdampfen und ebenfalls Hohlräume im Inneren eines Kometen zu erzeugen.

„Noch bevorzugen wir keine dieser drei Möglichkeiten. Vielleicht spielen auch alle Effekte zusammen“, so Dr. Sierks. „Wir hoffen aber sehr, dass die Mission in ihrem weiteren Verlauf Klarheit bringt.“

Wie kamen die Wissenschaftler jetzt jedoch zu dem Schluss, dass das Innere des Kometen 67P offenbar tatsächlich von Hohlräumen durchzogen ist?

Hohlräume führen in die Tiefe
Auf diversen Aufnahmen der OSIRIS-Kamera sind mehrere schachtartige Vertiefungen erkennbar, welche sich aufgrund ihrer Form und Struktur deutlich von typischen Impaktkratern unterscheiden. Achtzehn dieser nahezu kreisrunden Vertiefungen wurden in den vergangenen Monaten von einem von Dr. Jean-Baptiste Vincent vom MPS geleiteten Team näher untersucht.

Dabei zeigte sich, dass diese Strukturen über unterschiedliche Durchmesser von lediglich wenigen Dutzend Metern bis hin zu mehreren hundert Metern verfügen. Auffällig ist zudem, dass offenbar zwei Arten von ‚Gruben‘ existieren. Einige der Strukturen verfügen über leicht geneigte Abhänge. Andere Gruben weisen dagegen nahezu senkrecht in die Tiefe führende Innenwände auf. An den Innenwänden der Schächte sind Schichtungen und Terrassierungen erkennbar. Die Böden der Vertiefungen sind dagegen relativ eben und mit einer Staubschicht bedeckt. Die größeren dieser Vertiefungen reichen dabei bis zu 210 Meter in die Tiefe.

„Wegen ihrer ungewöhnlichen Form unterscheiden sich diese Schächte deutlich von Einschlagskratern“, so Dr. Vincent. „Es scheint sich um ein typisches Merkmal von Kometen zu handeln.“

Ähnliche Strukturen konnten die Wissenschaftler in der Vergangenheit bereits bei den Kometen 9P/Tempel 1 und 81P/Wild 2 beobachten, welche in den Jahren 2004, 2005 und 2011 die primären Ziele der von der US-amerikanischen Weltraumbehörde NASA durchgeführten Kometenmissionen Deep Impact und Stardust darstellten.

Ausgangsort für Staubjets
Die Analysen haben zudem ergeben, dass einige der jetzt von Rosetta bei dem Kometen 67P beobachteten Vertiefungen – speziell handelt es sich dabei um die steil abfallenden Gruben – offensichtlich die Ausgangsregionen für feine Staubfontänen sind, welche von den Innenseiten dieser Schächte ausgehen. Für die Bestimmung der Ausgangsregion eines ‚Jets‘ werten die Kometenforscher verschiedene Aufnahmen ein und derselben Staubfontäne aus, welche unter verschiedenen Blickwinkeln angefertigt wurden.

„Auf diese Weise erhalten wir Informationen über die dreidimensionale Struktur der Fontänen und können ihren Ausgangspunkt auf der Kometenoberfläche bestimmen“, beschreibt Dr. Vincent die damit verbundene Vorgehensweise.

Auf welche Weise bildeten sich die ‚Schächte‘?
Allerdings kann die Freisetzung von Staubpartikeln nicht alleine für die Entstehung dieser ungewöhnlichen Strukturen verantwortlich sein. Im Inneren des Kometen befindliche gefrorene Gase, welche unter dem Einfluss der Sonne ‚verdampfen‘ und aus dem Kometenboden austreten, reißen zwar auch große Mengen an Staubpartikeln mit sich. Um derartig große Löcher wie jetzt beobachtet zu erzeugen wären jedoch Zeiträume von zum Teil mehreren Tausenden von Jahren nötig, so die Berechnungen der Wissenschaftler. Der Komet 67P dringt auf seiner Umlaufbahn um die Sonne jedoch erst seit dem Jahr 1959 in das innere Planetensystem und somit in die Nähe des Zentralgestirns unseres Sonnensystems vor. In den vorherigen Jahrmilliarden dürfte sich die bisher erfolgte Aktivität dieses Kometen in überschaubaren Grenzen gehalten haben.

Und auch ein plötzlich erfolgender Aktivitätsausbruch, wie ihn die Raumsonde Rosetta zum Beispiel bereits während der Anflugphase an den Kometen 67P gegen Ende April 2014 beobachten konnte (Raumfahrer.net berichtete), kann sich erst in den letzten Jahrzehnten ereignet haben. Zumindestens das Ereignis vom April 2014 reichte dabei nicht aus um genügend Material zu bewegen, um die Entstehung der besagten Strukturen zu erklären. Stattdessen spricht alles dafür, dass es sich bei den beobachteten ‚Löchern‘ um eingestürzte Hohlräume handelt, welche eventuell bereits seit der Entstehung dieses Kometen existieren.

„Offenbar werden diese unterirdischen Hohlräume mit der Zeit immer größer, bis die Deckschicht instabil wird und einbricht“, so Dr. Sierks. Die damit verbundenen Prozesse, so Sebastien Besse vom ESTEC, können sich jedoch über lange Zeiträume erstrecken.

…und die Staubjets?
Als Folge des Einsturzes der Deckschicht tritt an den Rändern der jetzt freigelegten Vertiefungen ‚frisches‘ Material zu Tage, welches zuvor noch vor der Sonneneinstrahlung geschützt war. Ursprünglich dort befindliche und jetzt freigelegte Eisablagerungen werden so erwärmt. Das Eis sublimiert und reißt Staubpartikel mit sich, was letztendlich zu der Entstehung der beobachteten, aus diesen Regionen hervortretenden Staubfontänen führt. Diese die Staubpartikel freigebenden Vertiefungen erweisen sich dabei als ein hilfreiches Mittel für die Bestimmung des Alters von verschiedenen Bereichen der Oberfläche des Kometen 67P.

„Da die Vertiefungen aktiv sind, verändern sie sich mit der Zeit“, so Dr. Vincent. Die Strukturen dehnen sich im Laufe der Zeit aus, so dass die mancherorts erkennbaren terrassenartigen Strukturen entstehen können. Die Bereiche der Kometenoberfläche, wo sich noch tiefe und steil abwärts führende Gruben befinden, sind somit jüngeren Alters. Ältere Regionen präsentieren sich dagegen als überwiegend ebene Plateaus. So jedenfalls die bisherige Theorie. Bereits in der näheren Zukunft könnte Rosetta hierbei für mehr Klarheit sorgen.

„Wir sind sehr daran interessiert zu beobachten wie sich diese Strukturen entwickeln. Und vielleicht können wir bereits in Kürze Zeugen werden, wie sich neue Gruben bilden“, so Matt Taylor, der für die Rosetta-Mission zuständige Projektwissenschaftler der ESA in Bezug auf die kürzlich bewilligte Missionsverlängerung der Rosetta-Mission bis zum September 2016.
Die hier kurz vorgestellten Forschungsergebnisse zu den ‚Schächten‘ auf der Oberfläche des Kometen 67P, welche letztendlich auch Erkenntnisse über die Entstehungsgeschichte dieses Kometen liefern werden, wurden von Jean-Baptiste Vincent et al. am 2. Juli 2015 unter dem Titel „Large heterogeneities in comet 67P as revealed by active pits from sinkhole collapse“ in der Fachzeitschrift Nature publiziert.

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• Rosetta: Bisher nur unregelmäßiger Kontakt zu Philae (27. Juni 2015)
• Rosetta entdeckt Wassereisablagerungen auf 67P (25. Juni 2015)
• Kometensonde Rosetta: Dritter Kontakt mit Philae (20. Juni 2015)
• Rosetta ändert die Flugbahn wegen Philae-Kontakt (18. Juni 2015)

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Fachartikel von Jean-Baptiste Vincent et al.:

• Large heterogeneities in comet 67P as revealed by active pits from sinkhole collapse (Abstract, engl.)

Der Beitrag Komet 67P – Gewaltige Hohlräume führen in die Tiefe erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Ralph-Mirko Richter. Quelle: DLR, ESA. Vertont von Peter Rittinger

Bereits am 12. November 2014 erreichte der von der Kometensonde Rosetta mitgeführte Lander Philae nach einer unerwartet ‚holprig‘ verlaufenden Landung die Oberfläche des Kometen 67P/Tschurjumow-Gerassimenko (der Einfachheit halber ab hier als „67P“ abgekürzt), wo er in den folgenden Tagen mit acht von seinen zehn wissenschaftlichen Instrumenten erfolgreich eine Vielzahl an Messungen durchführte. Am 15. November 2015 waren jedoch die Energievorräte des Landers so weit aufgebraucht, dass dieser sich um 01:36 MEZ in einen ‚Schlafmodus‘ versetzte.

In den folgenden sieben Monaten war es den an der Mission beteiligten Wissenschaftlern und Ingenieuren trotz mehrerer entsprechender Kampagnen (Raumfahrer.net berichtete über die damit verbundene Vorgehensweise) nicht möglich, einen erneuten Kontakt mit Philae zu etablieren.

Am 13. Juni 2015 konnte der für die Kommunikation mit Philae zwingend benötigte ‚Kometenorbiter‘ Rosetta jedoch zur Freude der an der Mission beteiligten Forscher erstmals wieder in Form einer zwar schwachen, aber stabilen Radiotransmission ein Lebenszeichen von seiner Tochtersonde registrieren. Bis zum 19. Juni erfolgten drei Kontakte, in deren Verlauf Telemetriedaten des Landers an das für die Steuerung von Philae zuständige Raumflugkontrollzentrum des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Köln übermittelt werden konnten. Die Auswertung dieser Daten zeigte, dass Philae seinen ‚Winterschlaf‘ offenbar gut überstanden hat, sich in einem guten Allgemeinzustand befindet und betriebsbereit ist (Raumfahrer.net berichtete).

Bisher nur unregelmäßige und zudem kurze und instabile Kontakte
Insgesamt konnte Rosetta bisher an sieben Tagen – am 13., 14., 19., 20., 21., 23. und zuletzt am 24. Juni 2015 – Signale von Philae empfangen. Die entsprechenden Verbindungen waren jedoch immer nur von kurzer Dauer und zudem relativ instabil. Im Rahmen der ersten, am 13. Juni erfolgten und lediglich 85 Sekunden andauernden Kommunikation war es dem Lander möglich, mehr als 300 Datenpakete mit einer Gesamtdatenmenge von 663 kBit via Rosetta an sein Kontrollzentrum auf der Erde zu übermitteln. Die zweite Verbindung am 14. Juni war relativ instabil und dauerte nur wenige Sekunden an, weshalb im Verlauf dieser zweiten Datentransmission auch deutlich weniger Datenpakete die Erde erreichten. Im Rahmen des dritten Kontakts am 19. Juni konnten innerhalb von 19 Minuten zwei jeweils rund zwei Minuten andauernde Funkverbindungen etabliert werden, in deren Verlauf insgesamt 185 weitere Datenpakete von dem Kometenlander empfangen wurden, welche auch aktuelle Telemetriewerte aus der vergangenen Woche enthielten.

Bereits einen Tag später wurden ebenfalls gleich zwei Mal Signale von Philae empfangen. Beide Verbindungen dauerten diesmal allerdings jeweils nur etwa eine Minute an. Auch am 23. Juni meldete sich Philae kurz, konnte aber während des lediglich 20-sekündigen Kontakts keine weiteren Daten transferieren. Bei dem bisher letzten Kontakt am 24. Juni dauerte der Kontakt diesmal zwar 20 Minuten – die Verbindung war aber ebenfalls nicht stabil, und so sendete Philae insgesamt nur 80 weitere Datenpakete.

Zwischen diesen Kontakten gab es allerdings auch mehrfach berechnete Kommunikationsfenster, in deren Verlauf keine Verbindung zwischen Philae und Rosetta aufgebaut werden konnte. Auch bei den Überflügen von Rosetta während der letzten Tage, welche in einer Überflughöhe von rund 180 Kilometern über dem vermuteten Standort von Philae verliefen, kam trotz der erst am 20. Juni 2015 extra für diese Horchkampagnen veränderten Flugbahn des Kometenorbiters kein erneuter Kontakt zustande.

„Wir benötigen allerdings längere und stabile Kontaktzeiten, um mit Philae – wie geplant – wieder wissenschaftlich arbeiten zu können“, so Michael Maibaum, Systemingenieur am Landerkontrollzentrum des DLR in Köln und stellvertretender Operationsmanager der Philae-Mission.
Voraussetzungen für Kontakte
Der Komet 67P benötigt für eine vollständige Rotation um seine Achse einen Zeitraum von ziemlich genau 12,4053 Stunden. Somit ergibt sich aufgrund der aktuellen Flugbahn von Rosetta pro Erdtag etwa zwei Mal die theoretische Gelegenheit einer Kontaktaufnahme zwischen dem Orbiter und dem Lander. Allerdings müssen hierzu gleich mehrere Grundvoraussetzungen erfüllt sein. Zum einen muss der Lander zu den Zeitpunkten, an denen sich mögliche Kommunikationsfenster öffnen, auch tatsächlich in Betrieb sein. Dies ist jedoch nur dann möglich, wenn der für seine Energieversorgung ausschließlich auf das Sonnenlicht angewiesene Lander auch ausreichend von der Sonne beleuchtet wird. Nur dann kann Philae mit seinen Solarpaneelen genügend Energie generieren, um auch eine aktive Kommunikation zu betreiben.

Außerdem müssen die Kommunikationsantennen des Landers und des Orbiters dabei mehr oder weniger direkt aufeinander ausgerichtet sein, wobei zudem eine direkte ‚Sichtverbindung‘ bestehen muss. Rosettas Antenne kann ohne größeren Aufwand auf den vermuteten Standort des Landers gerichtet werden. Die Antenne von Philae ist jedoch beim Senden und Empfangen von Daten offenbar beeinträchtigt. Sehr wahrscheinlich behindern hier Felsvorsprünge oder Felsgrate auf der Kometenoberfläche, welche sich in der unmittelbaren Umgebung des Landers befinden, die Kommunikation.

Die Berechnungen der an der Mission beteiligten Mitarbeiter haben ergeben, dass sich die Kommunikationsfenster in den vergangenen Tagen pro ‚Kometentag‘ – abhängig von der Konstellation zwischen dem Lander und dem Orbiter – theoretisch für einen Zeitraum von wenigen zehn Minuten bis hin zu maximal drei Stunden öffneten. Optimalerweise müsste Rosetta den Standort des Landers dabei zu einem Zeitpunkt überfliegen, an dem Philae bereits seit längeren dem Licht der Sonne ausgesetzt war und somit über genügend Energie zum Empfangen eines Signals von dem Orbiter verfügt. Des weiteren müsste die zur Verfügung stehende Energie ausreichen, um anschließend selbst Daten an Rosetta zu transferieren. Für einen optimalen und stabilen Datentransfer müsste der Kontakt zwischen Rosetta und Philae über einen Zeitraum von etwa 50 Minuten aufrecht erhalten bleiben.

Gefahren für Rosetta
Doch bei diesen Kommunikationsversuchen müssen auch noch andere Umstände berücksichtigt werden, welche eine ernsthafte Gefahr für die Raumsonde Rosetta darstellen könnten. Der zunehmend aktiver werdende Komet 67P schleudert zusammen mit seinen Gas-Fontänen auch große Mengen an Staubpartikel ins All. Diese Partikel sorgten bereits Ende März 2015 dafür, dass die Sternsensoren des Orbiters irritiert wurden und die Orientierung von Rosetta im Raum nicht mehr mit der notwendigen Genauigkeit bestimmt werden konnte. Dadurch bedingt versetzte sich die Raumsonde automatisch in einen Sicherheitsmodus, entfernte sich um mehrere hundert Kilometer von dem Kometen und konnte erst in den folgenden Tagen wieder durch neue Kommandos aus seinem Kontrollzentrum in den normalen Betriebsmodus versetzt werden (Raumfahrer.net berichtete).

Die weiteren Annäherungen an 67P erfolgten daher nur schrittweise und unter der ständigen Beobachtung, ob der Orbiter dabei unbeeinträchtigt blieb. Auch die derzeitige Flugbahn von Rosetta berücksichtigt diese nicht ungefährliche Umgebung des ausgasenden Kometen. So bewegt sich Rosetta zurzeit auf einem sogenannten „Terminator-Orbit“, welcher entlang der Tag-Nacht-Grenze des Kometen verläuft. Der Standort von Philae wird dabei während der ‚Morgenstunden‘ des anbrechenden ‚Kometentages‘ überflogen. Zu diesem Zeitpunkt – so die Annahmen der an der Mission beteiligten Ingenieure – schaltet sich der Lander allerdings gerade erst ein.

„Der Lander wird dann noch nicht optimal von der Sonne beleuchtet“, so Stephan Ulamec vom DLR, der für den Betrieb des Kometenlanders zuständige Projektleiter. Überflüge zu anderen Kometen-Tageszeiten wurden seit dem Aufwachen von Philae noch nicht durchgeführt.

Eine neue Flugbahn für Rosetta
Bereits in der vergangenen Woche führte Rosetta zwei Kurskorrekturmanöver durch, in deren Verlauf die Raumsonde auf eine neue Flugbahn dirigiert wurde, welche statt in etwas mehr als 200 Kilometern in einer Höhe von aktuell nur noch 180 Kilometern Höhe über der Kometenoberfläche verläuft. Die nur bedingt erfolgreich verlaufenen Versuche einer Kontaktaufnahme mit Philae haben jedoch gezeigt, dass diese Annäherung um 20 Kilometer noch nicht den erwünschten Erfolg erbracht hat. Aus diesem Grund begann die Raumsonde in den Morgenstunden des heutigen Tages mit einer Serie von Manövern, in deren Verlauf sich Rosetta bis zum 30. Juni 2015 um nochmals weitere 20 Kilometer näher an die Kometenoberfläche ‚heranpirschen‘ soll.

Das Team des DLR-Kontrollzentrums hofft, dass die Kontakte zu dem Lander bei einer Distanz von dann 160 Kilometern regelmäßiger und stabiler werden. Es wird sich jedoch erst im Laufe der nächsten Tage zeigen, ob die dabei zu erzielenden Veränderungen in der Geometrie zwischen dem Lander und dem Orbiter die Kommunikation mit Philae tatsächlich verbessern können. Außerdem könnten erneute Probleme mt den Startrackern jederzeit dazu führen, dass Rosetta dieses Annäherungsmanöver abbrechen und wieder einen höheren Orbit einnehmen muss.

Der technische Zustand von Philae
Die bisher von Philae übermittelten Telemetriewerte haben gezeigt, dass sich der Lander offenbar in einem guten Allgemeinzustand befindet. Trotzdem kann aufgrund der immer noch unvollständigen Datenlage nicht mit absoluter Gewissheit gesagt werden, ob wirklich alle Subsysteme des Landers diesen von den Missionsplanern nicht vorgesehenen siebenmonatigen ‚Winterschlaf‘ und die dabei gegebenen tiefen Temperaturen unbeschadet überstanden haben. So könnte zum Beispiel auch ein Ausfall der Kommunikationssysteme von Philae ein möglicher Grund für das derzeitige ‚Schweigen‘ des Landers sein. Die Auswertungen der bisher empfangenen Telemtriedaten haben zu dem Schluss geführt, dass zwar offenbar eine der beiden Kommunikationseinheiten beeinträchtigt ist – die zweite Einheit hat jedoch bisher ohne erkennbare Funktionsstörungen gearbeitet.

„Um mit Philae wieder wissenschaftlich zu arbeiten, sind wir auf längere und vorhersagbare Kontaktzeiten angewiesen“, betont Stephan Ulamec die Notwendigkeit einer stabilen Kommunikation, denn nur wenn der Lander umfangreiche Kommandos sicher empfangen und ausführen sowie die gesammelten Daten speichern und anschließend zu seinem Bodenteam transferieren kann, können seine zehn wissenschaftlichen Instrumente wieder zu einem sinnvollen Einsatz kommen. Derzeit analysieren und diskutieren die verschiedenen Missionsteams intensiv, ob und mit welchen weiteren Maßnahmen in Zukunft eine bessere Kontaktaufnahme mit dem Kometenlander Philae möglich sein wird.

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

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.

Die Entstehungsgeschichte unseres Sonnensystems
Die Sonne – das Zentralgestirn unseres Sonnensystems – entwickelte sich vor etwa 4,6 Milliarden Jahren aus einer interstellaren Gas- und Staubwolke – der so genannten Urwolke – welche schließlich durch gravitative Einflüsse kollabierte. Hierbei bildete sich im Inneren dieser Wolke eine dichte und sehr heiße Materiekonzentration, welche sich letztendlich im Rahmen einer stellaren Kernfusion entzündete und im Rahmen dieses Prozesses zu einem ’neu geborenen‘ Stern wurde. Das bei dieser Sternentstehung nicht verbrauchte Material konzentrierte sich zunächst in einer die Sonne umgebenden protoplanetaren Scheibe und war das Ausgangsmaterial für die sich im Verlauf eines komplexen Entstehungsprozesses innerhalb unseres Sternsystems bildenden Kometen, Asteroiden und Planeten.

Die 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, welche 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 der protoplanetaren Scheibe. In den Kometen ist die 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.
Wassereis direkt auf der Oberfläche von 67P?
Dabei zeigte sich bereits in der Frühphase der Erforschung des Kometen 67P durch die Raumsonde Rosetta, dass dessen Oberfläche extrem dunkel ist – es werden nur wenige Prozent des Sonnenlichts reflektiert – und dass dort zudem Temperaturen auftreten, welche das großflächige Vorhandensein von Wassereis ausschließen (Raumfahrer.net berichtete). Die Kometenforscher vermuten deshalb, dass sich das auf dem Kometen konzentrierte Wassereis unter der Oberfläche befindet und von einer dunklen Staubschicht bedeckt ist. In Einklang mit dieser Annahme wurden bereits im März 2015 erstmals Hinweise darauf gefunden, dass sich in der Region „Hapi“ offenbar Wassereis direkt auf beziehungsweise unmittelbar unterhalb der Oberfläche befindet (Raumfahrer.net berichtete ebenfalls).

Mittlerweile konnten die an der Mission beteiligten Wissenschaftler auf den Aufnahmen der OSIRIS-Kamera – der unter der Leitung von Mitarbeitern des Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung (MPS) in Göttingen entwickelten und betriebenen Hauptkamera an Bord von Rosetta – rund 120 auffallend helle, lediglich wenige Meter große Bereiche auf der Oberfläche des Kometen 67P identifizieren. Die optischen Eigenschaften dieser ‚hellen Flecken‘ deuten darauf hin, dass es sich hierbei um gefrorenes Wasser handelt. Sie reflektieren bis zu 60 Prozent des einfallenden Sonnenlichtes, was ein typischer Wert für Wassereis ist. Zudem erscheinen diese Flecken in Falschfarbenaufnahmen leicht bläulich, was ebenfalls auf Wassereis hindeutet.

Ein weiterer entscheidender Hinweis auf Wassereis: Innerhalb des Beobachtungszeitraums – die entsprechenden Aufnahmen wurden bereits zwischen dem August und dem November 2014 angefertigt – haben sich diese Bereiche offenbar nur minimal verändert. Gefrorenes Kohlenstoffdioxid und -monoxid, welches die Kometenforscher ebenfalls auf der Oberfläche von 67P erwarten, sollte sich in diesem Zeitraum rasch verflüchtigt haben, was zu deutlich erkennbaren Oberflächenveränderungen geführt hätte.

„Keine der früheren Kometenmissionen hat räumliche Auflösungen im Bereich einiger Meter erreicht“, so Dr. Holger Sierks vom MPS, der wissenschaftliche Leiter des OSIRIS-Kameraexperiments. „Wir sehen Strukturen dieser Art deshalb zum ersten Mal.“

Mit der hohen Auflösung der OSIRIS-Kamera betrachtet entpuppen sich die meisten der beobachteten ‚hellen Flecken‘ als einzelne ‚Brocken‘. Einige dieser Objekte treten jedoch auch in Gruppen auf. Diese Ansammlungen finden sich typischerweise in Geröllfeldern an der Basis von Klippen und Steilhängen. Sie könnten durch das Zusammenbrechen der Klippen an die Kometenoberfläche gelangt sein. Im Gegensatz dazu stechen die vereinzelten Objekte, welche sich sowohl auf ‚freiem Feld‘ als auch in schattigen Regionen befinden, deutlich aus ihrer Umgebung hervor.

Laborexperimente
Zwecks der Klärung der Frage, wie es zu dieser Verteilung der vermutlichen Wassereisablagerungen kommen konnte, führten die Kometenforscher verschiedene Laborexperimente durch und untersuchten dabei, wie sich eine Mischung aus Wassereis und verschiedenen Mineralien unter Sonneneinstrahlung verhält. Ihr Ergebnis: Bereits nach wenigen Stunden bildet sich ein dunkler Staubmantel von einigen Millimetern Dicke aus, welcher das darunter liegende Eis verbirgt. Gelegentlich konnte das verdampfende Wasser in diesen Experimenten jedoch größere Staubkörner oder sogar größere Brocken mit sich reißen und so helle Bereiche freilegen, wo das Wassereis frei zutage liegt.

Das von Antoine Pommerol von der Universität Bern geleitete Team hält es für möglich, dass die jetzt beobachteten ‚eisigen Stellen‘ bereits vor sechseinhalb Jahren entstanden sind, als sich der Komet 67P das letzte Mal der Sonne näherte. Dabei könnten auch einige wassereishaltige Brocken in Gebiete geschleudert worden sein, welche in der Folgezeit permanent im Schatten lagen, so dass diese die folgenden Jahre überdauerten. Einer anderen Theorie zur Folge könnte für diesen Materialtransport aber auch die zwischenzeitlich erfolgte Emission von Kohlenstoffdioxid und -monoxid verantwortlich sein, welche auch in größerer Entfernung zur Sonne erfolgt.

„Die beste Strategie, diese Fragen zu klären, ist abzuwarten“, so Dr. Sierks. „In den kommenden Monaten werden wir 67P weiter beobachten und so hoffentlich diese Prozesse aus nächster Nähe miterleben.“ Erst am 13. August 2015 wird der Komet 67P – auch weiterhin von Rosetta begleitet – in einer Entfernung von etwa 186 Millionen Kilometern zur Sonne das Perihel – den Punkt der dichtesten Annäherung an das Zentralgestirn unseres Sonnensystems – durchlaufen.

„Während sich der Komet weiter seinem Perihelion nähert nimmt auch die Intensität der Sonneneinstrahlung zu. Dabei werden auch die hellen Flecken, welche bisher noch im Schatten liegen, der direkten Sonneneinstrahlung ausgesetzt, was zu entsprechenden Veränderungen führen sollte“, so Matt Taylor, der für die Rosetta-Mission zuständige Projektwissenschaftler der ESA. „Eventuell werden dabei auch noch weitere und zudem größere eishaltige Bereiche freigelegt.“
Die hier kurz vorgestellten Forschungsergebnisse zu den Eisablagerungen auf der Oberfläche des Kometen 67P wurden von Antoine Pommerol et al. kürzlich unter dem Titel „OSIRIS observations of meter-sized exposures of H2O ice at the surface of 67P/Churyumov-Gerasimenko and interpretation using lasboratory experiments“ in der Fachzeitschrift Astronomy & Astrophysics publiziert.

Missionsverlängerung bis September 2016
Ursprünglich war von der ESA vorgesehen, dass die Raumsonde Rosetta die Untersuchung des Kometen 67P lediglich bis Ende Dezember 2015 fortsetzen soll. Aufgrund der Vielzahl der bisher erzielten wissenschaftlichen Ergebnisse und des guten Allgemeinzustandes der Raumsonde wurde jedoch bereits seit längeren allgemein davon ausgegangen, dass die Mission wohl verlängert werden wird (Raumfahrer.net berichtete). Dies wurde jetzt auch offiziell bestätigt. Am 23. Juni gab die ESA bekannt, dass das Science Programme Committee der europäischen Weltraumagentur die formelle Zustimmung zu einer Verlängerung der Mission um weitere neun Monate erteilt hat. Die Fortsetzung der Untersuchungen des Kometen in den 12 Monaten nach dessen Perihelpassage wird den Wissenschaftlern ein vollständigeres Bild von der zu- und abnehmenden Kometenaktivität im Verlauf seines Orbits vermitteln – so die wissenschaftliche Begründung dieser Missionsverlängerung bis zum September 2016.

„Dies sind fantastische Neuigkeiten für die Wissenschaft“, so Matt Taylor. „Wir werden in der Lage sein, die abnehmende Aktivität des Kometen zu beobachten, während er sich wieder von der Sonne entfernt. Durch den Vergleich detaillierter Vorher- und Nachher-Daten können wir besser verstehen, wie sich Kometen im Laufe ihrer Lebenszeit entwickeln.“ Wenn die Kometenaktivität nach dem Perihel wieder abnimmt, sollte es möglich sein, den Orbiter wieder deutlich näher an den Kometenkern zu manövrieren und so die Veränderungen der Kometeneigenschaften während und unmittelbar nach dessen kurzen ‚Sommers‘ genauer zu untersuchen.

Die zusätzlichen Beobachtungsdaten, welche Rosetta in diesem Zeitraum sammeln wird, können zudem auch einen weiteren Kontext für ergänzende erdbasierte Beobachtungen des Kometen 67P bilden. Aktuell befindet sich der Komet von der Erde aus betrachtet nahe der Sonne, wodurch sich erdbasierte Beobachtungen derzeit überaus schwierig gestalten.

Wo befindet sich Philae?
Des weiteren könnte im Rahmen dieser verlängerten Mission die Chance bestehen, bei einer erneuten signifikanten Annäherung von Rosetta an die Kometenoberfläche eine definitive visuelle Identifizierung des Kometenlanders Philae vorzunehmen, dessen endgültiger Standort bisher immer noch nicht zweifelsfrei bestimmt werden konnte (Raumfahrer.net berichtete). Auf den im Rahmen der bisherigen Suchkampagnen aus bis zu etwa 18 Kilometern Entfernung angefertigten Fotos waren zwar mehrere Kandidaten erkennbar, doch könnten Aufnahmen aus lediglich zehn oder noch weniger Kilometern Distanz die sicherste mögliche optische Bestätigung liefern.

Während der erweiterten Mission wird das für die Steuerung der Raumsonde verantwortliche Team dank der Erfahrungen, die es bereits bisher bei dem Betrieb von Rosetta in dem schwierigen Kometenumfeld gewonnen hat, einige neue und möglicherweise auch riskantere Manöver der Raumsonde durchführen können. Hierbei handelt es sich zum Beispiel um bisher nur angedachte Flüge über die Nachtseite des Kometen, um Plasma-, Staub- und Gas-Interaktionen in dieser Region zu beobachten. Des weiteren könnten im Rahmen dieser Manöver Proben des Kometenstaubs gesammelt werden, welcher in Form von Jets von der Kometenoberfläche entweicht und in der unmittelbaren Nähe des Kerns von Rosetta direkt untersucht werden könnte.

Definitives Missionsende
Aber irgendwann einmal gehen auch selbst die erfolgreichsten Weltraummissionen ihrem Ende entgegen. Im Fall der Rosetta-Mission ist dieses absehbare Ende dadurch bedingt, dass sich der Komet 67P bereits bald wieder von der Sonne entfernen und erneut in die ‚Tiefen‘ des Sonnensystems entschwinden wird. Dies hat zur Folge, dass die ausschließlich mit Sonnenenergie betriebene Raumsonde ab dem September 2016 nicht mehr genügend Sonnenlicht empfangen wird, um auch weiterhin effizient und kontinuierlich arbeiten zu können. Dies entspricht in etwa der Situation vom Juni 2011, als Rosetta für 31 Monate in einen ‚Winterschlaf‘ versetzt wurde, während sie die längste Etappe ihrer Reise in Richtung des Jupiter-Orbits zurücklegte (Raumfahrer.net berichtete).

Neben dem dann gegebenen ‚Energiemangel‘ kommt erschwerend hinzu, dass sich Rosetta und der Komet 67P ab dem Oktober 2016 von der Erde aus betrachtet wieder in der unmittelbaren Nähe der Sonne befinden werden – eine Konstellation, welche den Betrieb der Raumsonde sehr kompliziert. Da Rosetta bis dahin zudem auch den für weitere Bahnkorrekturmanöver benötigten Treibstoff aufgebraucht haben wird ist es auch nicht sinnvoll, die Raumsonde in einen erneuten Hibernationsmodus zu versetzen. Stattdessen gehen die derzeitigen Überlegungen dahin, dass Rosetta die Mission auf der Oberfläche des Kometen 67P beenden soll.

Sofern dieses angestrebte Szenario in die Praxis umsetzbar sein sollte, würde die Raumsonde über einen Zeitraum von etwa drei Monaten einen spiralförmig verlaufenden Sinkflug durchführen und schließlich auf der Oberfläche von 67P aufsetzen. Die an der Mission beteiligten Wissenschaftler erwarten, dass Rosetta in diesem Zeitraum die wissenschaftlichen Untersuchungen fortsetzen kann. Eventuell wäre es so möglich, einzigartige Daten aus bisher nie erreichter Nähe zu gewinnen. Allerdings ist es extrem unwahrscheinlich, dass diese Untersuchungen auch nach der erfolgten Landung, für die Rosetta definitiv nicht konstruiert wurde, fortgesetzt werden können. Sehr wahrscheinlich wird dieses Experiment mit einer ‚Bruchlandung‘ enden.

„Doch es gibt noch viel zu tun, um herauszufinden, ob dieses Missionsende tatsächlich möglich ist. Zunächst müssen wir den Zustand der Raumsonde nach dem Perihel untersuchen und sehen, wie gut sie in der Nähe des Kometen funktioniert. Später werden wir versuchen zu entscheiden, wo auf dem Kometen Rosetta abgesetzt werden könnte“, so Patrick Martin, der Missionsmanager des Rosetta-Teams.
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Fachartikel von Antoine Pommerol et al.:

• OSIRIS observations of meter-sized exposures of H2O ice at the surface of 67P/Churyumov-Gerasimenko and interpretation using lasboratory experiments (PDF, Volltext, engl.)

Der Beitrag Rosetta entdeckt Wassereisablagerungen auf 67P erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Ralph-Mirko Richter. Quelle: DLR, ESA. Vertont von Peter Rittinger

Bereits am 12. November 2014 erreichte der von der Kometensonde Rosetta mitgeführte Lander Philae nach einer unerwartet ‚holprig‘ verlaufenden Landung die Oberfläche des Kometen 67P/Tschurjumow-Gerassimenko (der Einfachheit halber ab hier als „67P“ abgekürzt), wo er in den folgenden Tagen mit acht von seinen zehn wissenschaftlichen Instrumenten erfolgreich eine Vielzahl an Messungen durchführte. Am 15. November 2015 waren jedoch die Energievorräte des Landers so weit aufgebraucht, dass dieser sich um 01:36 MEZ in einen ‚Schlafmodus‘ versetzte. Seitdem war es den an der Mission beteiligten Wissenschaftlern und Ingenieuren trotz mehrerer entsprechender Kampagnen (Raumfahrer.net berichtete über die damit verbundene Vorgehensweise) nicht möglich, einen erneuten Kontakt mit Philae zu etablieren.

Am 13. Juni 2015 konnte der für die Kommunikation mit Philae zwingend benötigte ‚Kometenorbiter‘ Rosetta jedoch zur Freude der an der Mission beteiligten Forscher nach einer Wartezeit von fast sieben Monaten erstmals wieder in Form einer zwar schwachen, aber stabilen Radiotransmission ein Lebenszeichen von seiner Tochtersonde registrieren. Eine Tag später erfolgte ein zweiter, diesmal allerdings kürzerer Kontakt, in dessen Verlauf ebenfalls Telemetriedaten des Landers übermittelt werden konnten. Die Auswertung dieser Daten zeigte, dass Philae seinen siebenmonatigen ‚Winterschlaf‘ offenbar gut überstanden hat, sich in einem guten Allgemeinzustand befindet und betriebsbereit ist (Raumfahrer.net berichtete).

Im Rahmen dieser beiden Datentransmissionen übermittelte der Lander auch Daten, welche bereits Anfang Mai 2015 aufgezeichnet wurden. „Philae war zu diesem Zeitpunkt bereits aufgewacht, konnte uns aber noch nicht erreichen“, so Dr. Stephan Ulamec vom DLR, der für die Philae-Mission verantwortliche Projektleiter vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR).

Eine dritte Datentransmission am 19. Juni 2015
Am gestrigen Tag konnten die für den Betrieb des Landers zuständigen Systemingenieure jetzt zum dritten Mal Daten von Philae empfangen. Im Rahmen von zwei jeweils rund zwei Minuten andauernden Funkverbindungen konnte Rosetta insgesamt 185 weitere Datenpakete von Philae empfangen, welche unter anderem auch aktuellere Telemetriewerte aus der vergangenen Woche enthielten. Die entsprechenden Daten erreichten die Erde am gestrigen Tag um 15:37 MESZ und um 15:54 MESZ. Deren Auswertung zeigte, dass sich die Beleuchtungsverhältnisse an dem gegenwärtigen Standort des Landers immer weiter verbessern. Die letzten Daten belegen, dass mittlerweile vier der Solarpaneele von Philae vom Sonnenlicht erreicht werden und Energie aufnehmen können, wodurch auch die Temperaturwerte im Inneren des Landers steigen.

„Mittlerweile hat der Lander eine Betriebstemperatur von null Grad Celsius erreicht. Das bedeutet, dass die Batterie jetzt sogar ausreichend aufgeheizt ist, um Energie speichern zu können. Damit könnte man dann auch während der Kometennacht mit Philae arbeiten – unabhängig von der Beleuchtung durch die Sonne“, so Michael Maibaum, Systemingenieur am Raumflugkontrollzentrum des DLR in Köln und stellvertretender Operationsmanager.

Die am gestrigen Tag erfolgte Verbindung wurde zwar einige Mal unterbrochen, war ansonsten aber relativ stabil und erstmals über einen längeren Zeitraum möglich. „Wir benötigen allerdings längere und stabile Kontaktzeiten, um mit Philae wie geplant wieder wissenschaftlich arbeiten zu können“, so Michael Maibaum weiter. Sobald diese Rahmenbedingungen erfüllt sind könnten auch die zehn Instrumente an Bord von Philae wieder eingesetzt werden.

Zwecks der Etablierung einer solchen stabilen Funkverbindung wurde jetzt die Flugbahn des Kometenorbiters Rosetta angepasst. Ein erstes Kurskorrekturmanöver, mit dem der Abstand der Raumsonde auf eine Entfernung von 180 Kilometern zur Kometenoberfläche reduziert wurde, konnte bereits am vergangenen Mittwoch Vormittag erfolgreich abgeschlossen werde. Ein zweites Manöver erfolgte heute am frühen Morgen. Hierbei sollte der Abstand auf 177 Kilometer verringert werden. Außerdem soll die Flugbahn von Rosetta in Zukunft direkter über dem Standort des Kometenlanders verlaufen, wodurch sich längere, jeweils etwa alle 12 Stunden öffnende Kommunikationszeitfenster ergeben sollten.

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Ein Beitrag von Ralph-Mirko Richter. Quelle: ESA, DLR, MPS.

Bereits am 12. November 2014 erreichte der von der Kometensonde Rosetta mitgeführte Lander Philae nach einer unerwartet ‚holprig‘ verlaufenden Landung die Oberfläche des Kometen 67P/Tschurjumow-Gerassimenko (der Einfachheit halber ab hier als „67P“ abgekürzt), wo er in den folgenden Tagen mit acht von seinen zehn wissenschaftlichen Instrumenten erfolgreich eine Vielzahl an Messungen durchführte. Am 15. November waren jedoch die Energievorräte des Landers so weit aufgebraucht, dass dieser sich um 01:36 MEZ in einen ‚Schlafmodus‘ versetzte. Seitdem war es den an der Mission beteiligten Wissenschaftlern und Ingenieuren trotz mehrerer entsprechender Kampagnen (Raumfahrer.net berichtete über die damit verbundene Vorgehensweise) nicht möglich, einen erneuten Kontakt mit Philae zu etablieren.

Am 13. Juni 2015 konnte der für die Kommunikation mit Philae zwingend benötigte ‚Kometenorbiter‘ Rosetta jedoch zur Freude der an der Mission beteiligten Forscher nach einer Wartezeit von fast sieben Monaten erstmals wieder in Form einer zwar schwachen, aber stabilen Radiotransmission ein Lebenszeichen von seiner Tochtersonde registrieren (Raumfahrer.net berichtete). Im Rahmen dieser kurzen, lediglich 85 Sekunden andauernden Kommunikation war es dem Lander möglich, mehr als 300 Datenpakete mit einer Gesamtdatenmenge von 663 kbits via Rosetta an sein Kontrollzentrum auf der Erde zu übermitteln. Diese Daten, bei denen es sich um kürzlich durch den Lander aufgezeichnete Telemetriewerte handelte, zeigten, dass sich Philae offenbar in einem unerwartet guten Allgemeinzustand befindet. Im Inneren des Landers herrschte demzufolge eine Temperatur von minus 35 Grad Celsius, was absolut innerhalb der Vorgaben für diese Mission liegt. Zudem verfügte der Lander zu diesem Zeitpunkt über eine Energieleistung von 24 Watt.

Ein zweiter Kontakt am 14. Juni 2015
Des weiteren wurde im Rahmen dieser Datentransmission bekannt, dass sich im Speicher des Landers noch weitere rund 8.000 Datenpakete mit einer Gesamtdatenmenge von etwa zwei MB befinden, welche ebenfalls Aufschluss über den Status während der vergangenen Tage und eventuell Wochen liefern können, denn Philae war offenbar bereits seit längerem ‚wach‘, konnte dabei aber keinen Kontakt zu Rosetta herstellen. Für den Empfang dieser zusätzlichen Daten muss jedoch zunächst ein erneuter Kontakt zwischen Rosetta und Philae hergestellt werden. Die besten Chancen hierfür ergeben sich dann, wenn der Orbiter den vermuteten Standort des Landers mehr oder weniger direkt und zudem in einer möglichst geringen Entfernung überfliegt. Leider ist dies aufgrund der gegenwärtigen Flugbahn von Rosetta allerdings nicht der Fall. Trotz der schlechten Bedingungen konnte jedoch bereits am 14. Juni ein erneuter Kontakt mit dem Lander hergestellt werden. Diese zweite Verbindung war jedoch relativ instabil und dauerte nur wenige Sekunden an, weshalb im Verlauf dieser zweiten Datentransmission auch deutlich weniger Datenpakete die Erde erreichten.

Die bisherige Auswertung der im Rahmen dieser beiden Transmissionen empfangenen Daten zeigt jedoch, dass offenbar alle Systeme von Philae voll funktionsfähig sind. Erstaunlich positive Resultate ergeben sich zudem für den derzeitigen Temperatur- und Energiestatus des für seine Energieversorgung ausschließlich auf das Licht der Sonne angewiesenen Landers. Bisher gingen die an der Mission beteiligten Mitarbeiter davon aus, dass Philae an seinem derzeitigen Standort pro Kometentag – dieser dauert etwa 12,4 Stunden an – lediglich für einen Zeitraum von etwa 80 Minuten von dem Sonnenlicht erreicht wird. Die Auswertung der Daten zeigt jedoch, dass Philae stattdessen gegenwärtig pro Kometentag für fast drei Stunden Sonnenlicht empfängt. Zu Beginn dieses ‚Kometentages‘ erreicht Philae während der Zeit des Sonnenaufgangs eine Leistung von anfangs etwa 13 Watt. Dieser Wert steigert sich in den folgenden Stunden derzeit auf einen Wert von etwas mehr als 24 Watt. Des weiteren stellte sich zudem heraus, dass auch die Temperatur im Inneren des Landers zumindestens zeitweise offenbar deutlich höher ausfällt als die anfangs erwähnten minus 35 Grad Celsius. Im Rahmen der letzten Datenübertragung wurden ‚Spitzenwerte‘ von lediglich nur noch minus fünf Grad Celsius registriert.

„Derzeit werten wir immer noch die bisher empfangenen ‚Housekeeping‘-Daten des Landers aus. Aber wir können bereits jetzt sagen, dass alle Subsysteme auch nach mehr als einem halben Jahr auf der eisigen Oberfläche des Kometen nominell arbeiten und keine Anzeichen einer erkennbaren Degradation zeigen“, so der für den Betrieb des Kometenlanders zuständige Projektleiter Dr. Stephan Ulamec vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR).

Eine neue Flugbahn für Rosetta
Um weitere Daten von Philae zu empfangen muss jedoch zuerst eine stabile Funkverbindung zwischen Philae und Rosetta etabliert werden. Hierfür soll der Kometenorbiter jetzt auf eine neue, näher an der Kometenoberfläche und ‚direkter‘ über dem Standort von Philae verlaufende Flugbahn dirigiert werden.

Prinzipiell bestehen derzeit pro Kometentag ein Kommunikationsfenster zwischen den beiden Raumsonden. Während des ersten Kontaktes am 13. Juni überflog Rosetta die Kometenoberfläche in einer Entfernung von etwa 200 Kilometern. Während des zweiten, allerdings schlechteren Kontaktes etwa 24 Stunden später lag dieser Wert dagegen bei einem veränderten Überflugwinkel bei etwa 206 Kilometern. Während der möglichen Kommunikationsfenster in den folgenden Tagen befand sich Rosetta in Entfernungen von 220 bis zu 235 Kilometern zu der Oberfläche von 67P und konnte – vermutlich auch durch einen nochmals schlechter ausfallenden Winkel zwischen dem Standort des Landers und dem Orbiter – keine weiteren Signale von Philae empfangen.

Bereits am 15. Juni wurde von den für den Betrieb von Rosetta verantwortlichen Wissenschaftlern der ESA, des DLR und der französischen Raumfahrtagentur CNES in Übereinstimmung mit den für die Überwachung des Kometenorbiters verantwortlichen Missionsanalytikern und Flugdynamik-Ingenieuren am Raumflugkontrollzentum der ESA beschlossen, den Kometenorbiter auf eine neue Flugbahn zu dirigieren, welche die Möglichkeiten einer Kommunikation zwischen Philae und Rosetta optimieren sollte. Diese neu einzunehmende Flugbahn wird in einer Höhe von nur noch etwa 180 Kilometern über der Oberfläche von 67P verlaufen und soll dabei etwas ‚direkter‘ als bisher über den Standort des Landers führen.

Die entsprechenden Kommandos wurden ebenfalls bereits am 15. Juni an Rosetta übermittelt. Die damit durchzuführende Veränderung der Flugbahn wird in zwei Schritten erfolgen, wobei das erste Kurskorrekturmanöver bereits am gestrigen Mittwoch erfolgte. Ein zweites, abschließendes Korrekturmanöver ist für den Vormittag des 20. Juni vorgesehen. Sollte durch diese neue Flugbahn wirklich ein besserer und zudem stabiler Kontakt zu Philae ermöglicht werden, so könnte der Lander bereits in Kürze auch wieder wissenschaftlich aktiv werden, denn es ist ein vorhersagbarer und kontinuierlicher Kontakt nötig, um dem Lander Anweisungen für die erneute Aktivierung der Messinstrumente und die durchzuführenden Analysen zu übermitteln. Die exakten Planungen hierfür hängen in erster Linie von dem aktuellen technischen Zustand von Philae ab.

Ein möglicher erneuter wissenschaftlicher Betrieb
„Wir sind zuversichtlich, schon bald wieder wissenschaftliche Messungen durchführen zu können“, so Dr. Hermann Böhnhardt vom Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung (MPS) in Göttingen, der wissenschaftliche Leiter der Philae-Mission, denn in den vergangenen Monaten hatten die verschiedenen Instrumenten-Teams bereits vorsorglich diverse Strategien entwickelt, wie sich die Analysegeräte von Philae im Notfall auch mit wenig Energie betreiben lassen und trotzdem verwertbare Resultate liefern könnten. Für die praktische Umsetzung dieser Ideen wären auch die zuletzt registrierten 24 Watt Leistung ausreichend. „Zudem besteht durchaus die Aussicht, dass uns in den nächsten Wochen noch mehr Energie zur Verfügung stehen könnte“, so Dr. Hermann Böhnhardt weiter.

Sollte Philae in Zukunft wirklich erneut Daten liefern können, so wäre dies ein absoluter und im Vorfeld der Mission nicht vorhersehbarer Glücksfall für die beteiligten Wissenschaftler. Wäre der Lander an seinem ursprünglich vorgesehenen Landeort zum Stehen gekommen, so wäre dessen Mission wohl bereits spätestens im März 2015 beendet gewesen. Spätestens zu diesem Zeitpunkt wären an diesem Standort aufgrund der dann fast den gesamten Kometentag andauernden direkten Sonneneinstrahlung Temperaturen erreicht worden, welche zu einer ‚Überhitzung‘ der internen Systeme und dadurch bedingt zu einem Ausfall des Landers geführt hätten.

Stattdessen könnte sich jetzt für die Wissenschaftler eventuell die Gelegenheit ergeben, erstmals Daten direkt von der Oberfläche eines Kometen zu gewinnen, welcher sich auf seiner Umlaufbahn um die Sonne dem Perihel nähert. Erst am 13. August 2015 wird der Komet 67P in einer Entfernung von etwa 186 Millionen Kilometern zur Sonne seinen Punkt der dichtesten Annäherung an das Zentralgestirn unseres Sonnensystems durchlaufen.

Welche Instrumente des Landers dabei zu welchem Zeitpunkt und in welchem Umfang aktiviert werden sollen oder überhaupt in Betrieb genommen werden können muss sich jedoch erst noch durch die Analyse weiterer Telemetriedaten sowie durch die Bestimmung der exakten Position und Ausrichtung des Landers auf der Oberfläche von 67P herausstellen. Auf jeden Fall bleibt es somit auch in den kommenden Tagen und Wochen weiterhin spannend bei der fortdauernden Untersuchung des Kometen 67P/Tschurjumow-Gerassimenko. Dies ergibt sich dabei bereits alleine durch die Tatsache, dass auch die an den elf wissenschaftlichen Instrumenten von Rosetta beteiligten Wissenschaftler ihre Planungen aufgrund der neuen Flugbahn des Orbiters komplett umgestalten mussten.

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