Am 12. März 2015 konnte die OSIRIS-Kamera der Raumsonde Rosetta zufällig das Entstehen eines neuen Staubjets dokumentieren, welcher von der Oberfläche des Kometen 67P/Tschurjumow-Gerassimenko in das Weltall entweicht. Durch die Auswertung dieser besonderen Aufnahmen erhoffen sich die Kometenforscher weitere Einblicke in die Vorgänge, welche für die bisher immer noch nicht vollständig verstandenen Prozesse einer kometaren Aktivität verantwortlich sind.
Ein Beitrag von Ralph-Mirko Richter. Quelle: Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung, DLR, ESA.
(Bild: ESA, Rosetta, MPS for OSIRIS-Team MPS, UPD, LAM, IAA, SSO, INTA, UPM, DASP, IDA)
Nach einem mehr als zehn Jahre andauernden Flug durch unser Sonnensystem erreichte die von der europäischen Weltraumagentur ESA betriebene Raumsonde Rosetta am 6. August 2014 das 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. Ein besonderes Augenmerk richten die an der Mission beteiligten Wissenschaftler dabei auch auf die gegenwärtige Entwicklung der ‚kometaren Aktivität‘ von 67P.
Kometen bewegen sich auf stark elliptischen Umlaufbahnen um die Sonne. Den Großteil ihrer Existenz fristen diese auch als ’schmutzige Schneebälle‘ bezeichneten Objekte dabei fernab des Zentralgestirns unseres Sonnensystems als kalte, nahezu unveränderliche Brocken aus Eis, Staub und gefrorenen Gasen. Erst wenn sich ein Komet auf seiner langgezogenen Umlaufbahn der Sonne bis auf eine Entfernung von etwa fünf Astronomischen Einheiten – dies entspricht in etwa einer Distanz von 750 Millionen Kilometern – nähert, setzt eine zunächst langsam ablaufende ‚Verwandlung‘ ein.
Aufgrund der jetzt immer weiter steigenden Temperaturen auf der Kometenoberfläche sublimieren die leichtflüchtigen Bestandteile des Kometenkerns – in erster Linie handelt es sich dabei um gefrorenes Wasser, Kohlenstoffdioxid, Methan und Ammoniak – und entweichen mit Geschwindigkeiten von bis zu einigen hundert Metern in der Sekunde in das umgebende Weltall. Dabei reißen diese freigesetzten Gase regelrechte Fontänen aus Staubpartikeln mit sich. Diese Teilchen formen zunächst eine Koma, welche den Kometenkern vollständig einhüllt. Aus dieser Kometenkoma entwickelt sich aufgrund des von der Sonne ausgehenden Strahlungsdrucks anschließend auch ein Schweif, welcher den Kometen ihr charakteristisches Aussehen verleiht.
(Bild: ESA, Rosetta, MPS for OSIRIS-Team MPS, UPD, LAM, IAA, SSO, INTA, UPM, DASP, IDA)
Während der vergangenen Wochen und Monate konnten die an der Rosetta-Mission beteiligten Wissenschaftler eine kontinuierlich zunehmende Aktivität des Kometen 67P beobachten. Obwohl es noch etwa vier Monate dauern wird, bis 67P auf seiner Umlaufbahn um die Sonne am 13. August 2015 in einer Entfernung von etwa 186 Millionen Kilometern zur Sonne das Perihel – den Punkt der dichtesten Annäherung an das Zentralgestirn unseres Sonnensystems – durchlaufen wird, ist der Komet bereits jetzt von einer deutlich erkennbaren Koma aus Gas und Staubpartikeln umgeben. Die Ausgangsregionen der für den Materialtransport verantwortlichen Jets konnten bisher ausschließlich mit den zu den jeweiligen Zeitpunkten von der Sonne beleuchteten Bereichen der Kometenoberfläche in Verbindung gebracht werden.
Erstmals beobachtet: Ein Jet von der Nachtseite
Jetzt konnten die Wissenschaftler nicht nur erstmals einen Jet nachweisen, welcher eindeutig von der ‚Nachtseite‘ des Kometen ausgeht. Auf den am 12. März 2015 angefertigten Aufnahmen der Weitwinkelkamera (kurz WAC) des OSIRIS-Kameraexperiments – der unter der Leitung von Mitarbeitern des Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung (MPS) in Göttingen entwickelten und betriebenen Hauptkamera an Bord von Rosetta – ist zudem auch die ‚Geburt‘ dieses Jets erkennbar. Auf einer um 07:13 MEZ aus einer Entfernung von etwa 75 Kilometern angefertigten Aufnahme sind diverse Jets erkennbar, welche ausschließlich von der ‚Tageseite‘ des Kometen ausgehen und den Nucleus strahlenartig umgeben. Die unbeleuchtete ‚Nachtseite‘ zeigt dagegen keinerlei Aktivität. Auf einer nur zwei Minuten später angefertigten Aufnahme ist dagegen ein Jet sichtbar, welcher – in eine deutlich erkennbare Feinstruktur aufgefächert – von dieser noch kurz zuvor inaktiven Region in das Weltall entweicht.
„Dies war ein absoluter Zufallsfund“, freut sich Dr. Holger Sierks vom MPS, der wissenschaftliche Leiter des OSIRIS-Teams. „Noch niemals zuvor ist jemand Zeuge davon geworden, wie eine Staubfontäne erwacht. Es ist unmöglich, eine solche Aufnahme zu planen.“
(Bild: ESA, Rosetta, MPS for OSIRIS-Team MPS, UPD, LAM, IAA, SSO, INTA, UPM, DASP, IDA)
„Zum ersten Mal wurde dabei direkt der Moment der Geburt eines neuen Staubstrahls beobachtet“, schließt sich Dr. Ekkehard Kührt vom Institut für Planetenforschung des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt in Berlin-Adlershof, welcher die wissenschaftlichen Beteiligungen des DLR an der Rosetta-Mission leitet, der Meinung seines Kollegen an. „Diese Beobachtungen werden helfen, die bisher nicht vollständig verstandene kometare Aktivität zu entschlüsseln.“ Dieser neu entdeckte Staubstrahl auf der Schattenseite des Kometen stellt die Kometenforscher jedoch zunächst vor ganz neue Fragen.
„Es ist schon sehr spannend darüber nachzudenken, wie denn Kometen auch auf der Schattenseite aktiv werden können“, so Dr. Jörg Knollenberg, DLR-Wissenschaftler und Mitarbeiter des OSIRIS-Teams. „Allerdings ist es gut möglich, dass erste Sonnenstrahlen auf bisher im Schatten versteckte Bergklippen fielen.“ Der beobachtete Staubjet geht von einer mit dem Namen „Imhotep“ belegten Region des Kometen aus, welche nur kurze Zeit später von dem Licht der Sonne erreicht wurde.
„Es ist möglich, dass die ersten Sonnenstrahlen dort bereits auf einige Klippen oder Vorsprünge treffen, die Rosetta von ihrem Blickwinkel nicht sehen kann“, so die Erklärung des OSIRIS-Wissenschaftlers Jean-Baptiste Vincent vom MPS.
„Es sind weitere Beobachtungen und Berechnungen notwendig, um hier eine plausible Antwort zu finden“, so Dr. Knollenberg weiter. Nach 07:17 MEZ konnte die OSIRIS-Kamera am 12. März 2015 die neu entstandene Staubfontäne nicht weiter beobachten, da die Ausgangsregion Imhotep schon bald voll von der Sonne beleuchtet war und sich einzelne Staubfontänen in der jetzt überbelichteten Koma nicht mehr ausmachen ließen. Aufschluss über den Grund für das Auftreten des jetzt beobachteten Staubjets erhoffen sich die beteiligten Wissenschaftler durch die noch andauernde Auswertung der am 12. März 2015 angefertigten Aufnahmen.
Es ist deshalb bis auf weiteres unklar, ob Rosetta hier wirklich die ‚Geburtsstunde‘ einer kontinuierlich aktiven Fontäne miterlebt hat oder ‚lediglich‘ einen kurzzeitigen Aktivitätsausbruch. Dieser könnte auftreten, wenn sich die Oberfläche des Kometenkerns erwärmt und dabei gefrorene Gase, welche zuvor unter der Oberfläche des Kometen verborgen waren, von einer ‚Hitzewelle‘ erreicht werden. Ein vergleichbarer eruptiver Ausbruch könnte im April 2014 die ersten Anzeichen einer den Kometen 67P umgebenden Koma erzeugt haben (Raumfahrer.net berichtete). Am 30. April 2014 erstreckte sich die dem Kern des Kometen umgebende Koma über einen Bereich von etwa 1.800 Kilometern. Nur wenige Wochen später war die Koma dann zunächst wieder verschwunden.
(Bild: ESA, Rosetta, MPS for OSIRIS-Team MPS, UPD, LAM, IAA, SSO, INTA, UPM, DASP, IDA)
„Normalerweise sind die Staubfontänen von 67P recht langlebig“, so Dr. Vincent, der die Aktivität des Kometen in den vergangenen Monaten eingehend untersucht hat. „Die meisten von ihnen sind eine halbe Kometenumdrehung lang zu sehen, bis ihre Ursprungsregion die Nachtseite erreicht. In der nächsten Umdrehung tauchen sie dann wieder auf.“ Sollte der beobachtete Jet dauerhaft auftreten, so sollte er auch in den zu späteren Zeitpunkten von dieser Region angefertigten Aufnahmen erkennbar sein.
Staubausbreitung mit mindestens acht Metern pro Sekunde
Diese bisher einmalige Beobachtung gab den beteiligten Wissenschaftlern zudem auch die Gelegenheit, den damit verbundenen Staub-Ausbreitungsprozess eingehender zu studieren.
„Wir analysierten die Helligkeitsschwankungen entlang des unerwarteten Staubstrahls und konnten dabei abschätzen, dass sich die Partikel mit mindestens acht Metern pro Sekunde vom Kometen entfernen“, so Dr. Knollenberg. Durch dieses Resultat bestätigten sich die vorangegangenen Messungen des GIADA-Instruments bezüglich der Staubausbreitung von Jets, welche von der Tagseite des Kometen ausgehen.
GIADA, kurz für „Grain Impact Analyser and Dust Accumulator“, soll im Rahmen seiner Messungen ermitteln, wie viel Staub der Komet bei seiner Annäherung an die Sonne verliert. Dazu ermittelt das Instrument die Anzahl der entweichenden Staubpartikel und bestimmt deren Masse sowie die damit verbundene Impuls- und Geschwindigkeitsverteilung.
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