Der erste Komet mit menschlicher Sonde fliegt zur Erde: Der nächste wird 200 Jahre brauchen

Am 12. November 2021 wird ein Komet mit einer menschlichen Sonde an der Erde vorbeifliegen. Die geringste Entfernung beträgt dabei etwa 63 Millionen Kilometer (oder 0,418 AE, AE: Astronomische Einheit, 1 AE entspricht etwa 150 Millionen Kilometern).

Komet 67P fotografiert am 3. Oktober 2021 | Bildquelle: Rolando Ligustri

Dies ist ein periodischer Komet, dessen vollständiger Name Churyumov-Gerasimenko lautet, der Spitzname 67P, und dessen Sonde „Philae“ heißt (schauen Sie genau hin, es ist nicht „Lauch“!). Es handelt sich um die Landeeinheit des Kometenerkundungsprogramms „Rosetta“, das 2004 von der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) gestartet wurde.

Am 12. November 2014, vor genau sieben Jahren, landete Philae erfolgreich auf der Oberfläche des Kometen 67P und war damit die erste Raumsonde in der Geschichte, die auf einem Kometen landete. Nachdem Rosetta zwei Jahre lang den Kometen 67P umkreist hatte, wurde sie am 30. September 2016 auf der eisigen Oberfläche des Kometen zur Ruhe gebracht. Damit endete ihre zwölfeinhalbjährige wissenschaftliche Erkundungsmission.

Schematische Darstellung der Kometensonde Rosetta und des Kometenlanders Philae | Quelle: ESA

Diese „Nahbegegnung“ mit der Erde wird die größte Annäherung sein, die 67P der Erde in diesem und im nächsten Jahrhundert erreichen wird. Die nächste Annäherung an die Erde wird erst 193 Jahre später, im Jahr 2214, erfolgen.

Die Vergangenheit und Gegenwart des Kometen 67P

67P/Churyumov-Gerasimenko wurde 1969 von den sowjetischen Astronomen Churyumov und Gerasimenko entdeckt und nach ihnen benannt. 67P hat eine Apheldistanz von 5,68 AE, eine Umlaufzeit von 6,45 Jahren, eine Bahnneigung von 7,04 Grad, eine Rotationsperiode von 12,4 Stunden, eine Masse von etwa 10¹³ kg und eine durchschnittliche Dichte von 0,4 g/cm³. Es handelt sich um einen typischen Kometen der Jupiter-Familie.

Als Kometen der Jupiter-Familie gelten Kometen mit einer Umlaufzeit von weniger als 20 Jahren, einem Aphel nahe der Umlaufbahn des Jupiters und einer Bahnneigung von nicht mehr als 30 Grad. Man geht allgemein davon aus, dass Kometen der Jupiterfamilie aus dem Kuipergürtel jenseits der Umlaufbahn des Neptun stammen. Die Objekte im Kuipergürtel werden gelegentlich in das innere Sonnensystem geschleudert, nachdem sie durch die Gravitation der äußeren Planeten des Sonnensystems gestört wurden, und werden zu Kometen der Jupiterfamilie.

Unter dem Einfluss der Schwerkraft von Sonne und Jupiter wird sich das Perihel von 67P weiter verändern. Vor 1840 betrug die Periheldistanz von 67P 4 AE und im Jahr 1840 betrug sie 3 AE. Im Februar 1959 führte eine nahe Begegnung mit Jupiter dazu, dass sich das Perihel von 67P nach innen auf 1,29 AE verschob. der letzte Periheldurchgang ereignete sich am 3. November 2021 bei einer Periheldistanz von 1,21 AE; und das nächste Mal, dass das Perihel eine größere Veränderung erfährt, wird im November 2220 sein, wenn 67P in einer Entfernung von 0,12 AE an Jupiter vorbeifliegt und sein Perihelabstand 0,8 AE beträgt.

Orbitalposition von 67P, wenn es der Erde am 12. November 2021 am nächsten ist | Bildnachweis: Greg Smye-Rumsby

Rosettas wichtigste wissenschaftliche Entdeckungen

Oberflächeneigenschaften

Von Rosetta aufgenommene Kometenbilder zeigen, dass der Kern von 67P zwei deutlich erkennbare gelappte Strukturen mit einem durchschnittlichen Durchmesser von 4,2 Kilometern und einer größten und breitesten Ausdehnung von etwa 4,3 Kilometern mal 4,1 Kilometern aufweist.

Der Kern des Kometen 67P | Bildquelle: ESA/Rosetta/NAVCAM

Der Komet 67P hat eine raue Oberfläche mit Klippen, Felsbrocken, Rissen, Gruben, Dünen und Graten. Den Bildern zufolge, die während des Abstiegs von Philae vor der Landung aufgenommen wurden, ist die Oberfläche des Kometen mit Regolith und Kies in einer Größe von Millimetern bis Metern bedeckt. Vorläufigen Schätzungen zufolge hat die Oberfläche des Kometen eine Dicke von 10 bis 20 Zentimetern.

Geomorphologische Unterteilungen des Kerns des Kometen 67P | Bildquelle: Thomas et al. (Artikel [7])

０Chemische Zusammensetzung

Wissenschaftliche Untersuchungen durch Rosetta zeigen, dass der Komet 67P eine sehr lockere Mischung aus Wassereis, Staub und Gestein ist. Die Hauptbestandteile der freigesetzten Gase sind Ammoniak, Methan, Schwefelwasserstoff, Blausäure und Formaldehyd, sodass ihr Geruch an eine Mischung aus faulen Eiern, Pferdeurin, Alkohol und Bittermandeln erinnert.

Der Deuteriumgehalt ist ein wichtiger Hinweis auf die Entstehung und frühe Entwicklung des Sonnensystems. 67P weist eine ganz andere Wasserdampfzusammensetzung auf als die Erde; das Verhältnis von Deuterium zu Wasserstoff ist dreimal so hoch wie in den Ozeanen der Erde. Dies lässt zumindest darauf schließen, dass das Wasser der Erde wahrscheinlich nicht von einem Kometen wie 67P stammt.

Im Gas um 67P wurde eine große Menge an freiem molekularem Sauerstoff (O₂) gefunden. Dies ist das erste Mal, dass O₂ in der Koma eines Kometen nachgewiesen wurde. Eine Theorie geht davon aus, dass sie im Zuge der Entstehung des Kometen miteinbezogen wurden. Eine andere Theorie geht davon aus, dass sie bei der Kollision von Wassermolekülen mit Silikaten und anderen sauerstoffhaltigen Substanzen auf der Oberfläche des Kometen entstanden.

Philae entdeckte auf 67P außerdem 16 organische Verbindungen, von denen vier – Acetamid, Aceton, Methylisocyanat und Propionaldehyd – zum ersten Mal auf einem Kometen entdeckt wurden.

〇Aktivität

Als Komet der Jupiterfamilie wird die Aktivität von 67P hauptsächlich durch die Sublimation von Wassereis angetrieben. Theoretisch nimmt bei einem Kometen mit gleichmäßig verteilter aktiver Fläche die Rate der Wassereisbildung allmählich zu, während er sich dem Perihel nähert. Rosetta stellte jedoch fest, dass der aktive Bereich auf der Oberfläche des Kerns des Kometen 67P uneben ist und die Wasserproduktionsrate in den Monaten vor dem Perihel stark ansteigt. Der Hauptgrund dürfte darin liegen, dass zum Zeitpunkt des Periheldurchgangs von 67P auf der Südhalbkugel des Kometenkerns Sommer herrschte, wodurch die Wärme tief in den Kometenkern eindrang und sich der aktive Bereich entsprechend ausdehnte.

Rosetta entdeckte außerdem kernnahe Strukturen wie Jets in der Koma von 67P. Diese Strahlen beziehen sich auf bestimmte Bereiche auf der Oberfläche des Kerns. Es gibt nicht nur Jets auf der Tagseite, sondern auch Jets auf der Nachtseite. Aufgrund der extrem unregelmäßigen Form des Kerns von 67P ist die Quelle der Jets jedoch noch immer unbekannt.

Der Jet in der Nähe des Kerns des Kometen 67P | Bildquelle: ESA

○Bildungsmechanismus

67P hat eine ausgeprägte doppellappige Struktur. Astronomen gehen davon aus, dass vor etwa 4,5 Milliarden Jahren, in der Frühphase der Entstehung des Sonnensystems, doppellappige Kometen wie dieser bei der langsamen Kollision eisiger Trümmer entstanden sind. Sie waren das Ergebnis einer Kollision zweier kleiner Himmelskörper mit niedriger Geschwindigkeit, einem sogenannten Kontaktdoppelstern.

Kann man den Kometen 67P mit bloßem Auge sehen?

Obwohl sich 67P derzeit relativ nahe an der Erde befindet und seine hellste Periode mit einer Helligkeit von etwa der 10. Größenklasse (je kleiner die Größenklasse, desto heller das Objekt) durchläuft, ist diese Helligkeit mit bloßem Auge noch nicht erkennbar, da das bloße Auge nur Objekte mit einer Helligkeit von höchstens der 6. Größenklasse erkennen kann. Der Komet befindet sich derzeit zwischen Zwillinge und Krebs. Er wird gegen 23 Uhr in nordöstlicher Richtung über den Horizont steigen und am nächsten Tag gegen 4:30 Uhr fast den Zenit erreichen. In den nächsten Monaten sind die Beobachtungsbedingungen hierzulande gut und der Komet lässt sich mit Hilfe kleiner Amateurteleskope gut beobachten.

In welcher Stimmung wären wir, wenn wir diesen Kometen betrachten und daran denken, dass dort „Rosetta“ und „Philae“ schlafen?

Quellen:

[1] "67P/Churyumov-Gerasimenko, ein Komet der Jupiterfamilie mit einem hohen D/H-Verhältnis", Altwegg, K.;Balsiger, H.;Bar-Nun, A.,; et al., 2015, Science, Band 347, Ausgabe 6220, Artikel-ID. 1261952

[2] "Abundant molecular oxygen in the coma of comet 67P/Churyumov-Gerasimenko", Bieler, A.;Altwegg, K.;Balsiger, H.; et al., 2015, Nature, Band 526, Ausgabe 7575, S. 678–681

[3] "Zwei unabhängige und primitive Hüllen des zweilappigen Kerns des Kometen 67P", Massironi, Matteo; Simioni, Emanuele; Marzari, Francesco; et al., 2015, Nature, Band 526, Ausgabe 7573, S. 402–405

[4] "Near-perihelion activity of comet 67P/Churyumov-Gerasimenko. A first attempt of non-static analysis", Skorov, Yu;Keller, HU;Mottola, S.;Hartogh, P., 2020, MNRAS, Band 494, Ausgabe 3, S. 3310-3316

[5] „Komamorphologie des Kometen 67P, gesteuert durch Sonneneinstrahlung über unregelmäßigem Kern“, Shi, X.; Hu, X.; Mottola, S., et al. 2018, NatAs, 2, 562

[6] "Eingrenzung des räumlichen Musters der frühen Aktivität des Kometen 67P/CG durch 3D-Modellierung der MIRO-Beobachtungen", Zhao, Y.;Rezac, L.;Hartogh, P.;Ji, J.;Marschall, R.;Keller, HU,2020, MNRAS, Band 494, Ausgabe 2, S. 2374-2384

[7] „Die morphologische Vielfalt des Kometen 67P/Churyumov-Gerasimenko“, Thomas, N. und 58 Kollegen, 2015, Science, Band 347, Ausgabe 6220, doi:10.1126/science.aaa0440

[8] „Rosetta landete nach zehn Jahren erfolgreich auf einem Kometen“, Ji Jianghui und Tian Lei, 2015, Chinese Science Bulletin, Vol. 60, Nr. 2: 164-169.

[9] „Fortschritte in der Kometenforschung und der Erforschung des Kometenraums“, Shi Jianchun und Ma Yuehua, 2015, Modern Physics Knowledge, Bd. 27, Nr. 3: 50-56.

[10]https://myspaceastronomy.com/catch-the-rosetta-comets-return-astronomy-now/

Über den Autor

Shi Jianchun

Assoziierter Forscher am Purple Mountain Observatory, Chinesische Akademie der Wissenschaften. Forschungsgebiet: Physikalische Eigenschaften und Aktivität von Kometen.

Rotierender Chefredakteur: Ji Jianghui

Herausgeber: Wang Kechao