Von Kometen und großen Missionen



 Rosetta Mission
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Giotto Mission - dem Geheimnis des Kometenkerns auf der Spur

 

Im Jahr 1986 flog die europäische Raumsonde Giotto in einem Abstand von nur 596 Kilometern am Kern des Halleyschen Kometen vorbei. Dabei wurde erstmalig eine Vielzahl an Daten und faszinierender Bild-Aufnahmen eines aktiven Kometenkerns zur Erde übertragen. Der Komet Halley kommt auf seiner stark exzentrischen Bahn nur etwa alle 76 Jahre in Sonnennähe. Dann ist er für uns am Nachthimmel als prächtiger Komet mit seinem für Kometen charakteristischen Schweif gut sichtbar. Der Kern des Kometen jedoch bleibt für uns unsichtbar. Er ist von einer relativ dichten und das Sonnenlicht reflektierenden hellen Gas- und Staubhülle, der Koma, umgeben. Erst mit Beginn des Raumfahrtzeitalters wurde es möglich, zum geheimnisvollen Kometenkern vorzudringen. Die Bilder von Giotto offenbarten, dass die Oberfläche des Halleyschen Kometen pechschwarz ist: Gerade einmal vier Prozent des auf die Oberfläche fallenden Sonnenlichts werden reflektiert. Damit ist die Oberfläche eines Kometenkerns dunkler als Asphalt, der immerhin noch ein Reflektionsvermögen von sieben Prozent aufweist.

 

  

Vom schmutzigen Schneeball zum eisigen Schmutzball

  

Dies war für die Forscher eine große Überraschung. Aus spektroskopischen Untersuchungen folgerte man bereits Mitte des 20. Jahrhunderts, dass die in der Koma nachgewiesenen Radikale und Ionen aus Gasmolekülen wie z.B. Wasserdampf, Kohlenmonoxid und Methan hervorgegangen sind. Diese leicht flüchtigen Gase sollten in gefrorenem Zustand, also in Form von Eis, zusammen mit eingebetteten Silikaten einen etwa 10 – 100 Kilometer großen Kometenkern bilden. Zur Erklärung von offenbar gravitationsunabhängigen leichten Bahnänderungen einiger beobachteter Kometen formulierte der amerikanische Astronom Fred Whipple 1950 die erste Modellvorstellung eines großen, schmutzigen Schneeballs (ursprünglich "icy conglomerate") als Pendant für einen Kometenkern. Die Ergebnisse der Giotto Raumsonde verfeinerten diese Modellvorstellung noch weiter: Da Eis das Sonnenlicht sehr gut reflektiert, kann selbst der schmutzigste Schneeball nicht so pechschwarz aussehen wie der Kern des Halleyschen Kometen. Außerdem zeigten die Aufnahmen von Giotto auch, dass das Verdampfen von Eis nicht gleichförmig auf der gesamten vom Sonnenlicht erwärmten Oberfläche erfolgte, sondern in einzelnen heftigen Gasfontänen, so genannten "Jets". Aus beiden Beobachtungen folgerte man, dass der Anteil an Staub und Silikaten wohl bedeutend höher sein musste, als ursprünglich angenommen. Daher ist nach heutigem Verständnis das Bild eines "eisigen Schmutzballs" die zutreffendere Beschreibung für einen Kometenkern.

  

 Philae-Lander
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Geburt der Kometensimulations-Experimente

 

Die Giotto Mission beantwortete zwar einige wichtige Fragen zum Kometenkern, doch sie warf auch neue Fragen auf. Welche Ursache haben die Jets? Welche physikalischen Eigenschaften bestimmen die Oberfläche des Kometenkerns? Bereits ein Jahr nach der Giotto Mission ging ein internationales Team von Forschern diesen Fragen nach. In der Weltraumsimulationskammer des Instituts für Raumsimulation am DLR Köln forschten die Wissenschaftler an künstlichen Kometen. Von 1987 bis 1993 führten sie insgesamt vierzehn verschiedene Experimente durch, die unter der Kurzform "KOSI" für KOmetenSImulations-Experimente weltweite Anerkennung fanden. Die Ergebnisse der Giotto Mission hatten gezeigt, dass die Oberfläche des Kometenkerns nicht aus mit Staub verunreinigtem Eis, sondern eher aus einer großflächigen eishaltigen Silikatschicht besteht. Für die Bildung einer großen Koma müssen jedoch größere Mengen an Eis vorhanden sein, die womöglich in Form von eingebetteten einzelnen Eiskonzentrationen dicht unter der Oberfläche vorliegen. Dort, wo die Sonne die Oberfläche und darunter liegende Eisansammlungen erwärmt, baut sich durch das verdampfende Eis ein stetig ansteigender Gasdruck unter der Oberfläche auf. Ist der Druck groß genug, wird die darüber liegende Oberfläche explosionsartig durchbrochen und das Gas entweicht in das Extremhochvakuum des Weltraums, dabei werden kleinste Silikat-Partikel (Staub) aus der Oberflächenkruste mitgerissen. Die von Giotto beobachteten Jets sind nichts anderes als solche Gasausbrüche. Dies wurde in den KOSI-Experimenten genau untersucht. Durch die gewonnenen Ergebnisse gelang es erstmalig, die Gas-Staub-Wechselwirkung an der Kometenoberfläche anhand eines physikalischen Modells näher zu beschreiben. Wenn Kometen auf ihrer Reise durch das Sonnensystem der Sonne sehr nah kommen, dann verlieren sie in jeder Sekunde durch diese Gasausbrüche bis zu 40 Tonnen ihrer Masse. Kommt ein Komet auf seiner Bahn genügend oft in Sonnennähe, ist er irgendwann „ausgebrannt“: das Eis auf und dicht unterhalb der Kernoberfläche ist dann verdampft, die Gas- und Staubproduktion erschöpft und der faszinierende Schweif vom Himmel verschwunden. Forscher vermuten, dass es sich bei einigen bekannten Asteroiden, die sich auf stark exzentrischen Bahnen um die Sonne bewegen, um solche ausgebrannten Kometenkerne handeln könnte. In den KOSI Experimenten wurde auch beobachtet, dass unter den simulierten Weltraumbedingungen eine Verfestigung der Oberfläche des künstlich hergestellten Kometenmaterials auftrat, obwohl das Material ursprünglich sehr locker gewesen war. Der Vorgang wurde genauer untersucht und lieferte die überraschende Erkenntnis, dass das Kometenmaterial offenbar einen Sinterungsprozess durchläuft. Dieses aus den KOSI-Experimenten gewonnene Ergebnis war für Planung und Auslegung der nachfolgenden Rosetta Mission von großer Bedeutung.

 

 Rosetta im Swing-by-Manöver beim Planeten Erde
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Rosetta Mission – erstmals auf einem Kometen landen 

  

Am 2. März 2004 trat die Raumsonde Rosetta vom europäischen Weltraumbahnhof Kourou in Französisch-Guayana ihre lange Reise zum Kometen Churyumov-Gerasimenko an. Im Gepäck trägt sie "Huckepack" ihre Tochtersonde Philae. Im Mai 2014 werden beide den Kometen noch während seiner inaktiven Phase erreichen und in einen Orbit um den Kometenkern eintreten. Der Rosetta-Orbiter wird die Oberfläche genauestens kartieren, und anhand dieses Kartenmaterials werden Wissenschaftler dann einen geeigneten Landeplatz für Philae auswählen. Im November 2014 wird der Philae-Lander dann auf die Oberfläche des Kometen absteigen und sich dort fest verankern. Rosetta und Philae sollen über einen geplanten Zeitraum von 17 Monaten eine Vielzahl an physikalischen und chemischen Daten sowie Bildaufnahmen zur Erde senden. Die Forscher rechnen mit weit reichenden neuen Erkenntnissen in der Kometenforschung, die insbesondere Aufschlüsse über die Entstehung unseres Sonnensystems vor etwa 4,6 Milliarden Jahren geben werden.

 

Meilenstein europäischer Raumfahrt

 

Nie zuvor wurde der Versuch unternommen, auf einem Kometenkern zu landen. Voraussichtlich werden Rosetta und Philae auch noch während der beginnenden aktiven Phase des Kometenkerns die Kometenforscher mit wertvollen Informationen versorgen. Zur Datenerfassung hier auf der Erde wurde im Nutzerzentrum für Weltraumexperimente, dem Microgravity User Support Center (MUSC) des DLR Köln-Porz, ein spezieller Kontrollraum eingerichtet. Von hier aus wird die gesamte Kommunikation mit Philae betrieben. Bis zur "heißen Phase" im Jahr 2014 wird der Kontrollraum zu Test- und Kontrollzwecken genutzt. So zum Beispiel als Rosetta im März 2005 ihren planmäßig ersten von drei Erdvorbeiflügen auf ihrem Weg zum Zielkometen absolvierte: Bei diesem "irdischen Kurzbesuch" wurden Daten von Philae im Kontrollraum empfangen und dabei Philaes technische Funktionen überprüft. Auf die Ergebnisse dieser ehrgeizigen Pioniermission der europäischen Raumfahrt darf man schon heute gespannt sein.

Weitere aktuelle Informationen sowie die Möglichkeit des Besuchs eines virtuellen Kontrollraums finden Sie unter http://www.dlr.de/dlr-rosetta/ 


Kontakt
Dr. Oliver Funke
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)

Raumfahrtmanagement
, Navigation
Tel: +49 228 447-485

Fax: +49 228 447-703

E-Mail: Oliver.Funke@dlr.de
URL dieses Artikels
http://www.dlr.de/schoollab/desktopdefault.aspx/tabid-1918/2803_read-4793/