28. Oktober 2020
Lander Philae und Rosetta am Kometen 67P/Churyumov-Gerasimenko

Vier­ein­halb Mil­li­ar­den Jah­re al­tes Ko­me­ten­eis ‚luf­ti­ger‘ als Cappuc­ci­no-Schaum

Philaes Weg über den Kometen 67P
Phil­aes Weg über den Ko­me­ten 67P
Bild 1/11, Credit: ESA/Rosetta/MPS for OSIRIS Team MPS/UPD/LAM/IAA/SSO/INTA/UPM/DASP/IDA

Philaes Weg über den Kometen 67P

Am 12. No­vem­ber 2014 wur­de das For­schungs­mo­dul Phil­ae vom ESA-Or­bi­ter Ro­set­ta ab­ge­trennt, um auf dem Ko­me­ten 67P/Chu­ryu­mov-Ge­r­asi­men­ko zu lan­den. Nach sie­ben Stun­den frei­en Falls be­rühr­te sie in Fuß­gän­ger­ge­schwin­dig­keit wie ge­plant die Lan­des­tel­le Agil­kia (links oben au­ßer­halb des Bil­des). Dort konn­te sie sich aber we­gen de­fek­ter Eis­har­pu­nen nicht ver­an­kern. In­fol­ge der ge­rin­gen Schwer­kraft prall­te Phil­ae von der Ober­flä­che ab, er­hob sich über ei­nen Ki­lo­me­ter, kol­li­dier­te beim Her­ab­sin­ken mit ei­ner Ge­län­de­kan­te, be­rühr­te ein zwei­tes Mal den Bo­den des Ko­me­ten (TD2) und kam schließ­lich nach zwei Stun­den zum Still­stand (TD3). Der Ort von TD2 war bis vor kur­zem nicht be­kannt und konn­te jetzt erst re­kon­stru­iert wer­den. Ob­wohl Phil­ae dort an ei­ner kaum von Son­nen­strah­len be­schie­ne­nen Stel­le stand, konn­ten mit der Ener­gie der Pri­mär­bat­te­rie et­wa 60 Stun­den lang die zehn Ex­pe­ri­men­te be­trie­ben wer­den.
Phil­aes zwei­ter, vor­letz­ter Ko­me­ten­kon­takt
Video 2/11, Credit: Bilder: ESA/Rosetta/MPS for OSIRIS Team MPS/UPD/LAM/IAA/SSO/INTA/UPM/DASP/IDA; Auswertung: O’Rourke et al (2020)

Philaes zweiter, vorletzter Kometenkontakt

Credit: Bilder: ESA/Rosetta/MPS for OSIRIS Team MPS/UPD/LAM/IAA/SSO/INTA/UPM/DASP/IDA; Auswertung: O’Rourke et al (2020)
Länge: 00:00:28
Ro­set­tas Lan­de­mo­dul Phil­ae setz­te am 12. No­vem­ber 2014 auf dem Ko­me­ten 67P/Chu­ryu­mov-Ge­r­asi­men­ko auf. Nach ei­ner un­kon­trol­lier­ten ers­ten Lan­dung hob das Mo­dul wie­der ab und stell­te wei­te­re Kon­tak­te mit der Ober­flä­che her, be­vor er an sei­ner end­gül­ti­gen Ru­h­e­po­si­ti­on an­kam. Der zwei­te Touch­down-Stand­ort wur­de jetzt iden­ti­fi­ziert, nur 30 Me­ter von sei­ner end­gül­ti­gen Po­si­ti­on ent­fernt. Die­se Ani­ma­ti­on zeigt, wie Phil­ae über die Ober­flä­che in Rich­tung von „Touch­down 2“ flog und die Ober­flä­che ver­än­der­te – wie hier im De­tail ge­zeigt - be­vor er an sei­ner end­gül­ti­gen Po­si­ti­on an­kam.
Philaes zwei Minuten an TD2 (Touchdwon 2)
Phil­aes zwei Mi­nu­ten an TD2 (Touchd­won 2)
Bild 3/11, Credit: Bilder: ESA/Rosetta/MPS for OSIRIS Team MPS/UPD/LAM/IAA/SSO/INTA/UPM/DASP/IDA; Daten: ESA/Rosetta/Philae/ROMAP; Auswertung: O’Rourke et al (2020)

Philaes zwei Minuten an TD2 (Touchdwon 2)

Die­se Ani­ma­ti­on zeigt den Weg von Ro­set­tas Phil­ae-Lan­der an der zwei­ten Auf­setz­stel­le. Phil­ae be­wegt sich zu­nächst nach un­ten, rutscht den Rand ei­nes Fel­sens hin­un­ter (1) und dreht sich ver­ti­kal um. Phil­ae dreht sich wie ei­ne Wind­müh­le, um zwi­schen zwei Fels­blö­cken (2) hin­durch zu rut­schen und mit den Lan­de­bei­nen Eis­schich­ten in den Spalt­wän­den frei­zu­le­gen. Durch die Ro­ta­ti­ons­be­we­gung wur­de ei­ne Staub­wand er­zeugt, durch die Phil­ae hin­durch drang. Der Spalt ist ca. 2,5 Me­ter lang und mit ei­ner Brei­te von 1 bis 1,5 Me­ter und ge­wun­den, so dass Phil­ae hin­durch pass­te. Phil­ae drückt dann ei­nen 25-Zen­ti­me­ter-Ab­druck der Ober­sei­te des Lan­ders in die Ober­flä­che des Ko­me­ten (3) – ei­ne Del­le, die von der Ober­sei­te des SD2-Turms (Samp­ling, Dril­ling and Dis­tri­bu­ti­on De­vi­ce) und der Phil­ae-Ober­sei­te er­zeugt wur­de. Phil­ae er­hob sich dann aus dem Spalt, brach Ma­te­ri­al von ei­nem Über­hang ab (4a) und wur­de mit sei­ner Ober­sei­te wie­der nach un­ten ge­drückt, wo­durch im Staub ein Ein­druck ent­stand, der dem „Au­ge“ des Ge­län­de­merk­mals ent­sprach, das ei­nem Schä­del­ge­sicht äh­nelt (4b).
Philaes Weg über den Kometen 67P
Phil­aes Weg über den Ko­me­ten 67P
Bild 4/11, Credit: ESA/Rosetta/MPS for OSIRIS Team MPS/UPD/LAM/IAA/SSO/INTA/UPM/DASP/IDA

Philaes Weg über den Kometen 67P

Am 12. No­vem­ber 2014 wur­de das For­schungs­mo­dul Phil­ae vom ESA-Or­bi­ter Ro­set­ta ab­ge­trennt, um auf dem Ko­me­ten 67P/Chu­ryu­mov-Ge­r­asi­men­ko zu lan­den. Nach sie­ben Stun­den frei­en Falls be­rühr­te sie in Fuß­gän­ger­ge­schwin­dig­keit wie ge­plant die Lan­des­tel­le Agil­kia (links oben au­ßer­halb des Bil­des). Dort konn­te sie sich aber we­gen de­fek­ter Eis­har­pu­nen nicht ver­an­kern. In­fol­ge der ge­rin­gen Schwer­kraft prall­te Phil­ae von der Ober­flä­che ab, er­hob sich über ei­nen Ki­lo­me­ter, kol­li­dier­te beim Her­ab­sin­ken mit ei­ner Ge­län­de­kan­te, be­rühr­te ein zwei­tes Mal den Bo­den des Ko­me­ten (TD2) und kam schließ­lich nach zwei Stun­den zum Still­stand (TD3). Der Ort von TD2 war bis vor kur­zem nicht be­kannt und konn­te jetzt erst re­kon­stru­iert wer­den. Ob­wohl Phil­ae dort an ei­ner kaum von Son­nen­strah­len be­schie­ne­nen Stel­le stand, konn­ten mit der Ener­gie der Pri­mär­bat­te­rie et­wa 60 Stun­den lang die zehn Ex­pe­ri­men­te be­trie­ben wer­den.
Philaes Kometenkontakte im regionalen Kontext
Phil­aes Ko­me­ten­kon­tak­te im re­gio­na­len Kon­text
Bild 5/11, Credit: Bilder: Touchdown 1: ESA/Rosetta/Philae/ROLIS/DLR; alle anderen Bilder: MPS for OSIRIS Team MPS/UPD/LAM/IAA/SSO/INTA/UPM/DASP/IDA; O’Rourke et al. (2020)

Philaes Kometenkontakte im regionalen Kontext

Beim Flug von Phil­ae über die Ober­flä­che des Ko­me­ten 67P/Chu­ryu­mov-Ge­r­asi­men­ko am 12. No­vem­ber 2014 traf der Lan­der an meh­re­ren Stel­len auf die Ober­flä­che. Die­se Gra­fik fasst die wich­tigs­ten Touch­down-Si­tes zu­sam­men. Um 15:35 Uhr GMT hat­te Phil­ae den ers­ten Kon­takt mit der Ober­flä­che in der ur­sprüng­lich für die Lan­dung vor­ge­se­he­nen Agil­kia. Das Bild l.o. wur­de von der DLR-Ka­me­ra RO­LIS vor dem Auf­set­zen et­wa 40 Me­ter über der Ober­flä­che auf­ge­nom­men. Phil­ae hob dann wie­der ab und be­weg­te sich über die Hat­me­hit-Sen­ke auf der Spit­ze des klei­nen der bei­den Ko­me­ten­kör­per und kol­li­dier­te um 16:20 Uhr GMT mit ei­ner Ge­län­de­kan­te. Dies brach­te Phil­ae auf ei­nen Kurs in Rich­tung zur zwei­ten Touch­down-Stel­le, wo die Son­de ab et­wa 17:24 GMT zwei Mi­nu­ten lang mehr­mals Kon­takt mit der Ober­flä­che hat­te und sie ver­än­der­te. Phil­ae er­reich­te sei­ne letz­te Ru­he­stät­te in Aby­dos, et­wa 30 m ent­fernt, um 17:31 GMT.
Philae hinterlässt Spuren am Kontaktpunkt 2
Phil­ae hin­ter­lässt Spu­ren am Kon­takt­punkt 2
Bild 6/11, Credit: Bilder: ESA/Rosetta/MPS for OSIRIS Team MPS/UPD/LAM/IAA/SSO/INTA/UPM/DASP/IDA; Daten: ESA/Rosetta/Philae/ROMAP; Auswertung: O’Rourke et al. (2020)

Philae hinterlässt Spuren am Kontaktpunkt 2

Die­se Zu­sam­men­stel­lung zeigt oben die Mes­sun­gen, die von Phil­aes RO­MAP-In­stru­ment – ei­nem Ma­gne­to­me­ter mit Mess­ru­te – wäh­rend des zwei­ten Auf­set­zens auf dem Ko­me­ten 67P/Chu­ryu­mov-Ge­r­asi­men­ko am 12. No­vem­ber 2014 auf­ge­zeich­net wur­den, zu­sam­men mit spä­ter auf­ge­nom­me­nen OSI­RIS-Bil­dern, die Be­wei­se für die Schlüs­sel­mo­men­te der Kon­tak­te von Phil­ae mit der Ober­flä­che zei­gen (und den dar­auf pro­ji­zier­ten, re­kon­stru­ier­ten Po­si­tio­nen von Phil­ae). In den Ma­gne­to­me­ter­da­ten des RO­MAP-Aus­le­gers wur­den Si­gna­tu­ren re­la­tiv zur Lan­des­on­de re­gis­triert, als sich der Aus­le­ger phy­sisch be­weg­te, in­dem er auf der Ober­flä­che auf ein Hin­der­nis traf und ver­mut­lich da­bei leicht ab­ge­bo­gen wur­de (der Aus­le­ger ragt 48 cm aus dem Lan­der her­aus). Dies er­zeug­te ei­nen cha­rak­te­ris­ti­schen Satz von ‚Spit­zen‘ in den RO­MAP-Da­ten, der ei­ne Schät­zung der Dau­er des Ein­drin­gens von Phil­ae in das Eis lie­fer­te. Die Da­ten konn­ten auch ver­wen­det wer­den, um die Be­schleu­ni­gung von Phil­ae wäh­rend die­ser Kon­tak­te ein­zu­gren­zen. Sie zei­gen, dass Phil­ae fast zwei vol­le Mi­nu­ten an der Auf­setz­stel­le 2 ver­bracht hat und mehr­mals Kon­takt mit der Ober­flä­che hat­te. Phil­ae be­weg­te sich zu­nächst nach un­ten, rutscht den Rand ei­nes Fel­sens hin­un­ter (1) und dreht sich ver­ti­kal, wo­bei er sich wie ei­ne Wind­müh­le dreht, um zwi­schen zwei Fels­blö­cken (2) hin­durch­zu­ge­hen und mit sei­nen Spin­nen­bei­nen Eis­schich­ten in den Spalt­wän­den frei­zu­le­gen. Durch die ‚Wind­müh­len­ak­ti­on‘ wur­de ei­ne Staub­wand er­zeugt, durch die sich Phil­ae schob. Der Spalt ist et­wa 2,5 m lang, ge­krümmt, und hat ei­ne Brei­te von 1 bis 1,5 Me­ter. Dann drückt Phil­ae ei­nen 25-cm-Ab­druck der Ober­sei­te des Lan­ders in die Ober­flä­che des Ko­me­ten (3) – ein Loch, das von der Ober­sei­te des SD2-Turms (Samp­ling, Dril­ling and Dis­tri­bu­ti­on De­vi­ce) er­zeugt wur­de. Phil­ae er­hob sich dann aus dem Spalt, wur­de von ei­nem Über­hang (4a) noch ein­mal nach un­ten ge­drückt, wo­bei sei­ne Ober­sei­te ei­nen Ein­druck im Staub er­zeug­te, der das „Au­ge“ in das Schä­del­ge­sicht drück­te (4b).
Philaes Magnetometer-Aufzeichnungen an TD2
Phil­aes Ma­gne­to­me­ter-Auf­zeich­nun­gen an TD2
Bild 7/11, Credit: ESA/Rosetta/Philae/ROMAP

Philaes Magnetometer-Aufzeichnungen an TD2

Das von der Tech­ni­schen Uni­ver­si­tät Braun­schweig für die Ro­set­ta-Missi­on ent­wi­ckel­te hoch­emp­find­li­che Ma­gne­to­me­ter RO­MAP war wäh­rend des Ab­stiegs von Phil­ae vom Or­bi­ter zur Ko­me­teno­ber­flä­che an­ge­schal­tet. Es zeich­ne­te über den ers­ten Bo­den­kon­takt hin­aus bis zum end­gül­ti­gen Still­stand der Son­de mit ei­nem knapp ei­nen hal­ben Me­ter lan­gen Mess­stab kon­ti­nu­ier­lich die (sehr schwa­chen) Ma­gnet­feld­da­ten in drei Ach­sen­rich­tun­gen (Ma­gnet­feld­kom­po­nen­te in x-Rich­tung = blau, y = oran­ge, z = grau) auf. Die Ska­la links gibt die Grö­ße der ma­gne­ti­schen Fluss­dich­te in der Ein­heit Na­no­tes­la an, zum Ver­gleich: das in­ter­stel­la­re Me­di­um hat ei­ne Ma­gnet­feld­stär­ke von bis zu 10 Na­no­tes­la, das Erd­ma­gnet­feld hat in Deutsch­land et­wa den fünf­tau­send­fa­chen Wert. Aus den Mes­sun­gen ließ sich zum ei­nen se­kunden­genau der Ver­lauf des holp­ri­gen Wei­ter­flugs von Phil­ae nach dem ers­ten Auf­set­zen re­kon­stru­ie­ren, nun aber auch der lan­ge ge­such­te „Touch­down-Punkt 2“ (TD2) aus den Da­ten ab­lei­ten – und zwar in al­len De­tails (sie­he auch an­de­re Bil­der, Gra­phi­ken und Ani­ma­tio­nen). Die un­te­re Ska­la gibt die Uhr­zeit der Er­eig­nis­se in UT an (MEZ mi­nus ei­ne Stun­de): Die Vor­gän­ge an TD2 ha­ben we­gen der ex­trem ge­rin­gen Gra­vi­ta­ti­on auf 67P mehr als zwei Mi­nu­ten ge­dau­ert, ehe Phil­ae an TD3 we­nig spä­ter zur end­gül­ti­gen Ru­he kam.
Wo ist Philae?
Wo ist Phil­ae?
Bild 8/11, Credit: ESA/Rosetta/MPS for OSIRIS Team MPS/UPD/LAM/IAA/SSO/INTA/UPM/DASP/IDA

Wo ist Philae?

Ei­ne Auf­nah­me der vom Max-Planck-In­sti­tut für Son­nen­sys­tem­for­schung in (heu­te) Göt­tin­gen vom 2. Sep­tem­ber 2016 ver­riet nach fast zwei­jäh­ri­ger Su­che den bis da­hin un­be­kann­ten Stand­ort von Phil­ae am „Touch­down Punkt 3“ (TD3) auf dem Ko­me­ten 67P/Chu­ryu­mov-Ge­r­asi­men­ko. Ha­ben Sie auch schon Phil­ae ent­deckt? Las­sen Sie sich Zeit – die Auf­lö­sung fin­den Sie im nächs­ten Bild.
Kurz vor Missionsende: Philae gefunden!
Kurz vor Missi­ons­en­de: Phil­ae ge­fun­den!
Bild 9/11, Credit: Main image and lander inset: ESA/Rosetta/MPS for OSIRIS Team MPS/UPD/LAM/IAA/SSO/INTA/UPM/DASP/IDA; context: ESA/Rosetta/NavCam – CC BY-SA IGO 3.0

Kurz vor Missionsende: Philae gefunden!

Zwar lie­fer­te Phil­ae nach der holp­ri­gen Lan­dung auf Phil­ae am 12. No­vem­ber 2014 fast 60 Stun­den lang Mess­da­ten, der ge­naue Stand­ort der Lan­des­on­de war je­doch nicht be­kannt. Erst auf Auf­nah­men vom 2. Sep­tem­ber 2016 konn­te Phil­ae un­ter ei­nem Fels­vor­sprung ein­ge­klemmt und auf­recht ste­hend ent­deckt wer­den, dem „TD3“ (Touch­down Punkt 3). Ein we­nig links da­von, nur we­ni­ge Me­ter ent­fernt, hat­te Phil­ae sei­nen zwei­ten Bo­den­kon­takt, TD2: Sie fin­den ihn auf dem lin­ken großen Bild, wenn Sie das ro­te Käst­chen et­wa vier­mal ho­ri­zon­tal nach links ver­set­zen wür­den. An die­sem Fel­sen die hells­te, fast wei­ße Stel­le ist das drei­ein­halb Qua­drat­me­ter große Eis­feld, das Phil­ae bei TD2 auf­ge­kratzt hat.
Weitwinkelaufnahme des Kometen
Weit­win­ke­l­auf­nah­me des Ko­me­ten
Bild 10/11, Credit: ESA/Rosetta/MPS for OSIRIS Team MPS/UPD/LAM/IAA/SSO/INTA/UPM/DASP/IDA.

Weitwinkelaufnahme des Kometen

Die­se Weit­win­ke­l­auf­nah­me des Ko­me­ten 67P/Chu­ryu­mov–Ge­r­asi­men­ko hat das OSI­RIS-Ka­me­ra­sys­tem an Bord der Raum­son­de Ro­set­ta am 12. Sep­tem­ber 2014 ge­macht.
Philae landet auf dem Kometen
Phil­ae lan­det auf dem Ko­me­ten
Bild 11/11, Credit: ESA–C. Carreau/ATG medialab.

Philae landet auf dem Kometen

Die Lan­des­on­de Phil­ae der Missi­on Ro­set­ta lan­det auf dem Ko­me­ten 67P/Chu­ryu­mov-Ge­r­asi­men­ko, künst­le­ri­sche Dar­stel­lung.
  • Rekonstruktion des zweiten Bodenkontakts der ungeplanten Hüpfer von Rosetta-Landesonde Philae im November 2014 vor der finalen ‚Landung‘.
  • Die wie eine Windmühle rotierende Sonde kratzte eine Furche in einen hochporösen, dunklen Brocken aus Eis und Staub auf ‚Tschuri‘ und legte dabei 4,5 Milliarden Jahre altes Eis frei.
  • Das Eis hat einen ganz schwachen inneren Zusammenhalt und eine Konsistenz luftiger noch als der Schaum auf einem Cappuccino.
  • Schwerpunkte: Raumfahrt, Exploration, Kometen

Viereinhalb Milliarden Jahre altes Eis ist fluffiger noch als der Milchschaum auf einem Cappuccino. Nach Jahren der Detektivarbeit haben europäische Wissenschaftler der ESA-Mission Rosetta jetzt auf dem Kometen Churyumov-Gerasimenko die Stelle finden können, an der das Landemodul Philae am 12. November 2014, überwacht aus dem Philae-Kontrollzentrum des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR), seinen zweiten und vorletzten Bodenkontakt hatte, ehe es 30 Meter weiter endgültig zum Stillstand kam. Dabei hinterließ Philae Spuren: Die Sonde drückte sich mit ihrer Oberseite und dem Gehäuse für den Probenbohrer in den eisigen Spalt eines schwarzen, von kohlenstoffhaltigem Staub bedeckten Brockens. So kratzte Philae den Brocken auf und legte vor der Sonnenstrahlung geschütztes Eis aus der Entstehungszeit des Kometen frei. Die blanke, helle Eisfläche, deren Umriss ein wenig an einen Totenschädel erinnert, verriet nun die Kontaktstelle, wie die Forschenden im Wissenschaftsmagazin NATURE schreiben.

Bisher waren die Stelle des Erstkontakts, der Punkt einer Kollision nach dem Wiederabheben und der finale Landeplatz bekannt, an dem Philae nach über zwei Stunden zur Ruhe kam und gegen Missionsende 2016 auch gefunden wurde. „Nun kennen wir endlich den genauen Ort, wo Philae zum zweiten Mal den Kometen berührte. Damit können wir die Flugbahn des Landers vollständig rekonstruieren und prägnante wissenschaftliche Ergebnisse aus den Telemetriedaten sowie Messungen einiger während des Landevorgangs angeschalteter Messinstrumente ableiten“, erklärt Dr. Jean-Baptiste Vincent vom DLR-Institut für Planetenforschung, der an der jetzt veröffentlichten Forschungsarbeit beteiligt ist. „Philae hatte uns noch ein allerletztes Rätsel aufgegeben ”, benennt Erstautor Laurence O’Rourke von der Europäischen Weltraumorganisation ESA die Motivation hinter der mehrjährigen Suche nach ‚TD2‘, Touchdown-Punkt 2. „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.“ Über die vergangenen Jahre wurde die Stelle in den zahlreichen Bildern und Daten von Philaes Landegebiet wie die sprichwörtliche Stecknadel im Heuhaufen gesucht.

Das Magnetometer gibt den entscheidenden Hinweis

Immer wieder suchten die Wissenschaftler in den hoch aufgelösten Aufnahmen der OSIRIS-Kamera, einem Instrument des Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung (MPS) in Göttingen auf dem Rosetta-Orbiter, nach Stellen von blankem Eis in der vermuteten Region – lange Zeit ohne Erfolg. Erst die Auswertung von Messungen mit dem Magnetometer ROMAP, das unter der Leitung der Technischen Universität Braunschweig für Philae gebaut wurde, brachte die Wissenschaftler auf die richtige Spur. Das Team untersuchte in den Daten auftretende Änderungen, als sich der 48 cm vom Lander abstehende Magnetometerausleger beim Treffen auf die Oberfläche bewegte – also weggebogen wurde. Dabei ergab sich ein charakteristisches Muster in den ROMAP-Daten, das zeigte wie sich der Ausleger relativ zu Philae bewegte. Das ermöglichte es den Forschenden abzuschätzen, wie lange die Sonde in das Eis eingedrungen war. Die Daten von ROMAP wurden mit denen des RPC-Magnetometers auf Rosetta korreliert, um die genaue Orientierung von Philae zu bestimmen.

Die Analyse der Daten ergab, dass Philae fast zwei volle Minuten – in dieser Umgebung mit winziger Gravitation ist das nicht ungewöhnlich – an der zweiten Bodenkontaktstelle verbracht hatte und dabei mindestens vier verschiedene Oberflächenkontakte hatte, während die Sonde durch die zerklüftete Landschaft ‚pflügte‘. Ein besonders bemerkenswerter Abdruck, der in den Bildern sichtbar wurde, entstand, als die Oberseite von Philae an der Seite einer offenen Spalte 25 Zentimeter in das Eis sank und dort erkennbare Spuren des Bohrturms und der Oberseite hinterließ. Die Spitzen in den Magnetfelddaten, die sich aus der Auslegerbewegung ergaben, zeigten, dass Philae drei Sekunden brauchte, um diese spezielle ‚Delle‘ zu erzeugen.

Vir­tu­el­ler Flug über Phil­aes zwei­te Lan­des­tel­le
Der vir­tu­el­le Über­flug über das Aby­dos-Tal zeigt deut­lich, wo Phil­ae ei­ne Fur­che mit hell leuch­ten­dem Eis frei­ge­kratzt hat, die die zwei­te Lan­des­tel­le deut­lich mar­kiert.
Credit: Video und Musik erstellt von Gerhard Paar (Joanneum Research Forschungsgesellschaft mbH); Analysis: O'Rourke et al (2020)

Eine Totenkopfschädel-Skulptur aus blankem Kometeneis

Die ROMAP-Daten halfen, diese Stelle mit der eisgefüllten, hellen offenen Spalte in OSIRIS-Aufnahmen zu entdecken. Von oben betrachtet erinnerte ihr Anblick die Forscher an einen Totenschädel, und so tauften sie die Kontaktstelle ‚Schädeldecken-Grat‘. Das ‚rechte Auge‘ des Schädels entstand, als Philaes Oberseite den Kometenstaub hier zusammenpresste, während Philae wie eine Windmühle durch den Spalt zwischen den staubbedeckten Eisblöcken kratzte, um schließlich wieder abzuheben und die letzten wenigen Meter bis zum endgültigen Ruheort zurückzulegen. „In den Daten sahen wir damals, dass Philae mehrmals Bodenkontakt hatte und letztlich in einer schlecht beleuchteten Stelle gelandet ist. Wir kannten auch aus CONSERT-Radarmessungen den ungefähren endgültigen Landeplatz.  Das genaue Szenario der Philae Trajektorie und die exakten Punkte mit Bodenkontakt konnten jedoch nicht so schnell interpretiert werden“, erinnert sich Philae-Projektleiter Dr. Stephan Ulamec vom DLR.

Die Auswertung der OSIRIS-Fotos und mit dem abbildenden Spektrometer VIRTIS bestätigten, dass das helle Material pures Wassereis ist, das durch den Philae-Kontakt auf einer Fläche von 3,5 Quadratmetern exponiert wurde. Während dieses Kontakts lag die Region noch im Schatten. Erst Monate später fiel Sonnenlicht darauf, so dass das Eis immer noch hell in der Sonne glänzte und kaum von der Weltraumumgebung verwittert war und nachdunkelte, lediglich das Eis anderer flüchtiger Stoffe wie Kohlenmonoxid oder -dioxid verdampfte.

‚Tschuri‘ ist voller Hohlräume und ohne großen Zusammenhalt

Ist diese Rekonstruktion der Ereignisse allein schon eine anspruchsvolle Detektivarbeit, bietet diese erste direkte Messung der Konsistenz von Kometeneis vor allem auch wichtige Erkenntnisse: Die Parameter des Bodenkontakts zeigten, dass diese Milliarden Jahre alte Eisstaubmischung außerordentlich weich ist: Sie ist poröser als der Schaum auf einem Cappuccino, dem Schaum in der Badewanne oder in den Schaumkronen von an die Küste auslaufenden Wellen. „Die mechanische Spannung, die das Kometeneis in diesem von Staub bedeckten Brocken zusammenhält, beträgt gerade einmal 12 Pascal. Das ist nicht viel mehr als ‚nichts‘“, erläutert Dr. Jean-Baptiste Vincent, der sich in der Studie mit der Druck- und Zugfestigkeit von ‚primitivem‘ Eis beschäftigt, das in Kometen seit viereinhalb Milliarden Jahren wie in einer kosmischen Tiefkühltruhe als Zeugnis der frühesten Stunden des Sonnensystems aufbewahrt ist.

Die Untersuchung ermöglichte auch eine Schätzung der Porosität des ‚Felsens‘, der von Philae touchiert wurde: Etwa 75 Prozent, also drei Viertel des Inneren, besteht aus Hohlräumen. Die auf den Bilder allgegenwärtigen ‚Felsbrocken‘ sind also eher mit Styroporfelsen in einer Fantasielandschaft im Filmstudio vergleichbar als mit echten, harten, massiven Felsen. An einer anderen Stelle bewegte sich ein in mehreren Fotos festgehaltener, sechs Meter großer Block, durch den Gasdruck verdampfenden Kometeneises sogar hangaufwärts.

Diese Beobachtungen bestätigen ein Ergebnis der Rosetta-Orbitermission, die einen ähnlichen Zahlenwert für den Anteil von Hohlräumen ermittelte und zeigte, dass das Innere von 67P/Churyumov-Gerasimenko bis auf eine Blockgröße von einem Meter homogen sein dürfte. Das zieht die Schlussfolgerung nach sich, dass die ‚Felsbrocken‘ an der Oberfläche den Gesamtzustand des Kometeninneren darstellen, als er sich vor etwa 4,5 Milliarden Jahren gebildet hat. Das Ergebnis ist nicht nur wissenschaftlich für die Charakterisierung von Kometen, der zusammen mit den Asteroiden ursprünglichsten Körper des Sonnensystems, relevant, sondern ermöglicht auch Abschätzungen für zukünftige Kometenmissionen, bei denen auf einem dieser ‚Schweifsterne‘ aufgesetzt und Probenmaterial für die Rückführung zu Erde gewonnen werden soll, was gegenwärtig in Überlegung ist.

12. November 2014 – die erste Landung auf einem Kometen

Philae wurde am Nachmittag (MEZ) des 12. November sanft von der Muttersonde Rosetta abgetrennt und fiel mit der Geschwindigkeit eines Fußgängers in Richtung des Kometen 67P/Churyumov-Gerasimenko. Wie Bilder der DLR-Kamera ROLIS später zeigten, traf die etwa kubikmetergroße Landesonde die vorgesehene Landestelle Agilkia nahezu perfekt. Allerdings konnte sich Philae nicht auf ‚Tschuri‘ verankern, weil die dafür vorgesehenen Ankerharpunen nicht zündeten. Da der Komet nur etwa ein Hunderttausendstel der Anziehungskraft im Vergleich zur Erde an ihrer Oberfläche hat, prallte Philae vom Kometen ab, erhob sich bis in einen Kilometer Höhe und schwebte über die Region Hatmehit auf dem kleineren der beiden Kometenhalbkörper. Nach über zwei Stunden meldete sich Philae von ‚Tschuri‘: Die während der beiden Stunden zu Rosetta übertragenen Daten zeigten, dass die Sonde nach ihrem turbulenten Hüpfflug, einer unsanften Kollision mit einer Geländekante und zwei weiteren Bodenkontakten zur Ruhe gekommen war. Wenig später konnte Philae auch Bilder des Abydos getauften endgültigen Landeplatzes via Rosetta zur Erde funken.

Aus diesen ging schnell hervor, dass der Lander nun nicht wie geplant an einer günstigen Stelle mit ausreichend Sonnenlicht stand. Für das Team im DLR-Kontrollraum fing nach der unerwartet verlaufenen Landung die Arbeit erst richtig an: Fast 60 Stunden betrieben sie den Lander, kommandierten seine zehn Instrumente an Bord und drehten ihn am Ende auch noch etwas in Richtung Sonnenstrahlen. Dennoch ging der Strom der Primärbatterie zur Neige, weil zu wenig Strom produziert werden konnte. Die Akkus konnten nicht ausreichend aufladen, da die Sonne den Lander an jedem 12,4-Stunden-Kometentag nur für knapp anderthalb Stunden beschien. Tatsächlich rätselte das vielhundertköpfige Rosetta-Team 22 Monate lang, wo denn Philae tatsächlich stand: Erst eine Nahaufnahme der OSIRIS-Kamera, wenige Wochen vor dem Missionsende am 2. September 2016 aufgenommen, zeigte, wie Philae in einer Art Felsspalte unter einem das Sonnenlicht abschirmenden Überhang aufrecht festgeklemmt war. Zum Missionsende wurde die Raumsonde Rosetta am 30. September 2016 ebenfalls auf Churyumov-Gerasimenko in einem letzten Manöver hart abgesetzt.

Die Mission

Rosetta ist eine Mission der ESA mit Beiträgen von ihren Mitgliedsstaaten und der NASA. Rosettas Lander Philae wurde von einem Konsortium unter der Leitung von DLR, MPS, CNES und ASI beigesteuert.

Die Kamera OSIRIS wurde von einem Konsortium gebaut unter der Leitung des Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung (Deutschland) in Zusammenarbeit mit CISAS, Universität Padova (Italien), dem Laboratoire d’Astrophysique de Marseille (Frankreich), dem Instituto de Astrofísica de Andalucia, CSIC (Spanien), ESAs Scientific Support Office, dem Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial (Spanien), der Universidad Politéchnica de Madrid (Spanien), des Department of Physics and Astronomy of Uppsala University (Schweden) und dem Institute of Computer and Network Engineering der TU Braunschweig (Deutschland). OSIRIS wurde finanziell gefördert durch die nationalen Agenturen von Deutschland (DLR), Frankreich (CNES), Italien (ASI), Spanien (MEC) und Schweden (SNSB) sowie dem ESA Technical Directorate.

Publikation

“The Philae lander reveals low-strength primitive ice inside cometary boulders,” Laurence O’Rourke und 27 Ko-Autoren, veröffentlicht am 28.10.2020 in Nature.

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