Komet - Astronomie.

Komet - Astronomie. 1 EINLEITUNG Komet (griechisch kometes: langhaarig, ,,haartragender Stern"), Himmelskörper, der sich auf einer meist elliptischen Umlaufbahn um die Sonne bewegt. Kometen werden zu den Objekten des Sonnensystems gezählt und sind üblicherweise nur dann zu beobachten, wenn sie in den Bereich der inneren Planeten vordringen (also innerhalb der Jupiterbahn). Dabei erscheint ein Komet meist als verwaschenes, nebelartig leuchtendes Objekt, häufig mit langem, leuchtendem Schweif. Einige Kometen besitzen, ähnlich wie Planeten und Asteroiden, Monde. 2 GESCHICHTE Das Auftreten von großen Kometen wurde lange Zeit als atmosphärische Erscheinung interpretiert. Erst 1577 gelang Tycho Brahe der Beweis, dass es sich um Himmelskörper handelte. Im 17. Jahrhundert zeigte Isaac Newton auf, dass die Bewegungen der Kometen den selben Gesetzen folgen wie die Planeten auf ihren Umlaufbahnen. Ebenfalls im 17. Jahrhundert bewies Edmond Halley, indem er die Umlaufbahnen früher aufgetretener Kometen verglich, dass der 1682 zu beobachtende, später nach ihm benannte Komet identisch war mit den beiden Erscheinungen, die schon 1607 und 1531 aufgetreten waren; und er sagte richtig die Wiederkehr des Kometen im Jahr 1759 voraus. Daraufhin wurden die früheren Erscheinungen des Halleyschen Kometen anhand von Aufzeichnungen bis 240 v. Chr. zurückverfolgt, und es ist wahrscheinlich, dass der helle Komet, der 466 v. Chr. beobachtet wurde, ebenfalls dieser berühmte Komet war. Der Halleysche Komet näherte sich der Sonne zuletzt 1986. Als er sich wieder entfernte, wurde er von zwei sowjetischen Sonden, Vega 1 und 2, und von der Raumsonde Giotto der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) ein Stück weit begleitet. 3 ZUSAMMENSETZUNG Ein Komet besteht aus einem harten Kern, der in eine nebelartige Wolke, die Koma, eingehüllt ist. Kommt der Komet in die Nähe der Sonne, so bildet sich zusätzlich ein Schweif aus. 3.1 Kometenkern Nach der gängigen Schneeballtheorie, die 1949 von dem US-Astronomen Fred L. Whipple aufgestellt wurde, ist ein Kometenkern eine Art schmutziger Schneeball, dessen Bestandteile (Eis, Staub, Gesteinsbrocken) locker miteinander verbunden sind. Die Schneeballtheorie stützt sich u. a. auf Nahaufnahmen der Kerne der Kometen Halley (ESA-Sonde Giotto, 1986) und Borelli (NASA-Sonde Deep Space 1, 2001). Die Schneeballtheorie trifft offenbar nicht auf alle Kometenkerne zu, wie die Nahaufnahmen von dem Kern des Kometen Wild-2 (NASA-Sonde Stardust, 2004) zeigten. Der Kern des 1978 von Paul Wild (Astronomisches Institut der Universität Bern) entdeckten Kometen ist kein lockerer Verband von Eis, Staub und Gesteinsbrocken, er besteht vielmehr aus einem spröden, aber festen, sich selbst tragenden Material. Das heißt, über den Aufbau der Kometenkerne besteht noch keine Klarheit. Sicher ist, dass Kometenkerne fast die gesamte Masse des Kometen und verschiedene Eisarten enthalten, vorwiegend Wassereis, gefrorenes Ammoniak und gefrorenes Methan. Außerdem ist die Oberfläche einiger Kometenkerne von einer Staubkruste bedeckt, die sie schwarz erscheinen lässt. 3.2 Die Koma Hat sich ein Komet der Sonne auf etwa fünf astronomische Einheiten genähert, so bringt die Sonnenstrahlung die an der Oberfläche des Kerns gefrorenen Bestandteile zum Sublimieren, d. h., die Substanzen gehen sogleich vom festen in den Gaszustand über. Die Gase reißen beim Abströmen Staubpartikel mit und bilden die sich ständig erneuernde Koma, die man auch in Gaskoma und Staubkoma unterteilt. Die Gaskoma enthält chemische Verbindungen von Wasserstoff, Kohlenstoff, Stickstoff, Sauerstoff und Schwefel. Zu diesen Verbindungen zählen u. a. Methan, Ammoniak, Kohlenmonoxid und Kohlendioxid, Wasser, Cyanwasserstoff und Schwefelwasserstoff. Wenn der Komet der Sonne noch näher kommt, so lassen sich auch Atome von schwereren Elementen wie Nickel, Chrom oder Eisen in der Koma nachweisen. Ein Teil des Komagases wird durch Zusammenstöße oder Ladungsaustausch mit Teilchen des Sonnenwindes ionisiert. Die ionisierten Teilchen können durch Wechselwirkung mit den geladenen Teilchen des Sonnenwindes aus der Koma ausgetrieben werden und in den interplanetaren Raum entweichen. Der Durchmesser einer Koma ist in Sonnennähe am größten und kann bis zu 100 000 Kilometer erreichen. 3.3 Der Schweif Beträgt der Abstand zwischen Komet und Sonne etwa zwei astronomische Einheiten, so bildet sich ein Kometenschweif, der immer von der Sonne abgewandt ist. Die Schweifmaterie stammt aus der Koma und leuchtet entweder von selbst, oder weil sie das Sonnenlicht reflektiert. Nach Form und Zusammensetzung unterscheidet man zwei Schweiftypen: Die Ionen- oder Plasmaschweife sind lang und schmal und bestehen aus ionisierten Atomen und Molekülen, die zusammen mit den freien Elektronen ein Plasma bilden. Diese Plasmateilchen treten mit den Teilchen des Sonnenwindes in eine komplizierte Wechselwirkung, die sie aus der Koma treibt und schließlich in den interplanetaren Raum entweichen lässt. Ionenschweife können bis zu einer Million Kilometer breit und mehrere Millionen Kilometer lang werden, in Einzelfällen sogar mehr als 300 Millionen Kilometer. Den zweiten Schweiftyp stellen die Staubschweife dar; sie sind meist weit aufgefächert, stärker gekrümmt und kürzer sowie seltener als die Ionenschweife. Ihre Materie besteht aus Staubteilchen, die durch den Strahlungsdruck des Sonnenlichts aus der Koma ausgetrieben wurden (der Strahlungsdruck ist der Druck, den die Lichtwellen auf die Teilchen ausüben). Beide Schweiftypen können gemeinsam oder einzeln auftreten. 4 UMLAUFZEITEN UND -BAHNEN Die Umlaufzeiten von Kometen sind von der Form ihrer Umlaufbahn abhängig und liegen zwischen drei und einigen Millionen Jahren. Man unterscheidet periodische Kometen, die elliptische Umlaufbahnen haben, und nichtperiodische Kometen, die sich auf Parabel- oder Hyperbelbahnen bewegen. Kometen auf Parabel- oder Hyperbelbahnen verlassen das Sonnensystem für immer. Die periodischen, also wiederkehrenden Kometen werden in zwei Typen eingeteilt: die kurzperiodischen Kometen mit Umlaufzeiten bis zu 200 Jahren und die langperiodischen Kometen, deren Umlaufzeiten länger als 200 Jahre sind. Die kurzperiodischen Kometen bewegen sich die längste Zeit innerhalb des Bereichs der Planetenbahnen, die langperiodischen dagegen weit außerhalb dieses Bereichs. Durch die Gravitationseinflüsse der Planeten können Kometen aus ihren elliptischen Umlaufbahnen geworfen und auf kreisähnlichere Bahnen gezwungen werden. Gelegentlich können solche Kometen dann von Planeten eingefangen werden, wie etwa der Komet Shoemaker-Levy 9 (siehe unten). Geraten sie infolge der Störung jedoch auf eine parabolische oder hyperbolische Bahn, so verlassen sie das Sonnensystem. 5 KOMETENGRUPPEN UND METEORSTRÖME Wenn mehrere Kometen mit verschiedenen Perioden auf fast der gleichen Bahn kreisen, werden sie als Mitglieder einer Kometengruppe bezeichnet. Der berühmtesten Gruppe gehören der spektakulär die Sonne streifende Komet Ikeya-Seki von 1965 sowie sieben andere Kometen mit Perioden von beinahe 1 000 Jahren an. Der amerikanische Astronom Brian G. Marsden hat die Schlussfolgerung gezogen, dass der Komet von 1965 und der noch hellere Komet von 1882 sich aus einem einzigen Kometen durch Teilung gebildet haben, möglicherweise aus dem Kometen von 1106. Dieser und möglicherweise noch andere der Gruppe splitterten vor Tausenden von Jahren von einem noch viel größeren Kometen ab. Eine enge Beziehung besteht auch zwischen Kometen und Meteorschauern. Der italienische Astronom Giovanni Virginio Schiaparelli bewies, dass sich die Perseiden, die im August auftreten, auf derselben Bahn bewegen wie der Komet Swift-Tuttle (1862 III). Die Leoniden, die im November auftreten, haben sich aus dem Kometen TempelTuttle (1866 I) entwickelt. Auch einige andere Meteorschauer werden in Beziehung zu bekannten Kometenbahnen gesetzt und als Teilchen erklärt, die ein Komet entlang seiner Bahn verliert. Früher wurde angenommen, dass Kometen aus dem interstellaren Raum kommen. Obwohl es keine allgemein akzeptierte Ursprungstheorie gibt, nehmen heute viele Astronomen an, dass der Ursprung der Kometen in den äußeren, kälteren Teilen des Sonnensystems liegt und dass sie bei dessen Entstehung aus übrig gebliebenem Planetenmaterial entstanden sind. Der holländische Astronom Jan Hendrik Oort hat die Theorie aufgestellt, dass sich weit jenseits der Bahn von Pluto eine Vorratswolke mit Kometenmaterial angesammelt hat (so genannte Oort'sche Wolke) und dass die Gravitationseinflüsse von vorbeiziehenden Sternen einen Teil des Materials in Richtung Sonne ablenken könnte, wo es als Kometen sichtbar wird. Eine weitere Ansammlung von Kometen befindet sich im Kuiper-Ring. 6 KOMETEN IN JÜNGERER ZEIT 1992 brach der Komet Shoemaker-Levy 9 in 21 große Teile, als er durch das starke Gravitationsfeld des Planeten Jupiter zog. Im Juli 1994 stürzten diese Teile mit Geschwindigkeiten von ungefähr 210 000 Kilometern pro Stunde über einen Zeitraum von mehreren Wochen hinweg in die dichte Atmosphäre des Jupiters. Beim Aufprall wurde die gewaltige kinetische Energie der Kometen unter Auftreten gewaltiger Explosionen in Wärme umgewandelt. Dabei entstanden Feuerbälle, die größer als die Erde waren. Der Aufprall der Bruchstücke auf die Planetenoberfläche lieferte wertvolle Daten über die Zusammensetzung des Jupiters. Der Fall Shoemaker-Levy hat die Diskussion um eine mögliche Kollision zwischen einem Kometen und der Erde angefacht. Der Absturz eines Kometenkerns auf eine Großstadt würde wahrscheinlich diese Stadt zerstören, aber die Wahrscheinlichkeit, dass ein solches Ereignis eintritt, ist extrem gering. Einige Experten sind der Meinung, dass Einschläge von Kometen oder Meteoriten möglicherweise eine Änderung des Weltklimas verursacht und somit eine Rolle beim Aussterben der Dinosaurier gespielt haben könnten. Aber diese Annahmen werden in der Fachwelt kontrovers diskutiert und von einigen Wissenschaftlern als spekulativ beurteilt. Im Frühjahr 1997 passierte der außergewöhnlich helle und große Komet Hale-Bopp in einem Abstand von 194 Millionen Kilometern die Erde und war mit bloßem Auge zu sehen. Der Komet wurde nach seinen Entdeckern Alan Hale und Thomas Bopp benannt. Jüngsten Erkenntnissen zufolge entstand Hale-Bopp im Sonnensystem. Dieses Ergebnis basiert auf einem Vergleich des Isotopenverhältnisses von Kohlenstoff, Stickstoff und Schwefel des Kometen mit dem entsprechenden Verhältnis, das man im übrigen Sonnensystem feststellen konnte. Hale-Bopp hat einen Durchmesser von 40 Kilometern und wird im Jahr 4377 wiederum die Erde passieren. 7 AUSGEWÄHLTE MISSIONEN Da die Kometenmaterie vermutlich aus den Anfängen des Sonnensystems stammt und sich seither kaum verändert hat, hofft man durch die genauere Untersuchung von Kometenmaterie Rückschlüsse auf die Entstehungsgeschichte des Planetensystems ziehen zu können. So schickte die NASA am 8. Februar 1999 die Sonde Stardust auf den Weg zum Kometen Wild-2. Anhand verschiedener Aufnahmen und Messdaten konnte man zurückverfolgen, dass der im Durchmesser vier Kilometer große Komet vor 1974 seine Bahn außerhalb der Jupiterbahn um die Sonne zog und dort seine ursprüngliche Zusammensetzung über Milliarden von Jahren hatte erhalten können. Erst 1974 wurde Wild-2 durch Jupiters Anziehungskraft auf eine innere Bahn abgelenkt. Stardust erreichte den Kometen am 2. Januar 2004, flog durch den Kometenschweif und sammelte dabei mit einem speziellen Staubfänger Material. Bereits zuvor hatte die Sonde interstellaren Staub gesammelt, der sich in seiner chemischen Zusammensetzung vom Kometenstaub unterscheidet, wie man anhand von Messungen mit einem Massenspektrometer an Bord der Sonde herausfand. Stardust landete am 17. Januar 2006 wieder auf der Erde. Der Staubbehälter der Sonde besteht aus einzelnen Segmenten, die nach dem Öffnen des Behälters mit moderner Bildtechnik katalogisiert wurden. Die Staubpartikel befinden sich auf einer Auffangsubstanz, einem Aerogel, und müssen zur weiteren Untersuchung aufgespürt und anschließend herausgelöst werden. Die am Stardust-Projekt beteiligte University of California hat zur Unterstützung eine Art virtuelles Mikroskop im Internet eingerichtet, mit dem Interessierte bei der Suche nach den Staubpartikeln in der Auffangsubstanz helfen können. An der eigentlichen Analyse der Partikel sind Forschungseinrichtungen aus aller Welt beteiligt. Mit Deep Impact startete die NASA am 12. Januar 2005 eine Sonde, die Informationen über das Innere eines Kometen sammeln sollte. Deep Impact setzte sich aus einer Muttersonde und einer Aufschlagssonde zusammen. Letztere schlug am 4. Juli 2005 in den Kometen Tempel 1 ein. Das durch den Aufprall weggeschleuderte Material aus dem Inneren des Kometen bildete eine Wolke aus Eis, Staub und Gestein. Sie wurde sowohl mit den Bordinstrumenten der eigentlichen Sonde untersucht als auch von anderen Einrichtungen registriert, etwa von dem Hubble-Weltraumteleskop und den ESA-Satelliten Rosetta und XMM-Newton. Ersten Auswertungen zufolge enthielt die Wolke gefrorenes Wasser und Kohlendioxid. Die Bilder, die die Aufschlagssonde bis kurz vor dem Aufprall übermittelte, zeigten einen von Kratern übersäten Kometenkern. Die ESA-Mission Rosetta sollte im Januar 2003 zum Kometen Wirtanen starten, der 1948 von Carl A. Wirtanen (Lick Observatorium, Kalifornien) entdeckt wurde. Rosetta (benannt nach dem Stein von Rosette) sollte mit Hilfe einer Ariane 5-Plus (siehe Ariane) ins All geschossen werden und den Kometen Ende November 2011 erreichen. Nach dem Fehlstart der ersten Ariane 5-Plus im Dezember 2002 wurde der Einsatz dieser Rakete bis auf weiteres ausgesetzt. Dadurch verpasste Rosetta den letztmöglichen Starttermin am 12. Januar 2003. Das Programm wurde jedoch nicht eingestellt. Als neues Anflugsziel wählte die ESA nun den Kometen 67P/Tschurjumow-Gerassimenko aus, der einen geschätzten Durchmesser von fünf Kilometern besitzt. Der Komet wurde 1969 von dem ukrainischen Astronomen Klim Tschurjumow (Universität Kiew) auf Photographien entdeckt, die seine Kollegin Swetlana Gerassimenko (Astrophysikalisches Institut Duschanbe) aufgenommen hatte. Rosetta startete am 2. März 2004 an Bord einer Ariane 5 und wird voraussichtlich im August 2014 eine Umlaufbahn um den Kometen erreichen. Nach Auswahl eines geeigneten Landeplatzes soll dann das etwa 100 Kilogramm schwere Landegerät Philae ausgesetzt werden und auf dem Kometen landen. Sowohl das Landegerät als auch die dann im Orbit befindliche Sonde sind mit verschiedenen Beobachtungsinstrumenten ausgestattet. Rosetta soll den Kometenkern mindestens bis Dezember 2015 analysieren. Siehe auch Astronomie; Weltraumforschung Bearbeitet von: Maurice Wiederhold Microsoft ® Encarta ® 2009. © 1993-2008 Microsoft Corporation. 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