Astronomie

Lernziele

Am Ende dieses Abschnitts können Sie:

  • Charakterisieren Sie das allgemeine physische Erscheinungsbild von Kometen
  • Erklären Sie den Bereich der Kometenbahnen
  • Beschreiben Sie die Größe und Zusammensetzung eines typischen Kometenkerns
  • Diskutieren Sie die Atmosphären von Kometen
  • Fassen Sie die Entdeckungen der

Kometen unterscheiden sich von Asteroiden hauptsächlich in ihrer eisigen Zusammensetzung, Ein Unterschied, der dazu führt, dass sie sich dramatisch aufhellen, wenn sie sich der Sonne nähern und eine temporäre Atmosphäre bilden. In einigen frühen Kulturen galten diese sogenannten “haarigen Sterne” als Vorzeichen einer Katastrophe. Heute fürchten wir keine Kometen mehr, sondern erwarten mit Spannung diejenigen, die uns nahe genug kommen, um eine gute Himmelsshow abzuhalten.

Aussehen von Kometen

Ein Komet ist ein relativ kleiner Brocken eisigen Materials (typischerweise einige Kilometer breit), der eine Atmosphäre entwickelt, wenn er sich der Sonne nähert. Später könnte es einen sehr schwachen, nebligen Schweif geben, der sich mehrere Millionen Kilometer vom Hauptkörper des Kometen entfernt erstreckt. Kometen wurden von frühester Zeit an beobachtet: Berichte über Kometen finden sich in der Geschichte praktisch aller alten Zivilisationen. Der typische Komet ist jedoch an unserem Himmel nicht spektakulär, sondern wirkt wie ein eher schwacher, diffuser Lichtfleck, der etwas kleiner als der Mond und um ein Vielfaches weniger brillant ist. (Kometen erschienen den Menschen vor der Erfindung der künstlichen Beleuchtung spektakulärer, was unsere Sicht auf den Nachthimmel beeinträchtigte.)

Wie der Mond und die Planeten scheinen Kometen zwischen den Sternen zu wandern und verschieben langsam ihre Positionen am Himmel von Nacht zu Nacht. Im Gegensatz zu den Planeten erscheinen die meisten Kometen jedoch zu unvorhersehbaren Zeiten, was vielleicht erklärt, warum sie in früheren Zeiten häufig Angst und Aberglauben auslösten. Kometen bleiben typischerweise für Zeiträume sichtbar, die von einigen Wochen bis zu mehreren Monaten variieren. Wir werden mehr darüber sagen, woraus sie bestehen und wie sie sichtbar werden, nachdem wir ihre Bewegungen besprochen haben.

Beachten Sie, dass Standbilder von Kometen den Eindruck erwecken, dass sie sich schnell über den Himmel bewegen, wie ein heller Meteor oder eine Sternschnuppe. Wenn man nur solche Bilder betrachtet, ist es leicht, Kometen und Meteore zu verwechseln. Aber am realen Himmel gesehen, sind sie sehr unterschiedlich: Der Meteor verbrennt in unserer Atmosphäre und ist in wenigen Sekunden verschwunden, während der Komet wochenlang in fast demselben Teil des Himmels sichtbar sein kann.

Komet umkreist

Halley im Jahr 1986. Der helle Kopf dieses berühmten Kometen ist links zu sehen, wobei sich die Staub- und Ionenschweife nach rechts erstrecken.

Abbildung 1: Komet Halley. Dieses Komposit aus drei Bildern (eines in Rot, eines in Grün, eines in Blau) zeigt den Kometen Halley, wie er 1986 mit einem großen Teleskop in Chile gesehen wurde. Während der Zeit, in der die drei Bilder nacheinander aufgenommen wurden, bewegte sich der Komet zwischen den Sternen. Das Teleskop wurde bewegt, um das Bild des Kometen stabil zu halten, wodurch die Sterne in dreifacher Ausfertigung (einmal in jeder Farbe) im Hintergrund erscheinen. (credit: Modifikation der Arbeit von ESO)

Die Untersuchung von Kometen als Mitglieder des Sonnensystems stammt aus der Zeit von Isaac Newton, der zuerst vorschlug, dass sie die Sonne auf extrem länglichen Ellipsen umkreisen. Newtons Kollege Edmund Halley (siehe Edmund Halley: Astronomy’s Renaissance Man) entwickelte diese Ideen und veröffentlichte 1705 Berechnungen von 24 Kometenbahnen. Insbesondere stellte er fest, dass die Umlaufbahnen der hellen Kometen, die in den Jahren 1531, 1607 und 1682 erschienen waren, so ähnlich waren, dass die drei durchaus derselbe Komet sein könnten, der in durchschnittlichen Abständen von 76 Jahren zum Perihel (der Sonne am nächsten) zurückkehrte. Wenn ja, sagte er voraus, dass das Objekt als nächstes um 1758 zurückkehren sollte. Obwohl Halley gestorben war, als der Komet erschien, wie er vorhergesagt hatte, erhielt er den Namen Komet Halley (reimt sich auf “Tal”) zu Ehren des Astronomen, der ihn zuerst als ständiges Mitglied unseres Sonnensystems erkannte und um die Sonne kreiste. Sein Aphel (am weitesten von der Sonne entfernt) liegt jenseits der Umlaufbahn von Neptun.

Wir wissen jetzt aus historischen Aufzeichnungen, dass der Komet Halley seit 239 v. Chr. in Abständen von 74 bis 79 Jahren auf jeder Passage in der Nähe der Sonne beobachtet und aufgezeichnet wurde. Die Periode seiner Rückkehr variiert etwas aufgrund von Orbitaländerungen, die durch den Zug der Riesenplaneten erzeugt werden. Im Jahr 1910 wurde die Erde vom Schweif des Kometen gestreift, was in der Öffentlichkeit viel unnötige Besorgnis hervorrief. Der Komet Halley erschien zuletzt 1986 am Himmel (Abbildung 1), als er von mehreren Raumfahrzeugen getroffen wurde, die uns eine Fülle von Informationen über seine Zusammensetzung gaben. es wird 2061 zurückkehren.

Edmund Halley: Sir’s Renaissance Man

Gemälde von Sir Edmund Halley.

Abbildung 2: Edmund Halley (1656-1742). Halley war ein produktiver Beitrag zu den Wissenschaften. Jahrhunderts half, die Umlaufbahn des Kometen vorherzusagen, der heute seinen Namen trägt.

Edmund Halley (Abbildung 2), ein brillanter Astronom, der Beiträge in vielen Bereichen der Wissenschaft und Statistik leistete, war in jeder Hinsicht eine großzügige, herzliche und aufgeschlossene Person. Darin war er genau das Gegenteil von seinem guten Freund Isaac Newton, dessen große Arbeit, die Principia (siehe Orbits and Gravity), Halley ermutigt, bearbeitet und half ihm zu veröffentlichen. Halley selbst veröffentlichte seine erste wissenschaftliche Arbeit im Alter von 20 Jahren, noch während des Studiums. Infolgedessen erhielt er einen königlichen Auftrag, nach St. Helena (einer abgelegenen Insel vor der Küste Afrikas, auf die Napoleon später verbannt wurde) zu reisen, um die erste teleskopische Vermessung des südlichen Himmels durchzuführen. Nach seiner Rückkehr erhielt er das Äquivalent eines Master-Abschlusses und wurde im Alter von 22 Jahren in die renommierte Royal Society in England gewählt.

Zusätzlich zu seiner Arbeit über Kometen erkannte Halley als erster Astronom, dass sich die sogenannten “festen” Sterne relativ zueinander bewegen, indem er feststellte, dass mehrere helle Sterne ihre Positionen seit Ptolemäus geändert hatten Veröffentlichung der antiken griechischen Kataloge. Er schrieb ein Papier über die Möglichkeit eines unendlichen Universums, schlug vor, dass einige Sterne variabel sein könnten, und diskutierte die Art und Größe von Nebeln (leuchtende wolkenartige Strukturen, die in Teleskopen sichtbar sind). Während seiner Zeit in St. Helena beobachtete Halley den Planeten Merkur, der über das Gesicht der Sonne ging, und entwickelte die Mathematik, wie solche Transite verwendet werden könnten, um die Größe des Sonnensystems zu bestimmen.

In anderen Bereichen veröffentlichte Halley die erste Tabelle der menschlichen Lebenserwartung (der Vorläufer der Lebensversicherungsstatistik); schrieb Papiere über Monsune, Passatwinde und Gezeiten (Kartierung der Gezeiten im Ärmelkanal zum ersten Mal); legte den Grundstein für die systematische Untersuchung des Erdmagnetfeldes; studierte Verdunstung und wie Binnengewässer salzig werden; und entwarf sogar eine Unterwassertauchglocke. Er diente als britischer Diplomat, beriet den Kaiser von Österreich und besichtigte den zukünftigen Zaren Russlands in England (eifrig diskutierend, wie uns gesagt wird, sowohl die Bedeutung der Wissenschaft als auch die Qualität des lokalen Brandys).

1703 wurde Halley Professor für Geometrie in Oxford und 1720 zum Astronomen ernannt Königlich von England. Er fuhr fort, die Erde und den Himmel zu beobachten und seine Ideen für weitere 20 Jahre zu veröffentlichen, bis der Tod ihn im Alter von 85 Jahren forderte.

Nur wenige Kometen kehren in einer für den Menschen messbaren Zeit (kürzer als ein Jahrhundert) zurück, wie es der Komet Halley tut; Diese werden kurzperiodische Kometen genannt. Viele kurzperiodische Kometen haben ihre Umlaufbahnen verändert, indem sie einem der Riesenplaneten zu nahe gekommen sind — meistens Jupiter (und sie werden daher manchmal Kometen der Jupiterfamilie genannt). Die meisten Kometen haben lange Perioden und werden Tausende von Jahren brauchen, um zurückzukehren, wenn sie überhaupt zurückkehren. Wie wir später in diesem Kapitel sehen werden, stammen die meisten Kometen der Jupiterfamilie aus einer anderen Quelle als die langperiodischen Kometen (solche mit Umlaufzeiten von mehr als etwa einem Jahrhundert).

Beobachtungsaufzeichnungen existieren für Tausende von Kometen. Wir wurden in den letzten Jahrzehnten von zwei hellen Kometen besucht. Zuerst kam im März 1996 der Komet Hyakutake mit einem sehr langen Schweif. Ein Jahr später erschien der Komet Hale-Bopp; Es war so hell wie die hellsten Sterne und blieb mehrere Wochen sichtbar, auch in städtischen Gebieten (siehe das Bild, das dieses Kapitel öffnet).

Tabelle 1 listet einige bekannte Kometen auf, deren Geschichte oder Aussehen von besonderem Interesse ist.

Tabelle 1. Einige interessante Kometen
Name Zeitraum Bedeutung
Großer Komet von 1577 Long Tycho Brahe zeigte, dass er jenseits des Mondes war (ein großer Schritt in unserem Verständnis)
Großer Komet von 1843 Long Hellster aufgezeichneter Komet; tagsüber sichtbar
Tageslichtkomet von 1910 Lang Hellster Komet des zwanzigsten Jahrhunderts
West Lang Kern brach in Stücke (1976)
Hyakutake Long Passierte innerhalb von 15 Millionen km der Erde (1996)
Hale-Bopp Long Hellster neuer Komet (1997)
Swift-Tuttle 133 Jahre Elternkomet des Perseiden-Meteorschauers
Halley 76 jahre Erster periodisch gefundener Komet; erkundet von Raumfahrzeugen in 1986
Borrelly 6,8 Jahre Vorbeiflug mit der Raumsonde Deep Space 1 (2000)
Biela 6,7 Jahre 1846 getrennt und nicht wieder gesehen
Churyumov-Gerasimenko 6,5 Jahre Ziel der Rosetta-Mission (2014-16)
Wild 2 6,4 Jahre Ziel der Stardust Sample Return Mission (2004)
Tempel 1 5.7 jahre Ziel der Deep Impact Mission (2005)
Encke 3,3 Jahre Kürzeste bekannte Periode

Der Kometenkern

Wenn wir einen aktiven Kometen betrachten, sehen wir normalerweise nur seine temporäre Atmosphäre aus Gas und Staub, die vom Sonnenlicht beleuchtet wird. Diese Atmosphäre wird Kometenkopf oder Koma genannt. Da die Schwerkraft solcher kleinen Körper sehr schwach ist, entweicht die Atmosphäre ständig schnell und muss durch neues Material aufgefüllt werden, das von irgendwoher kommen muss. Die Quelle ist der kleine, feste Kern im Inneren, nur wenige Kilometer breit, normalerweise verborgen durch das Leuchten der viel größeren Atmosphäre, die ihn umgibt. Der Kern ist der echte Komet, das Fragment uralten Eismaterials, das für die Atmosphäre und den Schweif verantwortlich ist (Abbildung 3).

Diagramm eines typischen Kometen. Knapp links unten in der Mitte die

Abbildung 3: Teile eines Kometen. Diese schematische Darstellung zeigt die Hauptteile eines Kometen. Beachten Sie, dass die verschiedenen Strukturen nicht maßstabsgetreu sind.

Die moderne Theorie der physikalischen und chemischen Natur von Kometen wurde erstmals 1950 vom Harvard-Astronomen Fred Whipple vorgeschlagen. Vor Whipples Arbeit dachten viele Astronomen, dass der Kern eines Kometen eine lose Ansammlung von Feststoffen sein könnte, eine Art umlaufende “Kiesbank”, Whipple schlug stattdessen vor, dass der Kern ein festes Objekt mit einem Durchmesser von einigen Kilometern ist, das zu einem wesentlichen Teil aus Wassereis besteht (aber auch mit anderen Eisarten), gemischt mit Silikatkörnern und Staub. Dieser Vorschlag wurde als “Dirty Snowball” -Modell bekannt.

Fotografie eines Fragments von Kometenstaub.

Abbildung 4: Eingefangener Kometenstaub. Es wird angenommen, dass dieses Teilchen (durch ein Mikroskop gesehen) ein winziges Fragment von Kometenstaub ist, das sich in der oberen Erdatmosphäre ansammelt. Es misst etwa 10 Mikrometer oder 1/100 Millimeter. (Bildnachweis: NASA / JPL)

Der Wasserdampf und andere flüchtige Stoffe, die beim Erhitzen aus dem Kern austreten, können im Kopf und Schwanz des Kometen nachgewiesen werden, und daher können wir mithilfe von Spektren analysieren, aus welchen Atomen und Molekülen das Kerneis besteht. Bei der nicht-eisigen Komponente sind wir uns jedoch etwas weniger sicher. Wir haben noch nie ein Fragment fester Materie von einem Kometen identifiziert, der die Passage durch die Erdatmosphäre überlebt hat. Raumfahrzeuge, die sich Kometen genähert haben, haben jedoch Staubdetektoren getragen, und ein Teil des Kometenstaubs wurde sogar zur Erde zurückgebracht (siehe Abbildung 4). Es scheint, dass ein Großteil des “Schmutzes” im schmutzigen Schneeball dunkle, primitive Kohlenwasserstoffe und Silikate sind, ähnlich wie das Material, von dem angenommen wird, dass es auf den dunklen, primitiven Asteroiden vorhanden ist.

Da die Kerne von Kometen klein und dunkel sind, sind sie von der Erde aus schwer zu untersuchen. Die Raumsonde erhielt jedoch 1986 direkte Messungen eines Kometenkerns, als drei Raumsonden aus nächster Nähe am Kometen Halley vorbeifegten (siehe Abbildung 5). Anschließend sind andere Raumfahrzeuge in die Nähe anderer Kometen geflogen. Im Jahr 2005 trug die NASA-Raumsonde Deep Impact sogar eine Sonde für einen Hochgeschwindigkeitseinschlag mit dem Kern des Kometen Tempel 1. Die mit Abstand produktivste Untersuchung eines Kometen war jedoch die Rosetta-Mission 2015, auf die wir in Kürze eingehen werden.

Nahaufnahme des Kometen Halley. Auf der linken Seite dieses Fotos sind Materialstrahlen zu sehen, die aus dem Kern austreten. Die

Abbildung 5: Nahaufnahme des Kometen Halley. Dieses historische Foto des schwarzen, unregelmäßig geformten Kerns des Kometen Halley wurde von der ESA-Raumsonde Giotto aus einer Entfernung von etwa 1000 Kilometern aufgenommen. Die hellen Bereiche sind Materialstrahlen, die von der Oberfläche austreten. Die Länge des Kerns beträgt 10 Kilometer, und Details von nur 1 kilometer können festgestellt werden. (Kredit: änderung der Arbeiten durch die ESA)

Die Atmosphäre des Kometen

Die spektakuläre Aktivität, die es uns ermöglicht, Kometen zu sehen, wird durch die Verdunstung von Kometeneis verursacht, das durch Sonnenlicht erhitzt wird. Jenseits des Asteroidengürtels, wo Kometen die meiste Zeit verbringen, sind diese Eise fest gefroren. Aber wenn sich ein Komet der Sonne nähert, beginnt er sich aufzuwärmen. Wenn Wasser (H2O) das dominierende Eis ist, verdampfen erhebliche Mengen, wenn Sonnenlicht die Oberfläche über 200 K erwärmt. Das verdampfende H2O wiederum setzt den Staub frei, der mit dem Eis vermischt wurde. Da der Kometenkern so klein ist, kann seine Schwerkraft weder das Gas noch den Staub zurückhalten, die beide mit einer Geschwindigkeit von etwa 1 Kilometer pro Sekunde in den Weltraum abfließen.

Der Komet absorbiert weiterhin Energie, wenn er sich der Sonne nähert. Ein großer Teil dieser Energie fließt in die Verdampfung des Eises sowie in die Erwärmung der Oberfläche. Jüngste Beobachtungen vieler Kometen weisen jedoch darauf hin, dass die Verdampfung nicht gleichmäßig ist und dass der größte Teil des Gases in plötzlichen Schüben freigesetzt wird, die möglicherweise auf einige Bereiche der Oberfläche beschränkt sind. Die Atmosphäre des Kometen, die sich mit einer Geschwindigkeit von etwa 1 Kilometer pro Sekunde in den Weltraum ausdehnt, kann eine enorme Größe erreichen. Der Durchmesser eines Kometenkopfes ist oft so groß wie Jupiter und kann sich manchmal einem Durchmesser von einer Million Kilometern nähern (Abbildung 6).

Der Kopf des Kometen Halley. Auf diesem Foto ist der helle Kopf oder das Koma links zu sehen, wobei der Schwanz nach rechts wegläuft.

Abbildung 6: Kopf des Kometen Halley. Hier sehen wir die Gas- und Staubwolke, aus der 1986 der Kopf oder die Koma des Kometen Halley besteht. Auf dieser Skala wäre der Kern (versteckt in der Wolke) ein Punkt zu klein, um ihn zu sehen. (credit: Modifikation der Arbeit von NASA / W. Liller)

 Kometenbahn und Schweif. Die Sonne ist im linken Fokus einer blauen Ellipse gezeichnet, die die Umlaufbahn eines Kometen darstellt. Der Komet ist an sechs Positionen entlang der Ellipse gezeichnet, und an jeder Position zeigt der Schweif des Kometen von der Sonne weg. Beginnend oben rechts hat der Komet einen sehr kurzen Schweif. Wenn er sich gegen den Uhrzeigersinn bewegt, wird der Schweif des Kometen länger, wenn er sich dem Perihel nähert (der Sonne am nächsten, unten links) und kürzer, wenn er nach rechts zurücktritt.

Abbildung 7: Kometenbahn und Schweif. Die Orientierung eines typischen Kometenschwanzes ändert sich, wenn der Komet das Perihel passiert. Bei Annäherung an die Sonne befindet sich der Schwanz hinter dem ankommenden Kometenkopf, aber auf dem Weg nach draußen geht der Schwanz dem Kopf voraus.

Die meisten Kometen entwickeln auch Schweife, wenn sie sich der Sonne nähern. Der Schweif eines Kometen ist eine Erweiterung seiner Atmosphäre, die aus demselben Gas und Staub besteht, aus dem sein Kopf besteht. Bereits im sechzehnten Jahrhundert erkannten Beobachter, dass Kometenschwänze immer von der Sonne weg zeigen (Abbildung 7), nicht zurück entlang der Kometenbahn. Newton schlug vor, dass Kometenschwänze durch eine abstoßende Kraft des Sonnenlichts gebildet werden, die Partikel vom Kopf wegtreibt — eine Idee, die unserer modernen Sichtweise nahe kommt.

Die beiden verschiedenen Komponenten, aus denen der Schweif besteht (Staub und Gas), verhalten sich etwas anders. Der hellste Teil des Schwanzes wird Staubschwanz genannt, um ihn von einem schwächeren, geraden Schwanz aus ionisiertem Gas zu unterscheiden, der als Ionenschwanz bezeichnet wird. Der Ionenschwanz wird von Ionenströmen (geladenen Teilchen), die von der Sonne emittiert werden, nach außen getragen. Wie Sie in Abbildung 8 sehen können, krümmt sich der glattere Staubschweif ein wenig, wenn sich einzelne Staubpartikel entlang der Umlaufbahn des Kometen ausbreiten, während der gerade Ionenschweif durch den Wind geladener Teilchen unseres Sterns direkter von der Sonne nach außen gedrückt wird

Die Schweife des Kometen Hale-Bopp. Panel (a), links, ist ein Bild von Hale-Bopp Der Kern befindet sich unten links, mit dem weißen Staubschwanz (beschriftet), der sich nach Mitte rechts erstreckt, und der blaue Ionenschwanz (beschriftet), der sich nach oben in der Mitte erstreckt. Nach links wird eine weiße Linie über den Kern gezogen, die die Bewegungsrichtung des Kometen angibt. Ein Pfeil zeigt auf die Richtung der Sonne unten links. Tafel (b) zeigt zwei Schwarz-Weiß-Aufnahmen des Kometen Mrkos zu unterschiedlichen Zeiten mit langen Staub- und Ionenschwänzen.

Abbildung 8: Kometenschweife. (a) Wenn sich ein Komet der Sonne nähert, werden seine Merkmale sichtbarer. In dieser Illustration der NASA, die den Kometen Hale-Bopp zeigt, können Sie die beiden Schwänze eines Kometen sehen: der leichter sichtbare Staubschwanz, der bis zu 10 Millionen Kilometer lang sein kann, und der schwächere Gasschwanz (oder Ionenschwanz), der bis zu Hunderte Millionen Kilometer lang ist. Die Körner, aus denen der Staubschwanz besteht, haben die Größe von Rauchpartikeln. (b) Komet Mrkos wurde 1957 mit einem Weitfeldteleskop am Palomar-Observatorium fotografiert und zeigt auch eine klare Unterscheidung zwischen dem geraden Gasschweif und dem geschwungenen Staubschweif. (credit a: Modifikation der Arbeit von ESO / E. Slawik; credit b: Modifikation der Arbeit von Charles Kearns, George O. Abell und Byron Hill)

Heutzutage können Kometen in der Nähe der Sonne mit Raumfahrzeugen gefunden werden, die unseren Stern beobachten sollen. Anfang Juli 2011 beobachteten Astronomen am Sonnen- und Heliosphärenobservatorium der ESA / NASA (SOHO) beispielsweise einen Kometen, der in Richtung Sonne streifte, eine von fast 3000 solcher Sichtungen. Sie können auch ein kurzes Video der NASA mit dem Titel “Warum sehen wir so viele sonnengräbende Kometen?”

Die Rosetta-Kometenmission

In den 1990er Jahren beschlossen europäische Wissenschaftler, eine viel ehrgeizigere Mission zu entwerfen, die Umlaufbahnen mit einem ankommenden Kometen abgleichen und ihm folgen würde, wenn er sich der Sonne näherte. Sie schlugen auch vor, dass ein kleineres Raumschiff tatsächlich versuchen würde, auf dem Kometen zu landen. Das 2-Tonnen-Hauptraumschiff hieß Rosetta und trug ein Dutzend wissenschaftliche Instrumente, und sein 100-Kilogramm-Lander mit neun weiteren Instrumenten hieß Philae.

Die Rosetta-Mission wurde 2004 gestartet. Verzögerungen mit der Startrakete führten dazu, dass sie ihren ursprünglichen Zielkometen verfehlte, so dass ein alternatives Ziel ausgewählt wurde, der Komet Churyumov-Gerasimenko (benannt nach den beiden Entdeckern, aber allgemein als 67P bezeichnet). Die Umlaufzeit dieses Kometen beträgt 6,45 Jahre, was ihn zu einem Kometen der Jupiter-Familie macht.

Da die Europäische Weltraumorganisation keinen Zugang zu den von der NASA für Weltraummissionen verwendeten plutoniumbetriebenen Kernkraftquellen hatte, musste Rosetta solarbetrieben werden, was besonders große Sonnenkollektoren erforderte. Selbst diese reichten nicht aus, um das Fahrzeug in Betrieb zu halten, da es die Umlaufbahnen mit 67P in der Nähe des Apheliums des Kometen anpasste. Die einzige Lösung bestand darin, alle Raumfahrzeugsysteme auszuschalten und sie mehrere Jahre lang in Richtung Sonne segeln zu lassen, ohne Kontakt zu Controllern auf der Erde, bis die Sonnenenergie stärker war. Der Erfolg der Mission hing von einem automatischen Timer ab, um den Strom wieder einzuschalten, als er sich der Sonne näherte. Glücklicherweise hat diese Strategie funktioniert.

Im August 2014 begann Rosetta eine allmähliche Annäherung an den Kometenkern, der ein seltsam unförmiges Objekt mit einem Durchmesser von etwa 5 Kilometern ist, ganz anders als das glatte Aussehen von Halleys Kern (aber ebenso dunkel). Seine Rotationszeit beträgt 12 Stunden. Am 12. November 2014 wurde der Philae-Lander fallen gelassen, langsam für 7 Stunden absteigend, bevor er sanft die Oberfläche traf. Es prallte und rollte und kam unter einem Überhang zur Ruhe, wo nicht genug Sonnenlicht vorhanden war, um die Batterien aufzuladen. Nach einigen Stunden Betrieb und dem Senden von Daten an den Orbiter verstummte Philae. Die Hauptsonde Rosetta setzte jedoch ihren Betrieb fort, da die Kometenaktivität zunahm und Gasdampfer von der Oberfläche ausstrahlten. Als sich der Komet im September 2015 dem Perihel näherte, zog sich das Raumschiff zurück, um seine Sicherheit zu gewährleisten.

Das Ausmaß der Rosetta-Bilder (und Daten von anderen Instrumenten) übersteigt bei weitem alles, was Astronomen zuvor von einem Kometen gesehen hatten. Die beste Bildauflösung war fast um den Faktor 100 höher als in den besten Halley-Bildern. Auf dieser Skala erscheint der Komet überraschend rau, mit scharfen Winkeln, tiefen Gruben und Überhängen (Abbildung 9).

Schweif des Kometen Hale-Bopp. Panel (a), links, ist ein Bild von Hale-Bopp Der Kern befindet sich unten links, mit dem weißen Staubschwanz (beschriftet), der sich nach Mitte rechts erstreckt, und der blaue Ionenschwanz (beschriftet), der sich nach oben in der Mitte erstreckt. Nach links wird eine weiße Linie über den Kern gezogen, die die Bewegungsrichtung des Kometen angibt. Ein Pfeil zeigt auf die Richtung der Sonne unten links. Tafel (b) zeigt zwei Schwarz-Weiß-Aufnahmen des Kometen Mrkos zu unterschiedlichen Zeiten mit langen Staub- und Ionenschwänzen.

Abbildung 9: Komet 67P’s seltsame Form und Oberflächenmerkmale. (a) Dieses Bild der Rosetta-Kamera wurde aus einer Entfernung von 285 Kilometern aufgenommen. Die Auflösung beträgt 5 Meter. Sie können sehen, dass der Komet aus zwei Abschnitten mit einem verbindenden “Hals” zwischen ihnen besteht. (b) Diese Nahaufnahme des Kometen Churyumov-Gerasimenko stammt vom Lander Philae. Einer der drei Füße des Landers ist im Vordergrund sichtbar. Der Lander selbst liegt größtenteils im Schatten. (bildnachweis a: Änderung der Arbeiten von ESA/Rosetta/MPS für das OSIRIS-Team MPS/UPD/LAM/IAA/SSO/INTA/UPM/DASP/IDA; Bildnachweis b: änderung der Arbeit von ESA/Rosetta/Philae/CIVA)

Die doppellappige Form des Kerns von 67P wurde vorläufig der Kollision und Verschmelzung zweier unabhängiger Kometenkerne vor langer Zeit zugeschrieben. Die Raumsonde verifizierte, dass die dunkle Oberfläche des Kometen mit organischen kohlenstoffreichen Verbindungen bedeckt war, die mit Sulfiden und Eisen-Nickel-Körnern gemischt waren. 67P hat eine durchschnittliche Dichte von nur 0,5 g / cm3 (Rückruf Wasser in diesen Einheiten hat eine Dichte von 1 g / cm3.) Diese geringe Dichte zeigt an, dass der Komet ziemlich porös ist, dh es gibt eine große Menge an leerem Raum unter seinen Materialien.

Wir wussten bereits, dass die Verdunstung von Kometeneis sporadisch und auf kleine Jets beschränkt war, aber in Komet 67P wurde dies zu einem Extrem geführt. Zu jedem Zeitpunkt sind mehr als 99% der Oberfläche inaktiv. Die aktiven Öffnungen sind nur wenige Meter breit, wobei das Material auf schmale Strahlen beschränkt ist, die nur wenige Minuten anhalten (Abbildung 10). Das Aktivitätsniveau hängt stark von der Solarheizung ab und stieg zwischen Juli und August 2015 um den Faktor 10. Die Isotopenanalyse von Deuterium im vom Kometen ausgestoßenen Wasser zeigt, dass es sich von dem auf der Erde gefundenen Wasser unterscheidet. Kometen wie 67P haben also anscheinend nicht zur Entstehung unserer Ozeane oder des Wassers in unserem Körper beigetragen, wie einige Wissenschaftler gedacht hatten.

Gasstrahlen auf Komet 67P. Panel (a), links unten ist ein Teil des Kerns sichtbar. Am Rand des Kerns sind schwache Luftschlangen gegen die Schwärze des Weltraums zu sehen. Panel (b), Mitte, die schwachen Luftschlangen wurden durch einen starken, hellen Strahl ersetzt, der sich nach oben rechts erstreckt. Tafel (c) rechts zeigt den vollen Kern in der Mitte, umgeben von Jets und schwachen Materialströmen.

Abbildung 10: Gasstrahlen auf Komet 67P. (a) Diese Aktivität wurde von der Raumsonde Rosetta in der Nähe des Perihels fotografiert. Sie können sehen, wie plötzlich ein Jet auftaucht; es war nur für ein paar Minuten aktiv. (b) Dieses spektakuläre Foto, aufgenommen in der Nähe des Perihels, zeigt den aktiven Kometen, umgeben von mehreren Gas- und Staubstrahlen. (bildnachweis a, b: Änderung der Arbeiten von ESA/Rosetta/MPS; Bildnachweis c: änderung der Arbeit von ESA / Rosetta / NAVCAM)

Die Europäische Weltraumorganisation (ESA) macht weiterhin interessante Kurzvideos, die die Herausforderungen und Ergebnisse der Rosetta- und Philae-Missionen veranschaulichen. Sehen Sie sich beispielsweise “Rosettas Moment in der Sonne” an, um einige der Bilder des Kometen zu sehen, der Gas- und Staubwolken erzeugt, und erfahren Sie mehr über einige der Gefahren, die ein aktiver Komet für das Raumschiff darstellt.

Schlüsselkonzepte und Zusammenfassung

Halley zeigte zunächst, dass sich einige Kometen auf geschlossenen Umlaufbahnen befinden und regelmäßig zurückkehren, um um die Sonne zu schwingen. Das Herz eines Kometen ist sein Kern mit einem Durchmesser von wenigen Kilometern, der aus flüchtigen Bestandteilen (hauptsächlich gefrorenem H2O) und Feststoffen (einschließlich Silikaten und kohlenstoffhaltigen Materialien) besteht. Whipple schlug dieses “Dirty Snowball” -Modell erstmals 1950 vor; Es wurde durch Raumfahrzeugstudien mehrerer Kometen bestätigt. Wenn sich der Kern der Sonne nähert, verdampfen seine flüchtigen Bestandteile (möglicherweise in lokalisierten Jets oder Explosionen) und bilden den Kopf oder die Atmosphäre des Kometen, die mit etwa 1 Kilometer pro Sekunde entweicht. Die Atmosphäre strömt von der Sonne weg und bildet einen langen Schweif. Die ESA-Rosetta-Mission zum Kometen P67 (Churyumov-Gerasimenko) hat unser Wissen über die Natur des Kerns und den Prozess, durch den Kometen bei Erwärmung durch Sonnenlicht Wasser und andere flüchtige Stoffe freisetzen, erheblich erweitert.

Glossar

Komet: ein kleiner Körper aus eisiger und staubiger Materie, der sich um die Sonne dreht; Wenn sich ein Komet der Sonne nähert, verdampft ein Teil seines Materials und bildet einen großen Kopf aus dünnem Gas und oft einen Schwanz

Kern (eines Kometen): das feste Stück Eis und Staub im Kopf eines Kometen

Schweif: (eines Kometen) ein Schweif, der aus zwei Teilen besteht: Der Staubschwanz besteht aus Staub, der durch die Sublimation von Eis in einem Kometen gelöst wird und dann von Photonen von der Sonne in einen gekrümmten Strom gedrückt wird; der Ionenschwanz ist ein Strom ionisierter Partikel, die von einem Kometen verdampft und dann vom Sonnenwind von der Sonne weggefegt werden

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