Kometenkern

Die Schlüsselkomponente eines Kometen ist der Kometenkern, denn ohne diesen kleinen (im Allgemeinen weniger als 20 km Durchmesser) eisigen Körper würde der Komet überhaupt nicht existieren. Die Koma, die Wasserstoffwolke und die Schweife resultieren alle aus der Sublimation von Eis aus dem Kern, der, wenn er in großen Entfernungen von der Sonne inaktiv ist, wie ein Asteroid aussieht.

Der Kern des 5 km langen Kometen Wild 2. Bildnachweis: NASA/JPL

Der Kern des 8 km langen Kometen Borrelly. Bildnachweis: NASA/US Geological Survey

Der Kern des 5 km langen Kometen Tempel 1. Bildnachweis: NASA/ JPL/UMD

Der aktive Kern des 16 km langen Kometen Halley. Quelle: ESA/MPAE

Das populärste Modell für den Kometenkern wurde erstmals 1950 von Fred Whipple vorgeschlagen. Sein ‘Dirty Snowball’ -Modell schlägt vor, dass der Kern eine Mischung aus Eis, Staub und Gestein ist, eine Idee, die durch mehrere Weltraummissionen bestätigt wurde, die sich mit Kometenkernen getroffen haben. Diese Missionen haben gezeigt, dass die Kerne von Kometen niedrige Albedos haben (Komet Halley: 0, 04, Komet Borrelly: 0, 03) und zu etwa 75% aus Eis (hauptsächlich Wasser) und zu 25% aus Staub und Gestein bestehen.

Ist das Innere eines Kometenkerns monolithisch, konglomeriert oder differenziert? Beweise würden auf eine Konglomeratstruktur hindeuten, dies muss jedoch noch bestätigt werden.

Obwohl diese Vorbeiflüge verlockende Einblicke in die Natur der Kometenkerne gaben, bleibt noch viel zu entdecken. Zum Beispiel, was ist die kompositorische Natur des Kerns – monolithisch, konglomerat oder differenziert? Die geringen Dichten, die für den Kern des Kometen Halley gemessen wurden, und die Auflösung des Kometen Shoemaker-Levy vor seinem Aufprall auf Jupiter unterstützen beide die Idee eines Konglomeratkerns. Wenn dies der Fall ist, sollte der Kern gut isoliert sein, und selbst Material, das sich relativ nahe an der Oberfläche befindet, sollte von der Sonnenheizung nicht betroffen sein. Dies und die Tatsache, dass sie leichter zugänglich sind als Objekte des Kuipergürtels (von denen auch angenommen wird, dass sie seit der Entstehung des Sonnensystems unverändert sind), würden Kometenkerne zu erstklassigen Objekten machen, mit denen das frühe Sonnensystem untersucht werden kann.

Ein ‘Trümmermantel’ bildet sich, wenn Sonnenlicht die Oberfläche des Kerns erwärmt und das Eis sublimiert. Kleine Staubpartikel werden zusammen mit dem Gas in die Koma getragen, so dass große Steine (rot) zu schwer sind, um als Trümmermantel angehoben zu werden. Dieser Mantel begrenzt die weitere Sublimation, da er das flüchtige Eis effektiv vergräbt.

Eine weitere Frage, die noch zu beantworten ist, ist die Art der niedrigen Albedo, die für Kometenkerne gemessen wurde. Eine Idee ist, dass es auf einen Oberflächenmantel aus großen Steinen (einem Trümmermantel) zurückzuführen ist, der vom sublimierenden Eis zurückgelassen wurde. Es wird angenommen, dass die Oberfläche des Kerns innerhalb einer einzigen Umlaufbahn fast vollständig von Trümmern bedeckt sein könnte, was die Aktivität des Kometen stark einschränkt.

Eine alternative Erklärung für die niedrige Albedo ist, dass die Bestrahlung des Kometenkerns durch energiereiche kosmische Strahlung einen Mantel aus dunklen, komplexen Kohlenstoffverbindungen (einen Bestrahlungsmantel) bildet. Es wird angenommen, dass die Bildung des Erdmantels Millionen von Jahren dauern würde (während sich der Komet im äußersten Teil seiner Umlaufbahn befand) und bis zu 1 Meter dick sein könnte.

Ein ‘Bestrahlungsmantel’ entsteht, wenn energiereiche kosmische Strahlen die Bindungen im eisigen Material beschädigen und zu komplexen organischen Verbindungen (schwarz) führen.

Obwohl die Rotation dazu führt, dass verschiedene Regionen des Kerns der Sonne zugewandt sind und aktiv werden, haben Beobachtungen gezeigt, dass die Aktivität nur auf einen kleinen Bruchteil der der Sonne zugewandten Seite des Kerns beschränkt ist. Dies kann durch die Existenz eines (oder beider) dieser Mäntel erklärt werden. Die entstehenden Gasstrahlen können die Rotation des Kerns verändern und bei besonders starker Aktivität auch zu Veränderungen der Umlaufbahn des Kometen um die Sonne führen.