Teil 1: Eine lange Anreise

von Dr. Hans Zekl

Faszination Kometen

Halley, Arend-Roland und Hale-Bopp. Das sind nur drei willkürlich herausgegriffene Namen von Kometen, die in den letzten 100 Jahren bei der breiteren Öffentlichkeit für Furore sorgten.  Unterscheiden sich die Schweifsterne doch offensichtlich von allen anderen Himmelskörpern, die am Firmament zu sehen sind. Sterne scheinen am Himmelszelt festgenagelt zu sein. Selbst nach Jahrzehnten sind ohne technische Hilfsmittel keine Positionsänderungen zu erkennen. Deshalb werden sie im Volksmund auch Fixsterne genannt. Planeten, sowie Sonne und Mond,  wandern zwar erkennbar zwischen den scheinbar stillstehenden Sternen, aber das geschieht in regelmäßigen Mustern und bewegen sich dabei immer in der Näher der Bahn der Sonne durch die bekannten Tierkreissternbilder. Bis auf den Mond sind sie auch nur als helle leuchtende Punkte mit dem freiem Auge zu erkennen. Doch Kometen sind Vagabunden. Sie tauchen irgendwann auf, werden heller und verschwinden meist nach wenigen Wochen wieder. Sie folgen dabei durchaus Bahnen, die sie beliebig über den Sternhimmel führen.

Im Gegensatz zu den anderen Himmelskörpern sind Kometen keine scharf begrenzten Objekte, sondern sie ähneln eher kleinen leuchtenden Wolken. Die helleren von ihnen bilden zusätzlich noch zwei Schweife aus. Dieses spukhafte, geheimnisvolle Verhalten sorgte schon im Altertum dafür, die „Schweifsterne“ als Unheilverkünder anzusehen.

Lange Zeit hielten Wissenschaftler Kometen für Ausdünstungen in der Atmosphäre. Diese Vorstellung geht noch auf Aristoteles und Ptolemäus zurück, die im 4. vorchristlichen bzw. 2. nachchristlichen Jahrhundert lebten.

Boten aus der Frühzeit des Sonnensystems

Tatsächlich gelang es erst im16. Jahrhundert dem dänischen Astronom Tycho Brahe nachzuweisen, dass Kometen sich im Bereich der Planeten bewegen müssen. Trotz recht präziser Positionsbestimmungen am Kometen des Jahre 1577 konnten er und andere Astronomen keine Parallaxe messen. Durch dieses Ergebnis war klar, dass das Himmelsobjekt weiter als der Mond von der Erde entfernt war. Rund ein Jahrhundert später berechnete der englische Forscher Sir Edmond Halley die Bahn des Kometen des Jahres 1682. Damit konnte er nachweisen, dass dies derselbe Komet war, der auch in den Jahren 1456, 1531 und 1607 zu beobachten war. Halleys Berechnungen zeigten, dass der später nach ihm benannte Halleysche Komet auf einer lang gesteckten Ellipse etwa alle 76 Jahre einmal um die Sonne läuft.

Mit der Entwicklung immer besserer Teleskope und der Erfindung der Spektroskopie wurden seit dem 19. Jahrhundert immer mehr Geheimnisse der Kometen aufgeklärt. Heute nimmt man an, dass Kometen wohl der Bauschutt des Sonnensystems sind. Sie sind die Reste der ursprünglichen Wolke, aus der die Sonne, die Planeten und alle anderen Mitglieder unseres Sonnensystems entstanden sind. Astronomen gehen davon aus, dass es zwei große Kometenreservoire gibt: Kometen mit einer Umlaufzeit von weniger als 200 Jahren kommen danach aus dem Kuiper-Gürtel. Das ist eine relativ flache Region außerhalb der Neptun-Bahn, die in einem Abstand von 30 bis 50 astronomischen Einheiten (AE) das Planetensystem umgibt. Schweifsterne mit noch größeren Umlaufzeiten stammen aus der Oortschen Wolke. Dieser Bereich umschließt kugelförmig das Sonnensystem bis zu einem Abstand von 100 000 astronomischen Einheiten (= 1,6 Lichtjahre).

Um einen mehrere Kilometer durchmessenden Kern aus Staub, gefrorenem Kohlendioxid und Wassereis bildet sich in Sonnennähe eine gasförmige Hülle, das Halo. Das Material dafür stammt von der eigentlichen Kometenoberfläche, die durch die Sonneneinstrahlung erwärmt wird, sodass das Eis verdampft. Die im Eis eingeschlossene mikroskopisch kleine Staubteilchen werden dabei mitgerissen und sammeln sich als gekrümmter Staubschweif an. Die energiereiche ultraviolette Strahlung, die bei uns für einen Sonnenbrand verantwortlich ist, führt dazu, dass den Gasmolekülen Elektronen entrissen werden. Das Gas wandelt sich in ein elektrisch leitfähiges Plasma um, dass vom stetig strömenden Sonnenwind mit gerissen wird. So entsteht der gerade, bläulich leuchtende Plasmaschweif.

Kometen unter die Lupe genommen

Mit dem Raumfahrtzeitalter ist es seit 1985 auch möglich, Kometen aus der Nähe zu untersuchen bzw. Experimente an ihnen durchzuführen. Die erste Kometensonde war der  International Cometary Explorer , die am 11. September 1985 in einer Entfernung von 7800 km vom Kopf des periodischen Kometen 21P/Giacobini-Zinner entfernt durch dessen Schweif flog.

Erste Nahaufnahmen eines Kometenkerns wurden von der europäischen Raumsonde Giotto am 14. März 1986 aufgenommen, als sie in einem Abstand von nur 596 km am Kern des Kometen Halley (Bild 2) vorbeiflog. Die Sonde flog dann Jahre später, am 10. Juli 1992 auch am Kometen Grigg-Skjellerup vorbei. Allerdings konnte sie dabei keine Bilder zur Erde senden, da die Kamera beim Vorbeiflug an Halley durch einschlagende Staubteilchen beschädigt worden war.

Nicht nur Giotto flog zu Halleys Komet. Die damalige Sowjetunion schickte gleich 2 Sonden zu ihm, Vega-1 und Vega-2. Erstere passierte den Kometen am 6. März 1986 in einer Entfernung 8890 km, während  Vega-2 drei Tage später dem Kometen mit einer Entfernung von 8030 noch etwas näher kam.

Auch Japan brachte zwei Sonden auf den Weg zum Kometen Halley, die den Himmelskörper aber nur aus großer Entfernung untersuchten. Suisei näherte sich ihm bis auf 151 000 Kilometer, während Sakigake 7 Millionen Kilometer entfernt blieb. Allerdings konnte aus dieser Position die Wechselwirkungen des Kometen mit dem Sonnenwind untersucht werden.

Am 22. September 2001 raste die amerikanische Sonde Deep Space 1 in einer Entfernung von 2200 km am Kometen Borrelly vorbei

Bild: In dieser hoch aufgelösten Aufnahme (45 m pro Pixel) des Kometen Borrelly vom 22.09.2001 durch die Sonde Deep Space 1 sind unterschiedlichste Oberflächenformationen zu erkennen. Zum Zeitpunkt der Aufnahme war die Sonde noch 3417 Kilometer vom Kern entfernt. (Copyright: NASA)

Als nächster Komet erhielt Wild 2 am 2. Januar 2004 Besuch von der Erde, als die Sonde Stardust Staubteilchen in der inneren Koma des Kometen sammelte, die sie anschließend zur Erde zurückbrachte. Doch bevor die Sonde wieder auf unserem Heimatplaneten landete, flog sie noch am 14. Februar 2011 am Kometen Tempel 1 vorbei, um zu untersuchen, welche Veränderungen am Kometenkern stattgefunden hatten, nachdem die Sonde Deep Impact dort gewesen war.

Bild: Der Kern des Kometen 81P/Wild 2. Auf der Aufnehme sind mehrere flache Niederungen zu erkennen. Der Komet besitzt einen Durchmesser von rund 5 Kilometern. Aufnahmedatum: 2. Januar 2004 (Copyright: NASA)

Die NASA-Sonde Deep Impact war die erste Mission, die auch ein Experiment durchführte, mit dem gezielt die Oberfläche eines Kometenkerns verändert wurde. Die Raumsonde setze eine kühlschrankgroßes, 372 kg schweres Projektil frei, das am 4. Juli 2005, am amerikanischen Unabhängigkeitstag, auf der Oberfläche des Kometen Tempel 1 aufschlug. Deep Impact selbst blieb in einem sicheren Abstand und flog in 500 km Entfernung an Tempel 1 vorbei. Nach dem Ende der Mission, war der Allgemeinzustand der Sonde noch so gut, dass sie zu einem weiteren Kometen geschickt wurde. Unter dem neuen Namen EPOXI erreichte sie dann am 4. November 2010 den periodischen Kometen Hartley 2. Aus einer Entfernung von nur 700 Kilometern übermittelte die Sonde beeindruckende Aufnahmen des Kometenkerns. EPOXI war in den folgenden drei Jahren weiterhin als Kometenbeobachter aktiv, allerdings nur aus größerer Entfernung. Im Februar und April 2012 untersuchte sie die Bahn und Aktivität des Kometen Garradd. Im Januar 2013 verfolgte sie den Kometen ISON, der am 28. November 2013 etwa eine Million Kilometer über der Sonnenoberfläche zerbrach und sich auflöste.

Der Stein von Rosetta für Planetenforscher

Die Kometenmission der europäischen Raumfahrtorganisation ESA ist die bisher anspruchsvollste Mission zu einem Kometen. Das Ziel ist eine Landung auf dem Kometenkern und Messungen vor Ort durchzuführen, während der Komet sich um die Sonne bewegt. Bis es aber soweit sein wird, hat das Vorhaben schon eine lange Geschichte hinter sich. Im November 1993 nahm die europäische Raumfahrtagentur ESA die Rosetta-Mission in ihr wissenschaftliches Programm „Horizons 2000“ auf. Der Name der Mission nimmt Bezug auf den 1799 in Ägypten gefundenen Stein von Rosetta, auf dem in drei Schriften – Hieroglyphen, Demotisch und Altgriechisch - ein Priesterdekret eingemeißelt ist. Dadurch konnten die geheimnisvollen Hieroglyphen entziffert werden. Das war der Schlüssel zum Verstehen der alten ägyptischen Kultur. Die Rosetta-Mission soll die Geheimnisse der Entstehung des Sonnensystems vor rund 5 Milliarden Jahren lüften.

Das Programm sah ursprünglich einen Flug zum Kometen 46P/Wirtanen vor, einem kurzperiodischen Schweifstern, der die Sonne alle 5,4 Jahre umrundet. Geplant wurde eine Sonde, die aus zwei Teilen besteht, einem Orbiter, der den Kometenkern umrunden wird, und einer Landeeinheit , die auf dem Kometenkern abgesetzt werden soll.

Doch konnte der ursprüngliche Zeitplan nicht eingehalten werden. Der vorgesehene Start im Januar 2003 musste verschoben werden, weil im Dezember 2002 eine Ariane-Rakete, die für den Start vorgesehen war,  versagte. Schließlich startete die drei Tonnen schwere Rosetta-Sonde am 2. März 2004 mit einer Ariane-5 vom Weltraumbahnhof Kourou in Französisch Guayana zu ihrem neuen Ziel, dem periodischen Kometen 67P/Tschurjumow-Gerasimenko.

Für einen Umlauf um die Sonne benötigt der Zielkomet 6 Jahre und 203 Tage. Dabei nähert er sich im Perihel unserem Zentralstern bis auf 1,3-fache Erdentfernung. Im sonnenfernsten Punkt, dem Aphel, ist er fast sechs mal weiter von ihm entfernt als die Erde, 5,7 AE. Das nächste Perihel durchläuft Tschurjumow-Gerasimenko im August 2015.

Auf verschlungenen Pfaden zum Ziel

Obwohl die Ariane-5 zu den stärksten jemals gebauten Raketen gehört und die Sonde auf eine Geschwindigkeit von 40 000 Kilometern pro Stunde beschleunigte, war es trotzdem Rosetta nicht möglich, ihr Ziel auf direktem Weg zu erreichen. Den fehlenden Schwung holte sie sich durch insgesamt vier sogenannte Swing-by-Manöver. Dabei wird die Anziehungskraft der Planeten ausgenutzt, ein Raumfahrzeug auf eine höhere Geschwindigkeit zu beschleunigen. So flog Rosetta am 4. März 2005 in einem Abstand von 1900 über der Erdoberfläche an unserem Planeten vorbei und wurde nun in Richtung des Planeten Mars geschleudert. Um am Ende auf den richtigen Kurs gebracht zu werden, musste ein Trick angewendet werden. Anstatt die Sonde weiter zu beschleunigen, wurde der Vorbeiflug am 25. Februar 2007 über dem roten Planeten so gewählt, dass die Geschwindigkeit Rosettas um etwas mehr als 2 Kilometer verringert wurde. Das brachte die Sonde wieder zu zwei Vorbeiflügen an der Erde zurück, 2007 und 2009. Erst jetzt war die Sonde auf dem direkten Weg zum Kometen Tschurjumow-Gerasimenko.

Bis zum Erreichen ihres Ziels lagen noch 5 Jahre Flug vor Rosetta. Der Weg führte durch den Asteroidengürtel, der sich zwischen Mars und dem Riesenplaneten Jupiter befindet. Die Himmelskörper, die dort um die Sonne kreisen gelten ebenfalls als Bauschutt aus der Anfangszeit des Sonnensystem, der sich nicht zu einem Planeten zusammenballen konnte. Damit bot sich für Rosetta die Gelegenheit zwei Kleinplaneten in dem Gürtel genauer zu untersuchen. Im Jahr 2008, am 5. September, passierte sie den Asteroiden Šteins und 2010 Lutetia.

Danach wurde die Sonde für 31 Monate in einen „Winterschlaf“ versetzt, um Energie zu sparen. Sie war inzwischen so weit von der Sonnen entfernt, dass die Solarzellen nicht mehr genügend Energie lieferten, um alle Geräte damit zu versorgen. Bis auf den Bordcomputer und Heizungen für wissenschaftliche Experimente, wurde alles abgeschaltet. Am 20. Januar 2014 meldete sich Rosetta planmäßig wieder bei der Bodenkontrolle im ESA-Kontrollzentrum in Darmstadt gesund zurück.

Nach einer Reise von 6 Milliarden Kilometern errreichte Rosetta am 6. August 2014 am Kometen Tschurjumow-Gerasimenko und trat nach mehreren Kurskorrekturen in eine Umlaufbahn um den Kometen ein. An Bord befindet sich das Landgerät Philae, dass im November auf der Oberfläche des Kometen aufsetzen soll.

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