Das Rezept für einen Kometen

Forscher analysieren, aus welchen chemischen Elementen 67P/Churyumov-Gerasimenko besteht

Der Staub, den der Komet 67P/Churyumov-Gerasimenko ins All spuckt, besteht etwa zur Hälfte aus organischen Molekülen. Zudem gehört das Material zu dem ursprünglichsten und kohlenstoffreichsten, das in unserem Sonnensystem bekannt ist; es hat sich seit seiner Entstehung kaum verändert. Zu diesen Ergebnissen kommt das Team von COSIMA – ein Instrument der Raumsonde Rosetta, die den Kometen untersucht hat. In ihrer aktuellen Studie analysieren die beteiligten Forscher, zu denen auch Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung zählen, so umfassend wie nie zuvor, aus welchen chemischen Elementen sich Kometenstaub zusammensetzt.

Wenn sich ein Komet auf seiner stark elliptischen Umlaufbahn der Sonne nähert, wird er aktiv: Gefrorene Gase verdampfen und reißen dabei winzige Staubpartikel mit sich ins All. Diese einzufangen und zu untersuchen, bietet die Möglichkeit, den Baustoffen des Kometen nachzuspüren. Nur wenigen Weltraummissionen ist dies bisher gelungen. Zu ihnen zählt die Rosetta-Mission der europäischen Weltraumagentur ESA.

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Blick auf eine fremde Welt: Wenn der Komet 67P/Churyumov-Gerasimenko sich der Sonne nähert, verdampfen gefrorene Gase unterhalb der Oberfläche und reißen winzige Staubpartikel mit sich (links). Dieses Staubpartikel können mithilfe des COSIMA-Instruments eingefangen und untersucht werden. Als Staubsammler dienen solche wenige Zentimeter große Plättchen. An ihnen bleiben Staubpartikel mit einer Größe von bis zu 100 Mikrometern haften (rechts).
Blick auf eine fremde Welt: Wenn der Komet 67P/Churyumov-Gerasimenko sich der Sonne nähert, verdampfen gefrorene Gase unterhalb der Oberfläche und reißen winzige Staubpartikel mit sich (links). Dieses Staubpartikel können mithilfe des COSIMA-Instruments eingefangen und untersucht werden. Als Staubsammler dienen solche wenige Zentimeter große Plättchen. An ihnen bleiben Staubpartikel mit einer Größe von bis zu 100 Mikrometern haften (rechts).

Anders als ihre Vorgänger konnten die Rosetta-Forscher in der aktuellen Studie erstmals Staubkörnchen verschiedenster Größe über einen Zeitraum von etwa zwei Jahren sammeln und analysieren. Frühere Missionen wie etwa Giotto zum Kometen 1P/Halley oder Stardust, die sogar Kometenstaub von 81P/Wild 2 zurück zur Erde brachte, lieferten im Vergleich nur eine Momentaufnahme. Im Fall der Raumsonde Stardust, die im Jahr 2004 an ihrem Kometen vorbeiraste, hatte sich der Staub beim Einfang zudem stark verändert, sodass eine quantitative Analyse nur eingeschränkt möglich war.

Im Verlauf der Rosetta-Mission sammelte COSIMA mehr als 35.000 Staubpartikel. Die kleinsten von ihnen maßen nur 0,01 Millimeter im Durchmesser, die größten etwa einen Millimeter. Das Instrument erlaubte es, die einzelnen Partikel zunächst mit dem Mikroskop zu betrachten. In einem zweiten Schritt wurden sie mit einem hochenergetischen Strahl aus Indiumionen beschossen.

Die so ausgelösten Sekundärteilchen lassen sich dann im COSIMA-Massenspektrometer wiegen und untersuchen. Für die aktuelle Analyse beschränkten sich die Forscher auf 30 Staubpartikel, deren Eigenschaften sich besonders gut auswerten ließen. Ihre Auswahl umfasst Körnchen aus allen Phasen der Raumsondenmission und alle Größen.

„Unsere Auswertungen zeigen, dass die Zusammensetzung all dieser Partikel sehr ähnlich ist“, beschreibt Max-Planck-Forscher Martin Hilchenbach, Leiter des COSIMA-Teams, die Ergebnisse. Die Experten schließen daraus, dass der Kometenstaub aus denselben Zutaten besteht wie der Komentenkern selbst und somit an seiner statt untersucht werden kann.

Weit oben auf der Zutatenliste stehen laut Studie organische Moleküle. Diese machen etwa 45 Prozent des Gewichts des festen Materials aus. „Der Rosetta-Komet gehört damit zu den kohlenstoffreichsten Körpern, die wir im Sonnensystem kennen“, sagt Oliver Stenzel, Mitglied des COSIMA-Teams. Den anderen Teil des Gewichts, etwa 55 Prozent, liefern mineralische Stoffe, hauptsächlich Silikate. Auffällig ist, dass es sich fast ausschließlich um nicht hydrierte Mineralien handelt – also solche, in denen Wasserverbindungen fehlen.

„Natürlich enthält 67P/Churyumov-Gerasimenko wie jeder andere Komet auch Wasser“, so Hilchenbach. „Aber weil Kometen die meiste Zeit seit ihrer Entstehung am eisigen Rand des Sonnensystems verbracht haben, war dies fast immer gefroren und konnte nicht mit den Mineralien reagieren.“ Die Forscher betrachten das Fehlen hydrierter Mineralien im Kometenstaub somit als Indiz dafür, dass der Körper ausgesprochen ursprüngliches und unverändertes Material enthält.

Dafür spricht ebenfalls das Verhältnis bestimmter Elemente wie etwa Kohlenstoff zu Silizium. Mit mehr als fünf liegt dieser Wert sehr nahe am Wert der Sonne, in der nahezu die ursprüngliche Gewichtung der Elemente aus den Kindertagen des Planetensystems erhalten ist.

Die aktuellen Ergebnisse berühren auch unsere Vorstellungen davon, wie das Leben auf der Erde entstand. In einer früheren Veröffentlichung konnte das COSIMA-Team zeigen, dass der Kohlenstoff von 67P/Churyumov-Gerasimenko hauptsächlich in Form großer, organischer Makromoleküle vorliegt. Zusammen mit der aktuellen Studie wird deutlich, dass diese Verbindungen einen Großteil des Kometenmaterials ausmachen. Sollten Schweifsterne die frühe Erde tatsächlich mit organischem Material versorgt haben – was viele Forscher annehmen –, wäre dieses wahrscheinlich in Form solcher Makromoleküle eingetragen worden.

BK / HOR

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