Fossil aus den Tiefen des Sonnensystems

Während Hobbyastronomen mit Spannung auf die Sonnenpassage des Kometen ISON warten, enthüllen Forscher bereits erste Eigenschaften des Fremdlings

ISON nähert sich der Sonne. Eine internationale Beobachtungskampagne, die sowohl auf erdgebundene Teleskope, als auch auf Raumsonden und Weltraumteleskope setzt, ist längst angelaufen und liefert bereits erste Erkenntnisse. So ist der Komet nun im Gesichtsfeld der Zwillingssonden STEREO angekommen, die unser Zentralgestirn und seinen Einfluss auf das Weltraumwetter vom All aus überwachen. Eingebunden in die wissenschaftlichen Aktivitäten ist auch das Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung in Katlenburg-Lindau.

Text: Birgit Krummheuer

ISON im Anflug: Diese Aufnahme entstand am 16. Oktober an einem Teleskop des Turkish National Observatory in der Nähe von Antalya.

Nachdem Komet ISON vor wenigen Wochen den Mars passiert hat, tritt er nun die letzte Etappe seiner Reise zur Sonne an: Am 28. November wird der Schweifstern in einem Abstand von nur gut einer Million Kilometer an der Sonne vorbeirasen. In den Tagen nach dieser Passage könnte sich ISON zu einer spektakulären Erscheinung am Nachthimmel entwickeln, die leicht mit bloßem Auge zu erkennen ist.

„ISON vereint zwei Eigenschaften, die ihn zu einem Glücksfall für die Wissenschaft machen“, sagt Kometenforscher Hermann Böhnhardt, der die ISON-Aktivitäten am Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung leitet. Zum einen wird ISON der Sonne sehr nahe kommen. Bei Oberflächentemperaturen von bis zu 2000 Grad Kelvin könnten Metalle und andere Stoffe verdampfen, die in den meisten anderen Fällen im Kometenmaterial gebunden bleiben. Dort sind sie für Untersuchungen mit Teleskopen unzugänglich – und somit bis heute weitgehend unbekannt.

Zum anderen strahlte ISON bereits bei seiner Entdeckung vor einem Jahr erstaunlich hell. Zwar haben die Beobachtungen der vergangenen Monate die Erwartungen ein wenig gedämpft: Die Helligkeit des Kometen hat nicht so stark zugenommen wie gedacht. Doch selbst nach jüngsten Prognosen dürfte der Komet ein ungewöhnlich gut sichtbares und dankbares Beobachtungsobjekt bleiben.

Simulierter Komet: Im Computer können Forscher die Gestalt des Staubschweifs berechnen. Die Abbildung zeigt die Simulation vom 16. Oktober 2013.

Vieles spricht zudem dafür, dass der Komet, der sich schon jetzt deutlich auf den Aufnahmen erd- und weltraumgebundener Teleskope zeigt, möglicherweise zum ersten Mal ins innere Sonnensystem vordringt. Seine Bahn ist so lang gestreckt, dass er offenbar die meiste Zeit seit seiner Entstehung vor Milliarden von Jahren in der Tiefe und Kälte des Alls verborgen war. Auch das ist ein Glücksfall. „Solche sogenannten nicht-periodischen Kometen enthalten unverfälschte Informationen aus der Entstehungszeit unseres Sonnensystems“, sagt Böhnhardt.

Mehr noch als Körper wie etwa der Halleysche Komet, deren deutlich kleinere, elliptische Bahnen sie regelmäßig in Sonnennähe führen, ist ISON ein Fossil aus der Geburtsstunde des Planetensystems. Während sich die inneren Planeten nach und nach zum Teil unter dem Einfluss der Sonne veränderten und zu festen, gas- und wasserarmen Körpern entwickelten, blieben am Rande des Sonnensystems die ursprünglichen Zustände im Kometeneis konserviert.

Jüngste Beobachtungen deuten auf eine weitere Besonderheit des Debütanten hin: Seine Drehachse zeigt offenbar in Richtung Sonne. In dieser Konstellation ist eine Seite des Kometen während seiner Anreise zum Tagesgestirn dauerhaft dem heißen, brodelnden Ziel abgewandt. Erst wenn sich ISONs Flugbahn Ende November stärker zu krümmen beginnt, wird auch dieses Material erhitzt.

Sonnenkratzer: So könnte es aussehen, wenn ISON am Tagesgestirn vorbeischrammt. Dieses Bild des Kometen Bradfield aus dem Jahr 2004 stammt von dem Instrument Lasco an Bord des Satelliten SOHO, der seit 1996 mehr als 2000 Kometen entdeckt hat.

In der ursprünglichen Kometensubstanz erhoffen sich die Max-Planck-Forscher auch Hinweise auf ISONs organische Zusammensetzung. Organische Verbindungen wie etwa Methanol, Ammoniak und Formaldehyd gehören zu den Hauptbestandteilen der mineralischen und organischen Kometenmasse. Viele Wissenschaftler vermuten deshalb, dass Kometeneinschläge mit diesen Molekülen auch die Grundbausteine des Lebens zur Erde brachten.

Nähert sich der Komet der Sonne, verdampfen die leicht flüchtigen organischen Stoffe oder werden mit den Staubteilchen ins All gerissen. Ein genauer Blick auf die Koma – die Atmosphäre des Kometen – erlaubt somit Rückschlüsse auf sein organisches Innenleben. Einen solchen Blick wollen die Max-Planck-Forscher im Januar mit Teleskopen auf dem Berg Mauna Kea (Hawaii) auf ISON werfen. „Organische Moleküle hinterlassen in dem Licht, das die Kometenkoma ins All reflektiert, charakteristische Fingerabdrücke“, erklärt Böhnhardt. Zerlegt man das Licht in seine spektralen Bestandteile, lassen sie sich aufspüren.

Der Wissenschaftler interessiert sich besonders für das Mischungsverhältnis der Moleküle: „Es ist anzunehmen, dass dieses vom Entstehungsort des Kometen abhängt.“ Gelänge die molekulare Bestandsaufnahme für mehrere Kometen unterschiedlichster Herkunft, ließe sich somit rekonstruieren, wie diese Stoffe im frühen Sonnensystem verteilt waren.

Den Eigenschaften und der Entwicklung des Staubschweifs von ISON hat sich das Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung schon jetzt zugewandt. Erste Aufnahmen, die Nilda Oklay in den vergangenen Tagen am Turkish National Observatory in der Nähe von Antalya gelangen, zeigen eine ausgesprochen homogene Hülle aus Gas und Staub, hinter der sich der Kometenkern verbirgt.

„Kommt es zu plötzlichen Ausbrüchen von Gas und Teilchen an der Kometenoberfläche oder sind nur kleine Bereiche dauerhaft aktiv, können wir das in unseren Auswertungen der Bilder in der Regel sichtbar machen“, erklärt Max-Planck-Forscher Jean-Baptiste Vincent. In seinen Rechnungen reduziert er die Helligkeit der Koma an jeder Stelle gleichermaßen um einen gemittelten Wert. Auf diese Weise treten dann Strukturen zum Vorschein, die Rückschlüsse zulassen, wann und wo der Komet Staub emittiert.

Doch bei ISON förderten diese Rechnungen bisher keinerlei Strukturen zutage. „Lediglich auf der der Sonne zugewandten Seite zeigt sich eine stärkere Aktivität als auf der Schattenseite“, bilanziert Vincent. Eine Erklärung könnte sein, dass Gas und Staub gleichmäßig von der gesamten Oberfläche verdampfen. Da der Komet vielleicht noch nie dem Einfluss der Sonne ausgesetzt war, könnte das Eis den Körper noch in einer ursprünglichen, geschlossenen Decke umhüllen. Bei Kometen hingegen, die regelmäßig das innere Sonnensystem besuchen, zeigt sich ein anderes Bild: Meist sind nur einige Prozent der Oberfläche aktive Staubproduzenten.

Auch Informationen über Größe und Geschwindigkeit der Staubteilchen können die Forscher ihren Bildern entlocken – wenn auch indirekt. „Am Computer berechnen wir, wie der Staubschweif des Kometen zu verschiedenen Zeitpunkten aussehen müsste. Dabei variieren wir bestimmte Parameter wie etwa die Größe der emittierten Staubteilchen und ihre Geschwindigkeit so lange, bis das berechnete Bild dem aufgenommenen gleicht“, erklärt Jean-Baptiste Vincent. Mit diesen Daten können die Wissenschaftler dann einen Blick in die Zukunft wagen und berechnen, wie der Staubschweif in einigen Wochen aussehen müsste.

Für die Tage direkt nach der Sonnenpassage erwarten die Wissenschaftler einen breit aufgefächerten Schweif, der gut sichtbar sein müsste. „Voraussetzung ist allerdings, dass ISON den Vorbeiflug überlebt“, gibt Hermann Böhnhardt zu bedenken. Denn der Körper könnte unter dem Einfluss der Hitze und der Schwerkraft unseres Sterns zerbrechen. Für viele Hobbyastronomen, die den zunächst als „Jahrhundertkometen“ gefeierten Besucher seit Monaten gespannt erwarten, wäre das zwar eine Enttäuschung, aus Sicht vieler Forscher jedoch bei Weitem nicht die schlechteste Variante. Im Gegenteil.

Besonders den Sonnensonden STEREO und SOHO, die in den Stunden und Tagen vor und nach der Passage einen besonders guten Blick auf die Geschehnisse genießen werden, würde ISON noch tiefere Einblicke in sein Inneres erlauben – und so zu einem weiteren Glücksfall für die Kometenforschung werden.

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