Schweifstern unter Beschuss

Raumsonden haben Kometenkerne aus der Nähe studiert, Material aufgesammelt und sogar ein Projektil abgefeuert

Sondenmissionen zu Kometen sind in der Geschichte der Raumfahrt rar. Dennoch haben die wenigen unbemannten Späher eine Menge an interessanten Ergebnissen geliefert. Gespannt warten die Wissenschaftler daher auf das enge Rendezvous von Rosetta mit Churyumov-Gerasimenko.

Revolution: Auf dieser Aufnahme von Halley, die am 14. März 1986 beim Vorbeiflug der ESA-Raumsonde Giotto entstand, zeichnet sich ein erdnussförmiger, fester Kern ab.

Nur 14 Sekunden bevor die ESA-Raumsonde Giotto ihren kürzesten Abstand zum Kometen Halley erreichen sollte, wurde sie getroffen: Ein winziges Staubteilchen, das der Komet ins All ausstieß, brachte das Vehikel ins Schlingern; die Kommunikation zur Erde brach für kurze Zeit ab. Wenig später musste die Halley Multicolour Camera, das Kamerasystem an Bord, gar einen „tödlichen“ Treffer einstecken: Für den Rest der Mission blieb das Instrument funktionsunfähig.

Trotz dieses dramatischen Zwischenfalls am 14. März 1986 markiert die ESA-Mission Giotto nicht nur den bis dahin größten Erfolg der europäischen Raumfahrt, sondern auch eine Revolution in der Kometenforschung. Denn Treffer oder nicht: Giotto hatte sich im Vorbeiflug auf knapp 600 Kilometer an den Kometen herangewagt und war in die Koma – die Hülle aus Staub und Gas, die den Kometenkern umgibt – eingetreten.

Die letzten Bilder, welche die unter Leitung des Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung entwickelte Kamera zur Erde funkte, boten eine wissenschaftliche Sensation: Der unregelmäßig geformte Klumpen, der darauf zu erkennen ist, bewies erstmals zweifelsfrei, dass sich unter der Koma eines Kometen ein fester Kern verbirgt. Zuvor hatten Forscher es für ebenso möglich gehalten, dass Kometen aus einer eher lockeren Ansammlung von Staub und kleineren Gesteinsbrocken bestehen.

Bis in die 1980er-Jahre war Kometenforschung ausschließlich an Teleskope auf der Erde gebunden. Zwar ließen sich auf diese Weise Flugbahnen berechnen, die Staub- und Gasproduktion erfassen und sogar die chemische Zusammensetzung der Kometenkoma identifizieren. Doch besonders der Kometenkern blieb unzugänglich, der Blick auf ihn verdeckt durch die alles überstrahlende Koma. Nur eine dramatische Verlagerung des Beobachtungsstandorts konnte Abhilfe schaffen: von der Erde ins Weltall.

Im Jahr 1985 flog die NASA-Sonde ICE durch den Schweif des Kometen Giacobini-Zinner – allerdings in einer Entfernung von fast 8000 Kilometern vom Kern. Erste Pläne für eine Mission, die sich deutlich näher an einen Kometen heranwagen sollte, diskutierten sowohl die amerikanische als auch die europäische Raumfahrtagentur bereits in den 1970er-Jahren.

Kollisionen: Das Bild zeigt die Einschläge einzelner Kometenstaub-Partikel in den Aerogelblöcken der NASA-Mission Stardust. Die Teilchen selbst erscheinen als winzige schwarze Punkte am linken Ende der Spuren.

Das zwingendste Argument, das Abenteuer tatsächlich zu wagen, lieferte ein Komet selbst: Halley, dessen Rückkehr ins innere Sonnensystem 1986 anstand. Da der vielleicht bekannteste Schweifstern sich nur etwa alle 76 Jahre der Sonne nähert, war das eine einmalige Gelegenheit, die man nicht verpassen wollte.

Auf Giottos erfolgreichen Halley-Vorbeiflug folgten weitere Kometenmissionen: Die Raumsonde passierte sechs Jahre später – wenn auch ohne funktionstüchtiges Kamerasystem und somit blind – den Kometen Grigg-Skjellerup, die Deep Space 1 kam 2001 am Kometen Borelly vorbei. Auf ähnlich detaillierte Aufnahmen wie beim Halley-Vorbeiflug mussten Forscher allerdings bis 2004 warten: Am 2. Januar näherte sich die Sonde Stardust der amerikanischen Weltraumagentur NASA dem Kometen Wild 2 auf etwa 240 Kilometer.

Die Bilder des kosmischen Brocken bestätigten eindrucksvoll eines der überraschendsten Ergebnisse der Giotto-Mission: In Sonnennähe verdampfen keineswegs von der gesamten Kometenoberfläche Wasser und andere gefrorene Gase; vielmehr sind nur wenige Prozent der Oberfläche aktiv.

Doch Stardust beschränkte sich nicht aufs Zuschauen. Das ambitionierte Ziel bestand darin, im Vorbeiflug Kometenstaub einzufangen und diesen zurück zur Erde zu bringen. Kritisch bei diesem Manöver ist vor allem der hohe Geschwindigkeitsunterschied zwischen Komet und Sonde. Damit sich die Teilchen, die mit der etwa sechsfachen Geschwindigkeit einer Gewehrkugel auf die Sonde prallen, nicht erhitzen und chemisch verändern, müssen sie sanft abgebremst werden.

Als geeignete Staubfänger erwiesen sich Blöcke aus Aerogel, einem durchsichtigen Silikonschaum, der zu mehr als 99 Prozent aus winzigen Luftbläschen besteht. Etwa zwei Jahre nach dem Wild-2-Vorbeiflug traten die mehr als 150 eingefangenen Staubteilchen an Bord einer Kapsel in die Erdatmosphäre ein und landeten an einem Fallschirm auf einer Militärbasis im abgelegenen amerikanischen Bundesstaat Utah.

Volltreffer: Ein Blick auf den Kometen Tempel 1 einige Sekunden, nachdem ein mehr als 350 Kilogramm schweres Geschoss eingeschlagen ist. Die Mission Deep Impact sollte auf diese Weise den Blick in Innere des Kometen ermöglichen.

Im Labor offenbarte die wertvolle Fracht eine Überraschung: Als Bestandteil des Kometenstaubs entdeckten Forscher kristallines Olivin – eine Mineralform, die sich nur bei hohen Temperaturen von mehr als 1100 Grad Celsius bildet. Der Ur-Materie, aus der sich die Kometen vor mehr als 4,6 Milliarden Jahren in den eisigen Tiefen des Sonnensystems zusammenballten, lässt sich dieser Stoff nicht zurechnen. Hatte es in der Geburtsstunde der Planeten einen Materiestrom von der noch jungen Sonne an den äußeren Rand des Systems gegeben? Der Olivinfund scheint eine solche Theorie zu belegen.

Bereits ein Jahr vor der Ankunft des weit gereisten Kometenstaubs auf der Erde hatte eine weitere Mission für mindestens ebenso viel Wirbel gesorgt: Mit einem mehr als 350 Kilogramm schweren Geschoss sollte die NASA-Sonde Deep Impact am 3. Juli 2005 den Blick ins Innere des Kometen Tempel 1 öffnen.

Mit einer relativen Geschwindigkeit von etwa 37.000 Kilometern pro Stunde schlug das Projektil ein. Doch statt eines Kraters beobachtete die vorbeifliegende Sonde nur eins: eine riesige Wolke aus Staub und Gas, die jede Sicht auf die Kometenoberfläche verstellte. Etwa 3000 bis 4000 Tonnen Kometenstaub setzte der Impakt frei, deutlich mehr als erwartet.

Die gewaltige Staubentwicklung veränderte erneut den Blick auf die Kometen. Forscher vermuten, dass dieses lockere Material aus Schichten direkt unter der Oberfläche von Tempel 1 stammt. Eine eventuelle feste Kruste hat das Projektil einfach durchschlagen. Sind alle Kometen so aufgebaut? Wie stabil sind ihre Krusten? Und was verbirgt sich tief im Innern?

Antworten auf diese Fragen wird erste die aktuelle Kometenmission Rosetta liefern können. Mindestens eineinhalb Jahre soll die Sonde den Kometen Churyumov-Gerasimenko begleiten; im November dieses Jahres soll ihre Landeeinheit Philae – deutlich sanfter als das Projektil von Deep Impact – auf seiner  Oberfläche aufsetzen.

Rosetta eröffnet damit das nächste und bisher umfangreichste Kapitel der Kometenforschung. Ein Kapitel, das wohl viele Überraschungen bereithält.

BK

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