KOMETEN  
   
 
  1. Die Entstehung des Planetensystems
  2. Aufbau eines Kometen
  3. Umlaufzeiten und Bahnen
  4. Kometen und Meteorströme
  5. Einige Kometen der jüngsten Zeit
  6. Die Landung einer Sonde
 
   
Kometen sind Kleinkörper, die aus der Zeit der Entstehung des Planetensystems übrig geblieben sind weil sie nicht zur Bildung eines Planeten verwendet wurden.
Kurperiodische Kometen umkreisen die Sonne auf elliptischen Bahnen. Ihr Ursprungsort ist der Kuipergürtel zwischen Neptun und Pluto. Sie haben Umlaufzeiten von unter 200 Jahren.
Langperiodische Kometen stammen aus der Oort´schen Wolke, die etwa in 50 000 AE Entfernung von der Sonne eine Kugelschale bildet. Durch Störung von vorbeiziehenden Sternen werden Kleinkörper auf eine stark elliptische Umlaufbahn abgelenkt. Ihre Periode liegt über 200 Jahre.
Kometen mit einer parabolischen Bahn bewegten sich wahrscheinlich einmal auf elliptischen Bahnen, durch die Einwirkung eines Planeten wurden die Bahnen parabolisch oder gar hyperbolisch. In beiden Fällen verlassen die Kometen unser Sonnensystem für immer.
 
 

1.

Die Entstehung des Planetensystems

    In einem Gasnebel bilden sich viele Kondensationskerne, aus denen Sterne entstehen. Darunter hat sich im Zentrum der Wolke auch die Sonne verdichtet.
Nach der Zündung der Kernreaktion in der Sonne wurden leichte Elemente vom einsetzenden Sonnenwind in die äußeren Regionen der Wolke getrieben. Durch die Verdichtung (und damit Verkleinerung) der Wolke begann ihre Drehung (wie der Schlittschuhläufer, der sich schneller dreht, wenn er die Arme anzieht.) Dadurch plattete die Wolke zu einer Scheibe ab und die Ebene des Planetensystems entstand.
In dieser Akkretiosscheibe stoßen nun winzig kleine Partikel zusammen und verschmelzen zu immer größeren Objekten bis schließlich Körper von einigen hundert Metern Durchmesser entstehen. Solche Vorstadien eines Planeten nennt man Planetisimale. Diese wurden durch Kollisionen und Wiederverschmelzen immer größer und konnten später selbst durch ihre Masse mehr und mehr Partikel und kleinere Körper anziehen, so dass sie immer weiter wuchsen und schließlich zu "richtigen" Planeten wurden.
Im inneren Sonnensystem, wo sich hauptsächlich schwere Elemente angereichert haben, entstanden 4 Steinplaneten. Der fünfte konnte sich nicht zusammenklumpen, weil die starke Gravitation des nächsten Planeten die einzelnen Klumpen zwischen Mars und Jupiter immer wieder durchrührte.
Im äußeren Sonnensystem bildeten sich dagegen 4 Gasriesen, denn dorthin sind die leichten Elemente geweht worden.
Die Kometen sind Überreste aus der Zeit der Planetenbildung. Im  Gegensatz zu den Gesteinskörpern zwischen Mars und Jupiter (Asterioiden), sind sie im äußeren Sonnensystem entstanden. Diese Kleinkörper wurden von den Gasriesen nicht eingesammelt und bilden die Oort´schen Wolke.
 
    Wenn sie in den Bereich der inneren Planeten vordringen (also innerhalb der Jupiterbahn), werden durch die Erhitzung durch die Sonne,  große Mengen von Gas und Staub vom Kometenkern freigesetzt. Dabei erscheint ein Komet meist als verwaschenes, nebelartig leuchtendes Objekt, häufig mit langem, leuchtendem Schweif.  
 

2.

Aufbau

    Bei einem Kometen unterscheidet man den Kern, die Koma und den Schweif. Kern und Koma bilden zusammen den Kopf.  
 

2.1

Kern

 
   
Der Kern ist der am wenigsten auffällige Teil, er leuchtet im reflektieren Sonnenlicht. Er besteht aus einem lockeren Konglomerat verschiedener Eissorten. Vor allem Wassereis sowie gefrorenes Ammoniak, Methan und geringe Mengen anderen Verbindungen.
Ebenso enthalten sind feste, staubförmige Bestandteile. Diese haben Durchmesser von etwa 0,1 bis 5 Mikrometer, doch kommen auch Körper bis zu einem Meter vor. Der Anteil der festen Bestandteile an der Kernmasse beträgt vermutlich die Hälfte der Gesamtmasse. Dieses Konzept der Kometenkerne wird auch als „schmutziger Schneeball“ bezeichnete.
Die Kometenkerne sind unregelmäßig geformte Körper mit einem Durchmesser von etwa 0,5 bis 10 km. Im Kern ist die Hauptmasse eines Kometen vereinigt, sie liegt bei der Mehrzahl der Kometen in der Größenordnung von etwa 1011 bis 1014 Kilogramm.
Hier als Beispiel Komet Holmes.
 
 

2.2

Koma

 
    Bei der Annäherung eines Kometen an die Sonne auf weniger als etwa 4 bis 5 Astronomische Einheiten (AE)  erwärmt sich die Kernoberfläche derart, dass die leicht flüchtigen Substanzen sublimieren (von fest nach gasförmig) und beim Abströmen die festen Staubteilchen mitreißen: Es bildet sich eine sich ständig erneuernde, als Koma erscheinende Gasatmosphäre um den Kern.  
 

2.3

Schweif

 
   

Ein sichtbarer Schweif bildet sich nur bei Kometen, die der Sonne auf weniger als etwa 1,5 bis 2 AE nahe kommen.
Man unterscheidet Gasschweif (blau) und Staubschweif (gelb).

Der Gasschweif ist lang und schmal. Er besteht aus ionisierten Atomen und Molekülen, die von den geladenen Teilchen des Sonnenwinds aus der Koma mitgerissen und stark beschleunigt werden. Der Gasschweif weist daher fast genau von der Sonne weg. Er kann zur Zeit seiner größten Ausbildung 1 bis 10 Millionen Kilometer erreichen.

Die Staubpartikel in der Koma werden durch den Sonnenwind kaum beeinflusst. Hingegen sind sie so leicht, dass der Lichtdruck des Sonnenlichtes ausreicht, sie aus der Kometenbahn von der Sonne weg zu schieben. Je grösser ein solches Staubteilchen ist, desto weniger kann es vom Druck des Sonnenlichts erfasst werden und desto mehr folgt es der Kometenbahn. Der Staubschweif  erscheint deshalb weit aufgefächert, leicht gekrümmt (durch die Bewegung auf der Bahn) und zeigt nur näherungsweise von der Sonne weg. Da die Staubpartikel das Sonnenlicht reflektieren, erscheint der Staubschweif weisslich bis leicht gelblich.
Staubschweife sind seltener als Gasschweife, beide Typen können gemeinsam, aber auch allein auftreten.

Kometenschweif am Beispiel von Komet Hale-Bopp.
 
    Durch das Ablösen von Material, verliert der Komet  ca 1 % seiner jeweiligen Masse bei jedem Umlauf.  
 

3.

Umlaufzeiten und – Bahnen

   
Die Planeten bewegen sich nahezu auf Kreisbahnen.
 
 

3.1

Elliptische Bahn :

 
    Sie umkreisen die Sonne auf einer mehr oder weniger „gestreckten“ Bahn. Es sind periodische Kometen, die man in kurzperiodische Kometen mit Umlaufzeiten um die Sonne kürzer 200 Jahre und langperiodische Kometen mit Umlaufzeiten größer als 200 Jahre unterteilt.  
 

3.1.1

Kurperiodische Kometen

Kurzperiodische Kometen stammen vermutlich nicht aus der Oort´schen Wolke sondern auch aus dem Kuiper-Gürtel zwischen Neptun und Pluto.
Sie besitzen Umlaufzeiten von unter 200 Jahren. Die Bahnen der kurzperiodischen Kometen haben im Allgemeinen eine geringe Neigung gegen die Eklyptik als die langperiodischen Kometen und sind zu 90% rechtläufig. Die geringe Neigung der Bahn spricht für einen Ursprung im Kuipergürtel.

 
 

3.1.2

Langperiodischen Kometen.

Aus der Zahl der beobachteten langperiodische Kometen schließt man auf eine Gesamtmasse von A bis BKometen, die die Sonne in einer riesigen Wolke (Oort´sche Wolke) umgeben. Sie umgibt das Sonnensystem in einer Entfernung
von schätzungsweise einem Lichtjahr. Diese Wolke ist also praktisch das „Nachschublager“ für Kometen. Allerdings gibt es keinen direkten Nachweis für ihre Existenz, sie ist eine theoretische Annahme aufgrund von Kometenbahn-Berechnungen. Oort stellte fest, dass

 
   
  1. es wurde kein Komet mit einem Orbit beobachtet wurde, das darauf schließen läßt, daß er aus dem interstellaren Raum kommen würde,
  2. es liegt eine starke Tendenz der Sonnen ferne Punkt (Aphel)  von Kometen mit langen Perioden, in einer Distanz von ungefähr 50.000 AE zu liegen (Entfernung der Wolke) , und
  3. es gibt keine Hauptrichtung, aus der Kometen herrühren (Kugelschale).

Gelegentlich erfährt so ein Kleinkörper in der Oort´schen Wolke eine Störung durch einen der großen Planeten und fällt dann auf eine elliptische Umlaufbahn um die Sonne.

 
 

3.2

Parabolische und hyperbolische Bahnen

 
   
Die Kometen, die sich auf einer parabolischen Bahn bewegen, hatten vermutlich einmal eine elliptische Umlaufbahn, ihre Bahnen wurden aber von einem Planeten verändert. Jetzt verlassen sie unser Sonnensystem für immer. Man bezeichnet sie auch als unperiodisch.  
Kometenbahnen werden nicht alleine durch gravitative Kräfte (von Planeten), sondern auch durch Rückstoßkräfte verändert: Strömt Gas vom Kometenkopf oder wird gar ein Stück abgesprengt, so entsteht ein Rückstoßeffek, der zu einer Zu- oder Abnahme der Bahngeschwindigkeit und damit Umlaufperiode führt.  
 
 

4.

Kometen und Meteorströme

    Da ein Komet jedes Mal in Sonnennähe Materie durch Verdampfen verliert, wird er bei jedem Umlauf kleiner und kann schließlich nicht mehr beobachtet werden.
Unter 3.Schweif ist beschrieben, dass sich die Brocken des Staubschweifs auf der Kometenbahn verteilt. Vorallem entlang der Bahn, aber auch nach oben und unten, zur Sonne hin und von ihr weg. Die Wolke wird „verschmiert“.  
Schneidet die Erde auf ihrer Bahn um die Sonne die Bahn eines solchen aufgelösten Kometen (oder die „Hinterlassenschaften“ noch existierender Kometen), so werden häufig starke Meteorschauer beobachtet. Diese treten, wegen der verschmierten Wolke, über einen Zeitraum von mehreren Tagen auf.
 
    Einige periodische Meteorströme:
Name, Radiant (scheinbarer Ursprungsort), Zeitraum des Auftretens, verursachender Komet
 
   
  Quadrantieden, Quadrant, 1.Jan - 5.Jan, 3.Jan, C/1490 Y1 (kurperiodisch, inzwischen erloschen)
Lyriden, Leier, 16.Apr - 25.Apr, 22.Apr, C/1861 I Thatcher (Umlaufdauer 416 Jahre)
Aquarieden, Wassermann, 19.Apr - 28.Mai, 5.Mai, Halley´scher Komet
Perseiden, Perseus, 17.Jul - 24.Aug, 12.Aug, 109P/Swift-Tuttle (133 Jahre Umlaufdauer)
Orioniden, Orion, 2.Okt - 7.Nov, 21.Okt, Halley´scher Komet
Leoniden, Löwe, 10.Nov - 22.Nov, 55P/Tempel-Tuttle (1865 entdeckt, 33 Jahre Umlaufdauer)
Geminiden, Zwillinge, 7.Dez - 17.Dez, 14.Dez, Asterioid 3200 Phaethon
Ursiden, Großr Bär, 17.Dez - 26.Dez, 22.Dez, 8P/Tuttle (13,6 Jahre Umlaufdauer)
 
 

5.

Kometen der jüngsten Zeit

 
 

6.

Die Landung einer Sonde

 

6.1

Der Weg der Sonde Rosetta zu Komet 67/P Tschurjumow- Gerassimenko

 
     
    Die Schwierigkeit die Sonde Rosetta zu Punkt 9 (Kometenbahn) zu bringen: Keine existierende Trägerrakete vermag eine so schwere Nutzlast direkt auf die Bahn eines Kometen zu bringen. Dazu liegen Erde und Kometen im Gravitationspotential der Sonne zu weit auseinander. Vielmehr brachte die Ariane-Oberstufe Rosetta lediglich auf eine erdnahe Bahn um die Sonne, also im Wesentlichen aus dem Gravitationspotential der Erde heraus. Dies ist in der Graphik unten mit 1 markiert.  
Die restliche Energie gewann die Sonde aus sogenannten Swing-by Manövern. (bei einem nahen Flug vorbei an einem Planeten wird dessen Bewegungsenergie „angezapft“). Rosetta nutze die Energie der Planeten Erde, Mars dann folgen noch zwei weitere Swing-by Manöver bei der Erde.
 
     
   
  Bah von Rosetta (schwarz), Erde (grün), Mars (rot), Jupiter (braun) und 67P/Tschurjumow-Gerassimenko (blau)
1 — März 2004: Start der Raumsonde
2 — März 2005: erstes Swing-By-Manöver an der Erde
3 — Februar 2007: Swing-By-Manöver am Mars
4 — November 2007: zweites Swing-By-Manöver an der Erde
5 — September 2008: Vorbeiflug am Asteroiden Šteins
6 — November 2009: drittes Swing-By-Manöver an der Erde
7 — Juli 2010: Vorbeiflug am Asteroiden Lutetia
8 — Juli 2011: Versetzen der Raumsonde in den Schlafmodus
9 — Januar 2014: Erwachen der Raumsonde
10 — August 2014: Einschwenken in den Kometenorbit
11 — November 2014: Landung der Rosetta-Landeeinheit Philae auf dem Kometen
12 — Dezember 2015: Ende der Mission
 
 

6.2

Landung der Tochter-Sonde Philae

 
    Diese extrem anspruchsvolle Aufgabe bestand darin, die im Gravitationsfeld des Kometen nur 2 Gramm wiegende Sonde zu landen und zu fixieren.  
Dazu waren Harpunen vorgesehen, die nach dem Aufsetzen die Sonde auf dem Kometen verankern sollten. Jedoch versagten die Harpunen und die Sonde prallte ab und machte  zwei Sprünge von jeweils mehr als 600 m bis sie in auf der Schattenseite liegend zum Halten kam.
Beim Landeanflug und den anschließenden Hüpfern konnten Bilder von der Oberfläche des Kometenkerns gemacht werden. Aufnahmen des geplanten Landeorts, die mit der optischen Kamera ROLIS entstanden, zeigen ein ziemlich ebenes, leicht welliges Gelände. Es ist mit vielen Brocken übersät, deren Größe von weniger als zehn Zentimetern bis zu mehreren Metern reicht; der größte ist etwa fünf Meter groß.
 
     
    Messungen am endgültigen Landeplatz ergaben: Der Komet ist so schwarz wie Kohle. Dies ist jedoch nichts Neues, denn auch andere Kometenkerne sind derart dunkel. Als Ursache hierfür kommt das Auftreten von kohlenstoffreichen organischen Verbindungen auf der Oberfläche in Frage.
Das Verhältnis der Staub- zu Eisvolumina ist etwa 0,4 bis 2,6. Das bedeutet, dass etwa die Hälfte des Kometenvolumens aus Staub oder mineralischen Bestandteilen besteht.
 
    Philae ist mit einem Messgerät (MUPUS) ausgestattet, das sich an einem Arm befindet, um Abstand von der Sonde zu haben. Die Sensoren zur Untersuchung der Oberfläche und oberflächennahen Bodenschicht konnten so den Boden oder eine nahe Wand des Kometen erreichen. Sie schlagen einen Stift in den Boden und erhöhen selbstständig die Stärke der Schläge, wenn der Stift nicht in den Boden eindringt. Selbst die größte Schlagstärke reichte jedoch nicht aus, um ihn in den Boden zu treiben. Aus den Hammerschlägen ließ sich die Härte des Bodens ableiten, die mit Laborwerten für gesintertes Eis übereinstimmt.  
Dieses Messgerät hat auch die Temperatur der Umgebung von Philae gemessen. In der Nacht maß es etwa –180 Grad Celsius und am Tag –140 Grad Celsius. Bei der Landung im November 2014, als diese Messung erfolgte, befand sich der Komet in einer Entfernung von drei Astronomischen Einheiten (AE) von unserem Zentralgestirn, also dem dreifachen Abstand Erde – Sonne.
 
    Durch die abnehmende Entfernung des Kometen zur Sonne, stieg die Temperatur und die Lichtverhältnisse für die Solarzellen der Sonde verbesserten sich. Philae konnte sich wieder aktivieren.
Am 9. Juli 2015 wurde Philae per Funk instruiert, mit einfachen Messungen zu beginnen. Am 13. August 2015 durchlief der Komet 67P den sonnennächsten Punkt seiner Bahn, das Perihel in einer Distanz von 1,24 A E.
 
   

Ergebnisse:

Das Massenspektrometer von Philae konnte das Verhältnis der Isotope Wasserstoff zu Deuterium bestimmen. Es zeigte sich, dass dieses sehr viel höher ist als im irdischen Wasser und auch viel höher als in allen bislang untersuchten Kometen. Mit einer Zusammensetzung wie 67P können Kometen somit nur in sehr begrenztem Umfang zum irdischen Wasservorrat beigetragen haben.

Aus
Sterne und Weltraum 2015 /1 S28 und
Sterne und Weltraum 2015 /10 S24

 
       
    letztes Update 5.5.2016