Wir haben einen langen Weg zurückgelegt, seit wir dachten, Kometen seien geisterhafte Erscheinungen am Himmel, die Katastrophen und Krankheiten vorhersagten. Jetzt verstehen wir, dass diese mysteriösen Himmelsobjekte Zeitkapseln zu einer früheren Ära in der Geschichte des Sonnensystems sind.
Sie können uns etwas über die Tage erzählen, als sich die Planeten bildeten. Kometen können auch einige der chemischen Bestandteile offenbaren, die auf der frühen Erde vorhanden gewesen wären und so zur Entstehung des Lebens beigetragen haben könnten.
Es ist daher keine Überraschung, dass die verschiedenen Weltraumagenturen auf der ganzen Welt daran interessiert sind, Kometen mit Raumfahrzeugen zu erforschen. Derzeit befindet sich Comet Interceptor in der Entwicklung, der 2028 starten soll und es uns ermöglichen wird, diese Eiskörper genauer zu untersuchen. Aber es ist keineswegs die erste Mission, die einen Kometen besucht.
1986 starteten Europa, die UdSSR und Japan Missionen, um am Halleyschen Kometen vorbeizufliegen. Von diesen war die Giotto-Mission der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) am dichtesten dran. Es lieferte uns das erste Bild eines eisigen Kometenkerns und zeigte, dass Gas aus Düsen auf der Oberfläche in den Weltraum schoss.
Lesen Sie mehr über Kometen:
- Fünf Dinge, die Sie (wahrscheinlich) nicht über Kometen und Asteroiden wussten
- Wer hat den Halleyschen Kometen wirklich entdeckt?
Die neuere Kometenmission der ESA, Rosetta, traf auf den Kometen 67P/Churyumov-Gerasimenko und folgte ihm zwei Jahre lang zwischen 2014 und 2016. Sie enthüllte beispiellose Informationen darüber, wie sich ein Komet verhält, wenn er sich der Sonne nähert und dann hineingeht wieder Weltraum.
Eines wurde sehr deutlich. „Auf den Oberflächenschichten eines Kometen finden viele evolutionäre Prozesse statt. Die Oberfläche hat sich tatsächlich verändert, als wir mit Rosetta beobachteten“, sagt Dr. Colin Snodgrass, ein Astronom von der University of Edinburgh, der Teil des Rosetta-Teams war.
Sie beobachteten, wie Bereiche abgetragen wurden, während andere von Material begraben wurden, das zurück an die Oberfläche fiel. „Wir wussten schon immer, dass Kometen erodieren, aber das Ausmaß, in dem sie sich jedes Mal veränderten, wenn sie die Sonne passierten, haben wir wirklich von Rosetta gelernt“, sagt Snodgrass.
Eine Mission wie keine andere
Das sind sowohl gute als auch schlechte Nachrichten für Astronomen. Während es bedeutet, dass wir mehr über die Funktionsweise eines Kometen wissen als je zuvor, sagt es uns auch, dass seine Oberflächen keine unberührte Aufzeichnung der ursprünglichen planetaren Bausteine sind. Alle Kometen, die wir bisher besucht haben, werden kurzperiodische Kometen genannt.
Sie sind uralte Objekte, die sich in den äußeren Bereichen des Sonnensystems jenseits der Riesenplaneten gebildet haben und seitdem in engere Umlaufbahnen um die Sonne gefallen sind. Hier wurden sie regelmäßig sonnengestrahlt und verändert, vielleicht bis zur Unkenntlichkeit ihres ursprünglichen Zustands.
Lesen Sie mehr über die Rosetta-Mission:
- Die große Debatte darüber, ob Rosetta Rock 67P auseinanderbricht
- Rosettas Landeeinheit Philae wurde gefunden – deshalb ist sie wichtig
Glücklicherweise gibt es eine andere Klasse namens langperiodische Kometen, die uns helfen zu verstehen, wie die Planeten entstanden sind. Diese befinden sich auf gigantischen Umlaufbahnen. 1997 erschien der Komet Hale-Bopp an unserem Himmel und war 18 Monate lang mit bloßem Auge sichtbar. Basierend auf seiner aktuellen Umlaufbahn war er möglicherweise vor etwa 4.200 Jahren zuletzt in Erdnähe.
Ein Jahr zuvor, 1996, zog der Komet Hyakutake auf einer Umlaufbahn vorbei, die etwa 70.000 Jahre dauern wird. Alle diese Kometen haben Oberflächen, die ihrem ursprünglichen Zustand viel näher kommen müssen.
Es gibt auch gelegentlich einen Kometen, der zum ersten Mal auf die Sonne zurückfällt. Dies sind diejenigen, die wir uns wirklich ansehen müssen, wenn wir die Geheimnisse des frühen Sonnensystems lüften wollen.
Abgesehen davon, dass sie makellos sind, glauben Astronomen, dass sie sich ursprünglich zwischen den Riesenplaneten gebildet haben, was sie viel repräsentativer für die eigentlichen Bausteine macht, aus denen die Planeten ursprünglich bestanden. Gravitationswechselwirkungen mit den neu gebildeten Planeten schleuderten sie dann in weite Entfernungen, wo die intensive Kälte sie bewahrt hat.
Wenn wir einen aus der Nähe sehen könnten, wäre das eine Gelegenheit, eine völlig andere Region des frühen Sonnensystems zu untersuchen. Aber wir wissen nie, wann sie kommen, und Raumschiffe brauchen den größten Teil eines Jahrzehnts, um sie zu entwerfen und zu bauen, und zu dieser Zeit ist der Komet schon wieder verschwunden. Also, wie werden wir jemals einen aus der Nähe sehen?
- Abonnieren zum Science Focus Podcast auf diesen Diensten:Acast, iTunes, Stitcher, RSS, Overcast
Hier kommt Comet Interceptor ins Spiel. Die ESA hat Snodgrass die Finanzierung gegeben, und er und Prof. Geraint Jones vom University College London werden die Mission leiten. Comet Interceptor wird 2028 starten und im Weltraum warten, bis ein Zielkomet gefunden wird.
Die Gestaltung und Planung der Mission wird jedoch einzigartig sein, da kein bestimmter Komet im Sinn ist. „Niemand hat jemals eine Mission entworfen, ohne eine erste Vorstellung davon zu haben, was das Ziel ist. Das ist absolutes Neuland“, sagt Snodgrass.
Eine Weltraummission hat normalerweise ein bestimmtes Ziel, und das ermöglicht es den Ingenieuren, die optimale Flugbahn zu berechnen und wie viel Treibstoff benötigt wird, was ihnen die Größe der Treibstofftanks sagt, was ihnen sagt, wie viel Masse für die Verwendung verfügbar ist wissenschaftliche Instrumente. Mit anderen Worten, das Ziel definiert das Raumfahrzeug.
Die vorgeschlagene Begegnung ermöglicht es dem Designteam auch, den optimalen Ort für die Platzierung der Solarmodule und der Instrumente herauszufinden. Keines dieser Dinge ist für Comet Interceptor bekannt. Das Team weiß nicht, aus welcher Richtung es sich seinem Ziel nähern wird, wie weit der Komet von der Sonne entfernt sein wird oder wie weit von der Erde entfernt sein wird. Sie müssen also eine äußerst flexible Mission entwerfen.
Das Geheimnis der Planetenentstehung
Comet Interceptor wird Bilder der Kometenoberfläche in vergleichbarer Qualität wie Rosetta vom Kometen 67P aufnehmen und die Unterschiede in der Zusammensetzung zwischen den beiden Kometen untersuchen. „Wir erwarten, dass sich die chemische Zusammensetzung solcher Kometen möglicherweise sehr von 67P-ähnlichen Kometen unterscheidet“, sagt Prof. Stephen Lowry, Kometenexperte von der University of Kent.
Dies liegt daran, dass sie näher an der Sonne entstanden sind, was bedeutet, dass die wärmere Umgebung die Anzahl und Art der organischen Moleküle auf ihren Oberflächen beeinflussen würde.
Nicht nur die Chemie könnte anders sein, denn die langperiodischen Kometen könnten auch Aufschluss darüber geben, ob sich die Planeten gewaltsam oder sanft gebildet haben. „Eines der fünf besten Ergebnisse von Rosetta war die Form des Kometen“, sagt Lowry.
Komet 67P war ein hantelförmiges Objekt, das laut Analyse das Ergebnis einer Fusion zwischen zwei unabhängig voneinander entstandenen Kometen war. Es war ein großartiges Ergebnis, weil es zeigte, dass voll ausgebildete Kometen auf sanfte Weise miteinander verschmolzen; ihre Kollisionsgeschwindigkeit muss ungefähr im Schritttempo gewesen sein.
Es wurde jedoch angenommen, dass die Planetenbildung viel heftiger stattfand. Wenn sich das Muster in einem langperiodischen Kometen wiederholt, könnte dies durchaus bedeuten, dass unsere Vorstellungen von der Planetenentstehung insgesamt revidiert werden müssen.
Die Suche nach dem Ziel der Mission beginnt im Jahr 2022, wenn ein mutiges neues Teleskopprojekt seinen Betrieb aufnimmt. Das Large Synoptic Survey Telescope (LSST) befindet sich derzeit in Chile im Bau. Mit seinem acht Meter breiten Spiegel wird LSST in der Lage sein, alle paar Nächte den gesamten Himmel zu scannen.
Es wird erwartet, dass Hunderttausende mehr Kometen und Asteroiden im Sonnensystem entdeckt werden, als derzeit bekannt sind. Es könnte sogar ein Ziel vor dem geplanten Start von Comet Interceptor im Jahr 2028 finden.
„Wir erwarten eigentlich nicht, dass es eine so große Auswahl an Zielen gibt. Innerhalb des Zeitraums, in dem die Mission betrieben werden muss, wird es wahrscheinlich nur eine Handvoll geben, zu der wir gehen können“, sagt Snodgrass.
Lesen Sie mehr über die Erforschung unseres Sonnensystems:
- Nachrichten vom Rand des Sonnensystems:Was New Horizons immer noch über Pluto und darüber hinaus verrät
- Planet Neun:Wie wir den fehlenden Planeten des Sonnensystems finden
- Farout:„Wir haben das entfernteste Objekt entdeckt, das jemals in unserem Sonnensystem beobachtet wurde“
Aus dieser Handvoll besteht auch die Möglichkeit, dass sie etwas wirklich Seltenes finden:einen Kometen aus einem völlig anderen Sonnensystem. Astronomen haben zwei solcher interstellaren Objekte identifiziert, beginnend mit ‘Oumuamua im Jahr 2017 und Borisov im Jahr 2018.
Beide Objekte folgten Bahnen, die darauf hindeuten, dass sie nicht an die Schwerkraft der Sonne gebunden sind und einfach das Sonnensystem passieren müssen, wobei sie unterwegs von der Schwerkraft der Sonne abgelenkt werden.
Obwohl es fast unmöglich wäre zu sagen, um welchen Stern sie entstanden sind, wäre die Betrachtung eines Kometen aus der Nähe eine faszinierende Methode, um festzustellen, ob die Entstehungsprozesse um andere Sterne denen in unserem Sonnensystem ähnlich sind.
„Es wäre interessant, tatsächlich etwas zu sehen, das von einem anderen System stammt, und zu sehen, wie anders es aussieht oder wie ähnlich es aussieht“, sagt Snodgrass Wissenschaftsteam zu sagen:"Lass uns das machen". Es wäre eine solche Gelegenheit, dass man sie nicht wirklich ablehnen könnte.“
Interstellare Besucher
Im Jahr 2017 identifizierten Astronomen einen Kometen aus einem völlig anderen Sonnensystem, der unser eigenes durchquerte. Es wurde vom Pan-STARRS-Teleskop am Haleakala-Observatorium auf Hawaii entdeckt und hieß „Oumuamua, das hawaiianische Wort für „Kundschafter“. Zuerst sah es aus wie ein Asteroid, weil es weder Schweife wie ein Komet noch eine umgebende Gaswolke, bekannt als Koma, aufwies.
Aber später begann es auf eine Weise zu beschleunigen, die nicht durch die Anziehungskraft der Sonne oder der Planeten beschrieben werden konnte. Obwohl dies zu einigen reißerischen Schlagzeilen darüber führte, dass es sich um ein außerirdisches Raumschiff handelt, ist ein solches Verhalten genau das, was Kometen tun. Es tritt auf, weil die Hitze der Sonne Gas aus dem Eis unter der Kometenoberfläche freisetzt und das entweichende Gas wie ein kleiner Raketenmotor wirkt.
Im Jahr 2018 wurde ein weiterer interstellarer Komet identifiziert, der durch das Sonnensystem kreuzte. Borisov genannt, kam er im Dezember 2019 am nächsten an der Sonne vorbei und verlor Schätzungen zufolge jede Sekunde zwei Kilogramm Staub und 60 Kilogramm Wasser.
Lesen Sie mehr über 'Oumuamua:
- Oumuamua:Warum dachten wir, es wären Aliens?
- Können wir die radiometrische Datierung von ‘Oumuamua verwenden?
Die Idee, Comet Intercepter zu verwenden, um etwas von einem anderen Sonnensystem zu sehen, ist für das Wissenschaftsteam eindeutig verlockend, aber sie sind auch realistisch, was ihre Chancen angeht, eines tatsächlich anzuvisieren.
„Es ist eine ziemlich geringe Chance, um ganz ehrlich zu sein“, sagt Snodgrass. Das liegt daran, dass wir keine Ahnung haben, wie oft sie vorbeikommen. Es kann einfach ein blindes Glück sein, dass wir in so vielen Jahren zwei identifiziert haben. Astronomen werden mehr wissen, wenn LSST 2022 seine Arbeit aufnimmt.
Das Geheimnis des Lebens auf der Erde entschlüsseln
Egal, welches Ziel Comet Interceptor ansteuert, Astronomen planen bereits, was danach zu tun ist. Und für sie ist die treibende Frage, welche Rolle Kometen bei der Entstehung des Lebens auf der Erde spielten, und das läuft darauf hinaus, eine Bestandsaufnahme ihrer Oberflächenchemie zu machen.
Astronomen suchen insbesondere nach kohlenstoffhaltigen Molekülen, die oft als „organische Moleküle“ bezeichnet werden, weil sie für das Leben auf der Erde unverzichtbar geworden sind. „Die Zusammensetzung des organischen Materials ist wirklich wichtig“, sagt Gianrico Filacchione, ein Kometenforscher vom Institut für Weltraumastrophysik und Planetologie (INAF-IAPS) in Rom, Italien.
„Es gibt ein Universum organischer Verbindungen, die identifiziert werden müssen“, sagt Filacchione. Und die einzige Möglichkeit, dies definitiv zu tun, besteht darin, eine Probe zur Erde zurückzubringen und sie mit der vollen Kraft der aktuellen Laborausrüstung zu analysieren.
Zu diesem Zweck haben Filacchione und Kollegen der ESA die Mission AMBITION als Teil des langfristigen Plans 2050 der Weltraumbehörde vorgeschlagen. Wenn es für die Entwicklung ausgewählt wird, würde AMBITION auf einem Kometen landen, eine Probe des eisigen Materials aufnehmen und es in einer kryogenen Kapsel zur Erde zurückbringen. „Ein Teil eines Kometen zur Erde zurückzubringen, ist der heilige Gral für eine Kometenmission“, sagt Filacchione.
Im Moment steht jedoch Comet Interceptor im Rampenlicht. „Dies ist eine Gelegenheit für uns, einen Kometen zu sehen, der zum ersten Mal in das Sonnensystem kommt. Die Oberfläche wird immer noch so aussehen wie vor Milliarden von Jahren“, sagt Snodgrass.
Aber um es zu sehen, muss die Art und Weise, wie Weltraummissionen entworfen und geplant werden, neu geschrieben werden. Während das seine eigenen Kopfschmerzen mit sich bringen wird, sagt Snodgrass, dass er es aufregender als entmutigend findet. Allerdings, fügt er dann mit einem Hauch von Humor hinzu, „das liegt daran, dass ich kein Ingenieur bin und es nicht zum Laufen bringen muss.“