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Landing on a comet

Men J. Schmidt, Mitgleid der Astronomischen Gesellschaft Graubünden, hat kürzlich zahlreich erschienes Publikum in die Weiten unseres Sonnensystems geführt, zum Kometen 67P/Tschurjumow-Gerassimenko, dem Zwergplaneten Ceres, bis hinaus zum Zwergplaneten Pluto und seinem Mond Charon.

Dies mit den neuesten Bildern, welche uns die drei Raumsonden Dawn, New Horizon und im Speziellen Rosetta zur Erde sandten. Die Ergebnisse geben eine riesige Fülle von Informationen wieder und dürften die Wissenschaftler noch lange beschäftigen. Erstaunlich ist auch, dass es gelungen ist, eine Raumsonde auf einen über zehn Jahre langen Weg zu bringen und sie auf wenige Meter auf den berechneten Landepunkt zu setzen.

  1. Dawn: Diese amerikanisch-deutsche Raumsonde startete am 27. September 2007, umkreiste zuerst den Asteroiden Vesta und kam am 6. März 2015 auf Ceres an."1"

Ceres, fotografiert am 4. Mai 2015 von der Raumsonde Dawn aus 13 600 Kilometern Entfernung. Bild NASA/JPL-Caltech/UCLA/MPS/DLR/IDA

Die «Dawn-Raumsonde» war mit einem Ionentriebwerk ausgestattet. Die wohl erstaunlichsten Beobachtungen waren die weissen Flecken, welche auf Salzablagerungen hindeuten (siehe oben wiedergegebenes Bild). Auch Berge sind sichtbar, doch lassen die Interpretationen noch keine definitiven Schlüsse zu. Sind die Berge vulkanischer Natur? Die Aufnahmen zeigen aber, dass die Krater mit ihren bis zu 2000 Meter hohen Wänden steiler sind als die Eiger-Nordwand.

Neben gefrorenem Wasser, das Forscher auch unter der Oberfläche von Ceres vermuten, kommen auch helle Salzminerale infrage. Die auffälligsten dieser Flecken waren bei den aktuellen Aufnahmen nicht im Gesichtsfeld der Kamera. (Nach Max-Planck-Institut/ Schrammen auf Ceres).

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Bild NASA/JPL-Caltech/UCLA/MPS/DLR/IDA

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Bild NASA/JPL-Caltech/UCLA/MPS/DLR/IDA

       2. Hew Horizons (Neue Horizonte)

Men J. Schmidt konfrontierte das Publikum auch noch mit den Ergebnissen, welche mit der Sonde «New Horizons» vom Pluto erreicht wurden.

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Auffallend dürfte die grosse Eisfläche sein, welche ganz an die Form eines Herzens erinnert.

Die Sonde New Horizons entdeckte mehr als 3000 Meter hohe, eisige Berge auf der Oberfläche des Pluto und schickte auch erste hochaufgelöste Fotos von den Monden Charon und Hydra zur Erde. Nach mehr als neun Jahren und fünf Milliarden Kilometern flog New Horizons als erster irdischer Flugkörper am Pluto vorbei und hatte ihn mit sieben wissenschaftlichen Instrumenten untersucht.

Der Vorbeiflug darf als Meilenstein in der Fluggeschichte gewertet werden, ist es doch gelungen, aus 5,9 Milliarden Kilometern, aus dem äusseren Rand unseres Sonnensystems, Aufnahmen auf unseren Planeten zu senden.

Die New-Horizons-Sonde ist unterdessen schon längst wieder ganz woanders. Weil sie mit 50 000 Kilometer pro Stunde unterwegs ist, hat die Sonde den Pluto hinter sich gelassen und fliegt derzeit weiter in die Region des sogenannten Kuipergürtels hinein. Dort wird sie in den kommenden Jahren ein bis zwei Asteroiden dieses Gürtels aus der Nähe erforschen.

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Kurz nach ihrem Vorbeiflug am Pluto am 14. Juli schoss die Nasa-Sonde New Horizons diese Panorama-Aufnahme im Gegenlicht der Sonne. Bild NASA/JHUAPL/SwRI

 

Noch heute erreichen uns Bilder von Pluto. Bis alle Bilder in hoher Auflösung bei uns eintreffen werden, dürfte es seit dem Vorbeiflug 16 Monate dauern. Nicht nur vom Pluto, sondern auch von seinem Mond Charon wurden Bilder gemacht. Seine Oberfläche ist von Furchen, Krater, Berge und grossen Ebenen durchzogen.

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«Die Bahnen von Pluto, Charon, Nix und Hydra um das Baryzentrum des Systems Pluto und Charon umkreisen einander in einer in Bezug auf das Sonnensystem retrograden, beinahe perfekt kreisförmigen Umlaufbahn in 17.536 ± 4 Kilometer mittlerem Abstand (19.571,4 Abstand der Zentren beider Körper, etwa 17 Pluto- bzw. 32,3 Charonradien) um den gemeinsamen Schwerpunkt, der sich wegen des relativ geringen Massenunterschiedes etwa 1200 km über der Oberfläche des Pluto (2360 km vom Zentrum entfernt) befindet. Damit stellen Charon und Pluto physikalisch ein Doppelsystem dar. Dies ergibt einen mittleren Abstand beider Oberflächen von 17.812 km. Die Bahnexzentrizität beträgt höchstens 0,00007, die Bahn ist 0,001° gegenüber dem Äquator von Pluto geneigt. Gleich dem Plutoäquator ist Charons Bahnebene daher mit 119,591° sehr stark gegenüber der Bahnebene des Zwergplaneten geneigt.

Charon und Pluto umrunden einander in 6 Tagen, 9 Stunden, 17 Minuten und 36,7 ± 0,1 Sekunden, was rund 14.186,63 Umläufen in einem Pluto-Jahr (rund 248,09 Erdenjahre) entspricht.» (aus Wikipedia).

        3. Kometenjäger Rosetta / Lander Philae/ Landing on a comet

Dies war eigentlich das Hauptthema von Men J. Schmidt, welcher auf sehr verständliche Weise und  vollem Engagement das Publikum in den Bann der weit entfernten Entdeckungen zog. Zu verdanken sind all diese Ergebnisse den äusserst präzisen und sehr leichten Aufnahmegeräten, sprich Kameras, welche in mehreren Exemplaren rund um die Landesonde angebracht wurden. Zuerst sprach Schmidt die Instrumente, unter anderem die Rolis-Kameras, an.

Das Rolis-Instrument, das unter Leitung des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) steht, hat während des Abstiegs vom Orbiter Bilder von der Landestelle auf dem Kometen aufgenommen.

Nach der Landung hat sich Rolis auf einen Abstand von 30 Zentimeter fokussiert, um Bilder von der Kometenoberfläche unterhalb des Landers (Philae) aufzunehmen.

Rolis (Rosetta Lander Imaging System) wurde vom DLR-Institut für Planetenforschung in Berlin entwickelt.

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Rosetta macht ihren Job und fotografiert regelmässig Komet Tschuri, wie hier aus 171 Kilometern Entfernung. Bild ESA/Rosetta/NAVCAM – CC BY-SA IGO 3.0

 

Rosetta ist eine Mission der ESA mit Beiträgen von ihren Mitgliedsstaaten und der Nasa. Auch die Universität Bern war/ist an dieser Mission mit dem dreiteiligen Massenspektrometer Rosina beteiligt. So hat das Team aus Bern molekularen Stickstoff, molekularen Sauerstoff nebst den Hauptbestandteilen des Kometen wie CO2, H20 und C0 gefunden.

Die Sonde ist nach der ägyptischen Hafenstadt Rosette benannt, der Lander nach der Insel Philae im Nil. Beide Orte sind für dort gefundene «Meilensteine» der Entzifferung der altägyptischen Schriften bekannt: den Stein von Rosette und einen Obelisken auf der Nilinsel.

Euphorisch berichtete Schmidt über die präzise Landung auf  dem Kometen und dem überraschenden Weiterflug bis an den Abhang an einen Krater mit Streifung an einem Kraterrand.  Die ersten unerwarteten grossen Schwierigkeiten entpuppten sich im Nachhinein als enormes Glück für die Wissenschaft. So konnten nicht nur von einem Ort Signale und Aufnahmen empfangen werden.

Eine unendlich grosse Anzahl an Daten – unter anderem Bilder der sieben CIVA-Kameras - konnten innerhalb von 65 Stunden übermittelt werden, bevor die Batterie leer war und die Sonde während Monaten in einen «Winterschlaf» versetzt wurde. Einen kurzen Kontakt wurde dann nach rund 7 Monaten, im Juni 2015, wiederum hergestellt, vier weitere bis Ende Juli. Doch  dann wurde es im Verlaufe dieses Jahres gänzlich «stumm»  rund um Philae an dieser äusseren «Ecke»  des Sonnensystems.  Dies, weil vermutlich der Empfänger oder Sender des Landers ausgefallen ist. Doch unsere Wissenschaftler werden sich noch lange mit den Ergebnissen beschäftigen können.

67P/Tschurjumow-Gerassimenko, kurz Tschuri genannt.

Überraschend früh, im April 2014, entwickelte der Komet Aktivität, eine kleine Koma aus Gas und Staub. Anfang Juni wurde mit dem Mikrowellenspektrometer Miro die Emission von Wasser auf 300 Gramm pro Sekunde geschätzt. Mit der Kamera Osiris konnte der Komet am 11. Juli als sehr unregelmäßige Form wahrgenommen werden, was zu einer Annahme von zwei unterschiedlich großen, sich berührenden Körpern führte. Die beiden Teile des Kometen messen 2,5 × 2,5 × 2,0 und 4,1 × 3,2 × 1,3 Kilometer. Bei einem Volumen von 25 Kubikkilometern und einer Masse von zehn Milliarden Tonnen hat der Komet so eine Dichte von 0,4 Gramm pro Kubikzentimeter. Für eine vollständige Rotation um die eigene Achse werden 12,4 Stunden benötigt.

Rosettas Energieversorgung durch Solarzellen war ein Novum für Missionen jenseits der Marsumlaufbahn. Mit der Strahlungsintensität, die quadratisch mit der Distanz von der Sonne abnimmt, sinkt auch die gewinnbare elektrische Leistung. Das Ziel der Wissenschaft war und ist, die Ergebnisse zum Verständnis der Entstehung des Sonnensystems heranzuziehen.

Der Komet weist Risse auf. Auch Sanddünen sind auszumachen, obwohl kein Wind vorkommt. Man nimmt an, dass sie durch Ausgasungen entstanden sind oder entstehen.

Gefrorene Gase pusten Staub in den Raum. Dies ist eines der möglichen Geheimnisse.

Rätsel geben auch die vielen Staubfontänen auf, da sie auch «nachts» sichtbar/aktiv sind. Eine Erklärung von Xian Shi, einer Wissenschaftlerin: "Während der oberflächliche Staub nach Sonnenuntergang rasch abkühlt, bleiben tiefer liegende Schichten länger warm. In den nächtlichen Staub-Fontänen vermuten die Forscher einen Vorrat an gefrorenen Gasen, die beim Verdunsten die Staub-Partikel mit sich reissen. Diese Gase wiederum sollen die Aktivität des Kometen speisen. Eine staubige Angelegenheit also, die Untersuchung des "Tschuri".

Vor wenigen Tagen wurde bekannt, dass auch Wasser  direkt auf der Oberfläche festgestellt werden konnte. An verschiedenen Stellen wurden Felder mit blankem Eis beobachtet.

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«Hüpfende Landung» 1, 2, 3 – gelandet. Bis Rosettas Landeroboter Philea auf dem Kometen absetzte, vergingen zwei Stunden. Bild ESA/ROSETTA/NAVCAM/SONC/DLR

Der Komet «Tschuri» hat kein Magnetfeld. Bisher waren Braunschweiger Forscher davon ausgegangen, dass Magnetismus bei dessen Entstehung eine Rolle spielte.

Paul Furrer-Bischofberger ist Miglied der Astronomischen Gesellschaft Graubünden.

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