Frühstart für Rosetta-Kometen

Churyumov-Gerasimenko, der Zielkomet der ESA-Mission Rosetta, wird eher aktiv, als bisher angenommen

Auf seinem Weg in Richtung Sonne wird der Komet Churyumov-Gerasimenko, den die Raumsonde Rosetta der Europäischen Weltraumagentur (ESA) im nächsten Jahr erreicht, früher als bisher gedacht beginnen, Gas und Staub zu spucken. Bereits im März 2014 sollte die Aktivität des Kometen von der Erde aus messbar sein. Zu diesem Ergebnis kommen Forscher unter Leitung des Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung in Katlenburg-Lindau. Die Wissenschaftler werteten zahlreiche Beobachtungsdaten aus, die während der zurückliegenden drei Umläufe des Kometen um die Sonne mithilfe erdgebundener Teleskope aufgenommen wurden. Auf diese Weise konnten sie erstmals die Aktivität des Kometen in allen Phasen seines Umlaufs um die Sonne rekonstruieren.

Das Ziel der Rosetta-Mission: Die ESA-Raumsonde wird den Kometen Churyumov-Gerasimenko beobachten und unter anderem mit einer Landeeinheit die Prozesse verfolgen, in denen der Komet Gas und Staub freisetzt. Da der Komet bereits in größerer Entfernung zur Sonne aktiv wird, als bisher angenommen, könnte die Mission bereits in einer frühen Phase spannende Einblicke ermöglichen. Die Aufnahme aus dem Jahr 2008 zeigt den Himmelskörper im Abstand von 284,2 Millionen Kilometern zur Sonne. © MPI für Sonnensystemforschung Das Ziel der Rosetta-Mission: Die ESA-Raumsonde wird den Kometen Churyumov-Gerasimenko beobachten und unter anderem mit einer Landeeinheit die Prozesse verfolgen, in denen der Komet Gas und Staub freisetzt. Da der Komet bereits in größerer Entfernung zur Sonne aktiv wird, als bisher angenommen, könnte die Mission bereits in einer frühen Phase spannende Einblicke ermöglichen. Die Aufnahme aus dem Jahr 2008 zeigt den Himmelskörper im Abstand von 284,2 Millionen Kilometern zur Sonne. © MPI für Sonnensystemforschung

Den Großteil ihres Daseins verbringen Kometen fernab der Sonne als unveränderliche Brocken aus Eis und Gestein. Erst wenn sie sich der Sonne nähern, setzt eine Verwandlung ein: Leichtflüchtige Stoffe verdampfen vom Kometenkern und reißen Fontänen aus Staub mit. Die Teilchen formen die Koma und hüllen den Kometenkern in dieser Atmosphäre vollständig ein. Aus der Kometenkoma entwickelt sich auch der Schweif, der Kometen ihr charakteristisches Aussehen verleiht. Dennoch sind diese Prozesse längst noch nicht im Detail verstanden. Welche Faktoren setzen dieses Gas- und Staubspucken in Gang? Wie entwickelt sich die Aktivität? Und welche Prozesse auf der Oberfläche und im Kern des Kometen spielen dabei eine Rolle?

Diesen Fragen soll die ESA-Raumsonde Rosetta nachgehen. Im nächsten Jahr wird sie am Kometen Churyumov-Gerasimenko eintreffen, im Herbst 2014 eine Landeeinheit auf seiner Oberfläche absetzen und ihn auf seinem Weg in Richtung Sonne begleiten. Die Mission bietet somit die einzigartige Möglichkeit, alle Phasen der einsetzenden Kometenaktivität aus der Nähe zu beobachten. Die neuen Ergebnisse des Teams um Forscher des Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung deuten nun darauf hin, dass der Komet bereits in einer sehr frühen Phase der Mission spannende Einblicke erlauben könnte.

„Bereits im März nächsten Jahres könnte Churyumov-Gerasimenko aktiv sein“, fasst Colin Snodgrass, einer der beteiligten Max-Planck-Wissenschaftler, die Ergebnisse der Studie zusammen. Zwei Monate zuvor im Januar 2014 wird die Raumsonde, die den letzten Teil des Weges zum Kometen in einer Art Winterschlaf verbracht hat, wieder eingeschaltet.

Das erste umfassende Bild von der Entwicklung des Kometen

Während seines Umlaufs um die Sonne durchläuft der Komet Churyumov-Gerasimenko verschiedene Aktivitätsphasen. In einer Entfernung von 3,4 Astronomischen Einheiten (508,6 Millionen Kilometer) zur Sonne lässt sich in einem Bild, das mit einer bisher nur bei Exoplaneten angewendeten Methode aus Teleskopaufnahmen aus dem Jahr 2008 erzeugt wurde, ein deutlicher Helligkeitsanstieg beobachten. Kurz bevor der Komet die Umlaufbahn des Mars kreuzt, hat sich der charakteristische Kometenschweif ausgebildet. Beim Wegflug von der Sonne ist Churyumov-Gerasimenko noch immer sehr aktiv und zeigt einen deutlichen Staubschweif. Dieser ist auch bei einem Abstand von 4,9 Astronomischen Einheiten (732,9 Millionen Kilometer) von der Sonne noch schwach erkennbar. © MPI für Sonnensystemforschung Während seines Umlaufs um die Sonne durchläuft der Komet Churyumov-Gerasimenko verschiedene Aktivitätsphasen. In einer Entfernung von 3,4 Astronomischen Einheiten (508,6 Millionen Kilometer) zur Sonne lässt sich in einem Bild, das mit einer bisher nur bei Exoplaneten angewendeten Methode aus Teleskopaufnahmen aus dem Jahr 2008 erzeugt wurde, ein deutlicher Helligkeitsanstieg beobachten. Kurz bevor der Komet die Umlaufbahn des Mars kreuzt, hat sich der charakteristische Kometenschweif ausgebildet. Beim Wegflug von der Sonne ist Churyumov-Gerasimenko noch immer sehr aktiv und zeigt einen deutlichen Staubschweif. Dieser ist auch bei einem Abstand von 4,9 Astronomischen Einheiten (732,9 Millionen Kilometer) von der Sonne noch schwach erkennbar. © MPI für Sonnensystemforschung

Die Wissenschaftler stützen ihre Vorhersagen auf insgesamt 31 Datensätze, die sie und andere Forschungsgruppen in der Zeit von 1995 bis 2010 an Teleskopen wie etwa dem Very Large Telescope (VLT) der Europäischen Südsternwarte (ESO) aufgenommen haben. Die Aufnahmen zeigen den Kometen an verschiedenen Stellen seiner Umlaufbahn um die Sonne und somit in verschiedenen Phasen der Aktivität.

„Es ist uns gelungen, Daten aus dem kompletten Aktivitätszyklus von Churyumov-Gerasimenko mit ein und derselbe Methode auszuwerten und somit vergleichbar zu machen“, erklärt Snodgrass. „Wir erhalten dadurch erstmals ein umfassendes Bild, wie sich die Aktivität des Kometen auf seinem Weg um die Sonne entwickelt“, ergänzt seine Kollegin Cecilia Tubiana, die ebenfalls am Max-Planck-Institut in Katlenburg-Lindau forscht.

Einen besonders genauen Blick warfen die Forscher auf die vergangene Anflugphase des Kometen auf die Sonne in den Jahren 2007 und 2008. Als die ESA Churyumov-Gerasimenko vor zehn Jahren zum Ziel der Rosetta Mission kürte, stieß dies eine Vielzahl von Beobachtungskampagnen an. „Allerdings haben die meisten Daten von 2007, als der Komet weit weg von der Sonne war, einen entscheidenden Schönheitsfehler“, so Tubiana: Zu dieser Zeit sei der Komet von der Erde aus nur vor dem Hintergrund des Galaktischen Zentrums, dem Massenzentrum unserer Milchstraße, zu sehen gewesen. Von den unzähligen Sternen hob sich der vergleichsweise lichtschwache Körper deshalb kaum ab. Diese Beobachtungssituation wird im nächsten Jahr, wenn Rosetta den Kometen erreicht und seine Aktivität erneut einsetzt, ähnlich sein. Dann werden wieder erdgebundene Teleskope ihren Blick auf Churyumov-Gerasimenko richten, um mit ihren Aufnahmen die Daten der Rosetta-Sonde zu ergänzen.

Den Schlüssel lieferte eine Methode, um Exoplaneten aufzuspüren

In ihrer neuen Studie konnten die Forscher nun viele Aufnahmen, die bisher unbrauchbar waren, auswerten. Schlüssel dazu war eine Methode, mit deren Hilfe Wissenschaftler sonst Exoplaneten aufspüren. Dabei werden Bilder, die kurz hintereinander aufgenommen wurden, voneinander abgezogen. Auf diese Weise verschwindet der unübersichtliche Sternenhintergrund und nur Körper, die wie Kometen ihre Position verändern, kommen zum Vorschein. Danach lässt sich die Helligkeit des Kometen genau bestimmen. Aus dem gesamten Helligkeitsverlauf während eines Sonnenumlaufs lässt sich so rekonstruieren, wie aktiv der Komet zu welchem Zeitpunkt war. Für Kometenbeobachtungen war diese Methode bisher unüblich – und für die meisten Fragestellungen unnötig. Denn bei stärkerer Aktivität lassen sich Kometen in der Regel recht einfach aufspüren.

Die aufwändigen Rechnungen lieferten Erstaunliches. Zur Überraschung der Forscher zeigte der Komet 2007 bereits in einem Abstand von 4,3 Astronomischen Einheiten (etwa 643 Millionen Kilometern) einen deutlichen Helligkeitsanstieg. Dies entspricht dem 4,3-fachen Abstand zwischen Erde und Sonne. Bisher galt als Faustformel, dass Kometen ab einem Abstand von etwa drei Astronomischen Einheiten (etwa 449 Millionen Kilometern) beginnen, Gas und Staub zu freizusetzen. Denn erst in dieser Entfernung erwärmt die Sonne die Kometenoberfläche so stark, dass gefrorenes Wasser gasförmig wird. „Für das frühere Einsetzen der Aktivität, das wir beobachtet haben, muss deshalb ein anderes Gas verantwortlich sein“, so Tubiana.

Die Aktivität des Kometen wird im März 2014 einsetzen

„Da sich Churyumov-Gerasimenko von Umlauf zu Umlauf recht ähnlich verhält, können wir die Ereignisse im nächsten Jahr gut vorhersagen“, so der lead scientist der Landemission Hermann Böhnhardt, der ebenfalls an der Studie beteiligt war. Die Forscher gehen davon aus, dass der Komet nach dem Auftakt im März 2014 den Höhepunkt seiner Aktivität Mitte 2015 erreicht – etwa einen Monat, nachdem er in seinem geringsten Abstand an der Sonne vorbeigeflogen ist.

Die Raumsonde Rosetta der Europäischen Weltraumagentur startete 2004 ins All. 2014 soll sie ihr Ziel, den Kometen Churyumov-Gerasimenko erreichen, auf dessen Oberfläche die Landeeinheit Philae im Herbst 2014 aufsetzen soll. Das Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung ist weltweit die Forschungseinrichtung mit der größten Beteiligung an den wissenschaftlichen Experimenten der Mission. Das Institut hat die wissenschaftliche Leitung bei drei Instrumenten, ist an fünf weiteren beteiligt und hat wichtige Teile der Landeeinheit entwickelt und beigesteuert.

BK/PH