Wie man eingefrorene kosmische Vergangenheit auftaut

NASA-Historiker Deep Impact seziert am Independence Day den Kometen 9P/Tempel 1

Eine der spektakulärsten unbemannten Raumfahrtmissionen nähert sich ihrem Höhepunkt. Zum ersten Mal nimmt der Mensch auf einem anderen Himmelskörper eine große, nachhaltige Veränderung vor und analysiert die Folgen direkt. Wenn die NASA-Sonde Deep Impact diesen Montag, den 4. Juli 2005, ein kühlschrankgroßes Projektil auf den Kometen 9P/Tempel 1 schießt, nehmen irdische Teleskope und die Muttersonde das aus dem Loch geschleuderte Material näher unter die Lupe. Es wäre die Weltraumpremiere schlechthin, da zuvor noch kein anderes Raumfahrzeug eine Kometenoberfläche berührt hat.

Astronomen sind Historiker Historiker des Universums. Die fernen Galaxien, Sterne, Exoplaneten, Monde oder Kometen etc., die sie mit ihrem kosmischen Lupen, sprich den Weltraumteleskopen und Raumsondern, studieren, sind ihre Primärquellen Quellen, die viel über die Geschichte des Universums zu berichten vermögen.

Urmaterial aus solarer Frühzeit

Viel über die Geschichte des Sonnensystems, möglicherweise sogar etwas über die Anfänge des Lebens im All erzählen besonders Kometen, sofern ihr Innerstes richtig seziert und analysiert wird. Jeder, der es versteht, das Geheimnis solcher kosmischen Rosetta-Steine zu entschlüsseln, lernt etwas über die Geburt der Sonne und ihres Planetengefolges sowie einiges über die chemischen Prozesse, die zur Entstehung des Lebens auf der Erde führten.

Schließlich setzen sich die meist nur wenigen Kilometer großen Kometenkerne aus dem Urmaterial zusammen, das bei der Entstehung des Sonnensystems übrig geblieben ist. Wie kosmische Schneebälle konservieren diese Gebilde in ihren Innern die Urmaterie des Solarsystems, möglicherweise sogar komplexe organische Moleküle. Auch wenn Astronomen in einem solchen Nukleus überwiegend viereinhalb Milliarden Jahre altes Gas, Eis und alter Staub vermuten, weiß niemand genau, woraus der Kern derlei kosmischer Vagabunden en detail besteht. Bislang haben Wissenschaftler nur von der Beobachtung der Kometenoberflächen auf deren Inhalt geschlossen.

Ein eher wenig spektakulärer Schweifstern

Aber Anfang nächster Woche blicken NASA-Forscher erstmals direkt in das Innere eines solchen astralen Nomaden, vorausgesetzt, die am 12. Januar gestartete NASA-Forschungssonde Deep Impact wird ihrem Auftrag als NASA-Discovery-Mission gerecht.

So oder ähnlich könnte nach Ansicht eines Künstlers der Showdown von Deep Impact aussehen (Bild: Ball Aerospace and Technologies, modified by Tim Cline, U. Maryland)

Das Ziel vor den Sensoren der Sonde lautet: 9P/Tempel 1. Hinter diesem etwas kryptischen Namen verbirgt sich ganz im Gegensatz zum Halley'schen Kometen, der 1835, 1910 und 1985/86 die Menschen in seinen Bann zog ein eher wenig spektakulärer Schweifstern, der in fünfeinhalb Jahren einmal um die Sonne kreist und sich der Erde bis auf 133 Millionen Kilometer nähert.

Diesen Montag, den 4. Juli um 7.52 MESZ, wenn in den USA der Independence Day zelebriert wird, nähert sich die Mission unweigerlich ihrem Höhepunkt. Kurz vor dem Eintreffen im Zielgebiet wirft die Raumsonde ein 370 Kilogramm schweres Projektil ab, das mit über 23.000 km/h auf den 14 mal 5 Kilometer großen und Milliarde Tonnen schweren Kometen aufprallt und dabei das seit Ewigkeiten eingebettete so genannte frische Urmaterial freigibt. Forschungsleiter Michael A'Hearn von der Universität von Maryland in College Park verspricht sich von diesem Manöver die bislang spektakulärsten Daten in der Geschichte der Kometenforschung. Wir wissen so wenig über die Struktur eines Kometenkerns, dass wir praktisch jeden Moment etwas Neues lernen können.

Impactors zerstörerisches Werk

Läuft alles nach Plan, geht der ein Quadratmeter große "Impactor" selbstständig auf Crashkurs zu 9P/Tempel 1 und reißt nach dem Aufprall einen 25 Meter tiefen und 100 Meter großen Krater. "Stellen Sie sich eine Boeing 767 vor, die mit einer Mücke kollidiert", verdeutlicht Don K. Yeomans, ein Deep-Impact-Projektwissenschaftler, den Kollisionsvorgang. "Dadurch wird der Komet nicht aus seiner Bahn geworfen." In einem Sicherheitsabstand von nur 500 Kilometern filmt die vorbei fliegende Raumsonde das Geschehen mit zwei verschiedenen Kameras. Während Impactor sein zerstörerisches Werk verrichtet, sammelt die Muttersonde fleißig Datenmaterial und macht Fotos und Infrarotbilder vom Krater und den herumfliegenden Partikeln, das umgehend gen Erde gefunkt wird. Diese entscheidende Phase dauert 15 Minuten. Im Anschluss daran setzt Deep Impact nach vierwöchiger Observation seine Reise fort und fliegt zu einem weiteren Kometen.

Messungen am Kern von Deep Impact (Bild: NASA/JPL/UM)

Aus den verschiedenen Lichtwellenlängen, welche die Kameras nach der Explosion auffangen, können die Forscher das bei der Kollision ausgeworfene Material einen Monat lang genau unter die Lupe nehmen. Theoretisch können die Kamera sogar 20 Zentimeter große Details sichtbar machen. Praktisch jedes registrierte größere Teilchen, das nach dem Aufprall des Projektils auf dem Kometen in den Weltraum geschleudert wird, untersuchen die Forscher spektroskopisch. Auf diese Weise gewinnen sie Informationen über die elementare Zusammensetzung wie auch die Dichte des Kometenkerns.

Im Visier irdischer und orbitaler Fernrohre

Dieses spektakuläre Ereignis die Kollision mit einem Kometen führt dazu, dass alle verfügbaren Observatorien auf der Erde wie im Weltraum auf den Kometen Tempel 1 gerichtet werden. Denn da infolge der Einwirkung des Sonnenlichts das austretende gefrorene Gas und alle anderen aufgewirbelten Partikel aufleuchten, wodurch die Helligkeit des Kometen stark ansteigt, ist ein optisches Spektakel garantiert.

Die Astronomen rechnen mit einem Gasstrahl (Jet), einer Wolke oder eine Ausbuchtung in der Koma, also dem Kopf des Kometen. Möglich ist auch, dass der für Kometen charakteristische Schweif, der immer weg von der Sonne zeigt, sich verstärkt. Das optische Spektakel observieren neben dem Hubble-Weltraumteleskop und dem Röntgenobservatorium Chandra auch bodengestützte Großteleskope, aber auch zahlreiche Amateurastronomen.

Die ESA etwa wird den Aufschlag sowohl mit ihrem Observatorium XMM-Newton als auch mit der Kometensonde Rosetta verfolgen. Rosetta, die sich seit Februar 2004 auf dem Weg zum Kometen 69P/Churyumov-Gerasimenko befindet, ist zum Zeitpunkt der Kollision "nur" etwa 80 Millionen Kilometer entfernt. Zudem sieht Rosetta ihn in einem Winkel von 90 Grad zur Sonne. Damit ist die Beobachtungsgeometrie wesentlich besser als von der Erde. Die europäische Sonde wird Tempel 1 vom 29. Juni bis zum 14. Juli beobachten, also vor, während und nach der Kollision mit Deep Impact.

Staub und Gas speiender Schweifstern

Für Beobachtungen vom Erdboden aus wird die ESA das 1-Meter-Teleskop ihrer optischen Bodenstation auf der Kanareninsel Teneriffa einsetzen. Auf den Kometen richten sich ferner alle sieben von der Europäischen Südsternwarte ESO an ihren Standorten von La Silla und Parañal in Chile betriebenen Teleskope, die im Infrarot- und optischen Bereich derzeit über die leistungsfähigsten und höchstauflösenden Instrumente auf der Erde verfügen. Das gemeinsam von der NASA und der ESA betriebene Hubble-Weltraumteleskop soll das Ereignis ebenfalls festhalten.

Das linke Bild zeigt den Kernbereich des Kometen um 9.17 Uhr MESZ. Darauf ist kein Ausbruch zu sehen. Auf dem rechten indes, das um 16.15 Uhr MESZ aufgenommen wurde, gibt sich ein fächerförmiger heller Jet zu erkennen. Er reicht bis zu 2.200 Kilometer vom Kometenkern weg. (Bild: NASA, ESA, P. Feldman (Johns Hopkins University) und H. Weaver (Johns Hopkins University / Applied Physics Lab.)

Apropos Hubble zwei eindrucksvolle Bilder vom Zielkometen, die Hubble bereits Mitte Juni aufgenommen hat, veröffentlichte diese Woche die NASA. Sie belegen, dass der Nukleus des Kometen 9P/Tempel 1, der nach NASA-Angaben die Größe des Zentrums der französischen Hauptstadt Paris hat, höchst aktiv ist. Anstatt wie ursprünglich angenommen in Ruhe zu verharren, schleudert dieser zeitweilig Staub und Gas ins All.

http://www.heise.de/tp/artikel/20/20420/1.html