Komet 67P aus Anflugrichtung von Philae

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Raumfahrt aus der Froschperspektive
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Das aus vier am 7. Dezember geschossenen Bildern der NAVCAM auf ROSETTA zusammengesetzte Komposit zeigt den Kern aus ähnlicher Perspektive und mit ähnlicher Beleuchtung, wie sie auch Philae vor mittlerweile fast einem Monat vorfand. So lange ist das schon wieder her, kaum zu glauben …

Die Flugrichtung von Philae war, projiziert auf das untere Bild, in etwa von unten nach oben. Die anvisierte (und auch getroffene erste) Landestelle ist kurz vor dem großen, flachen Krater oben rechts. Dort prallte Philae allerdings ab und überquerte den Krater, bis er nach weiteren, kleineren Hopsern zur Ruhe kam. Wenn ich mir den gegenüber liegenden Kraterrand anschaue, dann sehe ich da diverse tiefe, dunkle Spalten, in denen so ein kleiner Bursche verschütt gehen könnte. Wobei es auch sehr wohl möglich ist, dass er über den Wall, der in diesem Bild den Horizont darstellt, hinaus getragen wurde und auf dessen anderer Seite in einer Spalte hängen geblieben ist.

Komposit aus vier NavCam-Bildern vom 7.12.2014, Credits: ESA/Rosetta/NAVCAM – CC BY-SA IGO 3.0

Immer, wenn ich mir Bilder wie dieses hier anschaue, komme ich ins Grübeln über die Zusammensetzung von Kometen, ihre Entstehung und ihre Eigenschaften.

Kometenkerne bestehen aus sehr urtümlichem Material, das nie hohem Druck oder hohen Temperaturen ausgesetzt wurde. Die Gravitation allein kann bei so kleinen Körpern nur einen sehr losen Zusammenhalt bewirken. Es ist davon auszugehen, dass der Zusammenhalt auch über mechanisches Verhaken, chemische Bindungen oder Van der Waals-Kräfte zustande kommt. Für mehr als lose, fluffige Gebilde kann das aber nicht reichen. Nach der Akkretion muss in Kometenkernen zunächst einmal alles enthalten sein, was auch in Asteroiden zu finden ist, und zusätzlich auch noch das, was in Asteroiden einmal enthalten gewesen sein muss, sich dort aber schon längst verflüchtigt hat: volatile Stoffe wie Wassereis, Kohlendioxid, Kohlenmonoxid. Primitive Asteroiden wie kohlige Chondriten sind reich an hydrierten Materialien. Das Wasser war mal dort. Auch wenn es aus diesen Asteroiden verschwunden ist, bleiben die Spuren seiner früheren Anwesenheit in Form von chemischer Veränderung der Mineralien zurück.

Bei Kometen sind die volatilen Bestandteile aber noch reichlich vorhanden. Je weniger ein Kometenkern der Sonne ausgesetzt war, desto reicher an volatilem Material ist er. Wird ein Komet allerdings durch Bahnstörungen periodisch, dann ist sein Schicksal besiegelt. Pro Periheldurchgang verliert er, je nach Minimalabstand von der Sonne, durchaus 1% seiner Masse oder mehr. Das volatile Material sublimiert und findet sich in den Staub- oder Plasmaschweifen wieder. Bei seinem Abgang reißt es sicher auch eine Menge nicht-volatiles Material mit.

Es ist bekannt, dass sehr frische Kometen – solche, die der Sonne noch nie nahe gekommen sind und sich auf einer hyperbolischen Bahn befinden – oft nach ihrer Entdeckung zunächst eine sehr hohe Aktivität zeigen, also große Mengen Gas und Staub ausstoßen. Das führt zu sehr optimistischen Prognosen für die zu erwartende Helligkeit in Sonnennähe. Dann aber bricht die Aktivität plötzlich zusammen und die Astronomenriege ist schwer enttäuscht. Liegt es nicht nahe, dass hier erst einmal einfach das leicht vom Sonnenlicht zu erreichende Material sich verflüchtigt hat?

Interessant ist nun, was mit dem Rest des Kerns passiert. Angenommen, ein Kometenkern bliebe eine ganz locker zusammengehaltene, weitgehend lose Masse, so wie ein Schwamm, aus dem sich auch noch eine Menge Material bei Erwärmung verflüchtigt. Dann könnte er aber nicht wie im obigen Bild aussehen. Dort fallen ausgedehnte glatte Flächen und die Abwesenheit von Hohlräumen auf. Dann wäre Philae auch nicht von einer zurückfedernden Oberfläche abgeprallt. Vor allem würde so ein fragiles Gebilde niemals einen oder gar mehrere Periheldurchgänge überstehen. Manche Kometen kommen der Sonne sehr nahe und bleiben trotzdem intakt (auch wenn ISON das nicht schaffte).

Kometenkerne sind sehr dunkel. Sie werden deswegen sehr heiß, denn sie reflektieren nur einen geringen Bruchteil des einfallenden Sonnenlichts. Die Temperaturen erreichen bei einem Sonnenabstand von rund 1 AE locker dreistellige Celsiusbereiche. In Inneren bleibt es natürlich kalt. Sonst wäre das ganze volatile Material auf einen Schlag weg. Aber die heiße Oberfläche gibt nur einen Teil der einfallenden Wärme in Form von Infrarotstrahlung ab. Der Rest muss zwangsläufig ins Kerninnere. Wärme fließt nun einmal vom warmen zum kalten Ort.

Volatiles Material in Oberflächennähe wird eher mit der thermischen Energie in Kontakt kommen als Material, das sich ganz tief drinnen befindet. Wenn es sublimiert, dehnt es sich aus, denn Gas nimmt mehr Volumen in Anspruch als Eis. Dadurch erhöht sich lokal der Druck. Durch Spalten und Löcher tritt das Gas aus. Sublimation ist aber ein endothermer Prozess – die Energie wird mit nach draußen genommen, der Rest des Kerninneren bleibt kalt.

Interessant sind die zahlreichen ebenen Stellen im Kern, die wie abgesunkene Kraterböden erscheinen. Liegt nicht die Annahme nahe, dass nach der Entleerung von Kammern mit volatilem Material das weiterhin sehr heiße Oberflächenmaterial sich verdichtet und seine Form verändert – auch ohne starke Schwerkrafteinwirkung, wie wir sie auf der Erde kennen? Es muss ja einen Prozess geben, der zu hoher mechanischer Festigkeit führt, wie angemerkt. Denn ein Kometenkern widersteht in der Regel, abgesehen von vereinzelten Austrittsstellen, den Jets, dem Druck im Inneren recht entschlossen.

Vielleicht ist die Vorstellung einer teerähnlichen Deckschicht gar nicht abwegig.

Ich bin Luft- und Raumfahrtingenieur und arbeite bei einer Raumfahrtagentur als Missionsanalytiker. Alle in meinen Artikeln geäußerten Meinungen sind aber meine eigenen und geben nicht notwendigerweise die Sichtweise meines Arbeitgebers wieder.

5 Kommentare

  1. Der Text steckt voller Fehler!

    “mnittlerweile”

    “anzisierte”

    “bekannt, bekannt, ”

    “als große Mengen Gas und Staub ausstoßen.”

    “Liegt es nicht nahe, dass hier erst einam einfach das leicht vom Sonnenlicht zu erreichende Material sich verflüchtigt hat?”

    Usw., usw….

    Ist das nötig, lieber Autor?

    • Verständiges Lesen hülft über Typos hinweg.
      Über “anzisiert” habe ich auch gestolpert.
      Gibt’s auch inhaltliche Probleme?

    • Ich bin für Hinweise auf Fehler jeglicher Art dankbar.

      Natürlich ist es nicht “nötig”, Artikel mit Fehlern zu publizieren, und bestimmt ist es nicht wünschenswert.

  2. Mayo Greenberg hat um das Jahr 1975 herum gefrorenes Methan, Ammoniak, und Wasser bei sehr niedrigen Temperaturen im Hochvakuum mit UV-Strahlung behandelt, und dabei eine dem Teer ähnliche Substanz erhalten.

    Die UV-Strahlung spaltet einige Wasserstoffatome aus den Molekülen ab, und die verbliebenen freien Radikale polymerisieren dann sehr schnell.

    Im Kuiper-Gürtel und in der Oortschen Wolke ist zwar die UV-Strahlung nicht sehr intensiv, aber dafür kann sie viele Millionen Jahre lang einwirken.

    Spektrum der Wissenschaft, August 1984, ab Seite 80:
    Aufbau und Entwicklung von interstellaren Staubkörnern.

    Siehe hier.

    —–

    Lose Körner aus Silikaten bei niedriger Gravitation und im Hochvakuum haben nur sehr kleine Berührungsflächen untereinander, und deshalb vermutlich eine sehr geringe Wärmeleitfähigkeit.

    • @The Karl Bednarik:

      Vielen Dank für den Link zum Artikel von Jerome Mayo Greenberg. Ich meine allerdings, dass man den Effekt der (harten) galaktischen kosmischen Strahlung einkalkulieren muss. GCR dürfte mühelos Polymerbrücken zerschlagen, und es gibt davon im Kuipergürtel und in der Oortschen Wolke reichlich.

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