Astronomieseiten von Dr. Rainer Haas



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Kometen

Rainer Haas1, Winfried Kräling2



1: Stadtwaldstr. 45a, D-35037 Marburg

2: Minksweg 4, D-35043 Marburg



Allgemeines

Kometen sind Mitglieder des Sonnensystems, die die Sonne auf exzentrischen Ellipsenbahnen umlaufen, die weit über das Planetensystem hinausreichen (bis ca. 3 Lichtjahre Entfernung). Ihre Bahnen liegen meist nicht in der Ebene der Ekliptik.

Nahezu die gesamte Kometenmasse befindet sich im Kometenkern, die Kerndurchmesser liegen zwischen 1 km und 100 km. Der Kern besteht aus einer Mischung aus Staub und gefrorenen Substanzen, die bei Annäherung an die Sonne (ab ca. 4 Astronomische Einheiten = 600 Mill. km) verdampfen bzw. sublimieren. Sie bilden die als "Koma" bezeichnete Gashülle. Diese besitzt einen Durchmesser von 10.000 km bis 1 Mill. km. Das Komamaterial wird z.T. dissoziiert und z.T. ionisiert.

Die ionisierte Materie der Koma wird durch den Sonnenwind (von der Sonne ausgestoßene Teilchen) mitgetragen. Sie bildet die Kometenschweife, die eine Länge von 1 Mill. km bis mehrere 100 Mill. km und eine Breite von 1 Mill. km besitzen können. Aktive Kometen erscheinen somit zeitweise als die größten Mitglieder des Sonnensystems. Man unterscheidet einen langgestreckten und schmalen, von der Sonne weggerichteten, aus Ionen und Plasma bestehenden aktiv leuchtenden Plasmaschweif und einen breiteren, gekrümmten Staubschweif, dessen Partikel das Sonnenlicht reflektieren.

Die den Kern umgebene Wasserstoffkorona emittiert UV-Strahlung und kann von der Erde aus nicht beobachtet werden. Sie trägt jedoch insgesamt erheblich zur Gesamtstrahlung des Kometen bei, wie Satellitenbeobachtungen gezeigt haben.

Kurzperiodische Kometen werden mit: (Zahl)P/(Entdeckername), langperiodische mit C/(Entdeckername) benannt.

In früherer Zeit hielt man Kometen für atmosphärische Erscheinungen. 1577 konnte der Astronom Tycho Brahe durch Parallaxenmessungen nachweisen, daß der damalige Komet sich weit hinter der Mondbahn befinden müsse.

Edmund Halley konnte die Identität des Kometen von 1682 mit den Kometen von 1531 und 1607 nachweisen. Er sagte die Wiederkehr des Kometen korrekt für 1759 voraus.

1863 konnte erstmals ein Zusammenhang zwischen periodischen Meteorschauern (den Perseiden) und einem Kometen, dem Kometen 109P/Swift-Tuttle, nachgewiesen werden.

Die moderne Kometenforschung begann mit der Untersuchung der Spektren der Kometen von 1864 und 1866.

Mittels Spektralanalyse wurden in Kometen folgende Atome, Ionen und Moleküle entdeckt:



a) Kometenkopf: CN, CH, CO, CS, C2, C3, S2, NH, NH2, OH, HCN, H2S, CH3CN, H2O; C+, CN+, CO+, CH+, N2+, CO2+, H2O+; H, C, O, S, Na, Ca, Cr, Fe, Ni



b) Kometenschweif: N2+, CO+, OH+, CH+, CN+, CO2+, H2O+



c) Koma: verdampfte Substanzen wie H2O, CH4 und NH3.



Der Astronom Fred Lawrence Whipple stellte 1950 die Theorie auf, daß Kometenkerne "schmutzige Schneebälle" seien. Die Kerne bestehen zu etwa 80% aus Wassereis, der Rest sind gefrorenes Kohlenmonoxid, Kohlendioxid, Ammoniak, Methan und weitere Verbindungen sowie Staub aus Silikaten und organischen Substanzen. Kometen besitzen i.a. eine dunkle Kruste aus rußähnlichem Material, das u.a. aus langkettigen Kohlenwasserstoffen besteht. Diese entstehen durch UV-Bestrahlung in Sonnennähe aus niedermolekularen organischen Molekülen der Kometenmaterie. Die Massen der Kometenkerne liegen zwischen 1010 und 1015 t.

Die Hypothese von Whipple wurde 1986 von der europäischen Sonde Giotto bestätigt, die den Halley'schen Kometen passierte. Die hochaufgelösten Bilder zeigen einen erdnußförmigen, schwarzen Kometen, aus dem hell angestrahlte Gasfontänen aufsteigen. Zur Zeit des Vorbeifluges waren nur ca. 10% der Kometenoberfläche aktiv.



Entsprechend der Größe der exzentrischen Umlaufbahnen um die Sonne und der daraus resultierenden Umlaufzeiten um die Sonne teilt man die Kometen in kurzperiodische und langperiodische Kometen ein. Die meisten langperiodischen Kometen haben Umlaufzeiten von mehreren hundert bis Millionen Jahren. Kurzperiodische Kometen besitzen Umlaufzeiten bis zu 200 Jahren und Aphelentfernungen von bis zu ca. 60 AE (ca. 9 Milliarden km). Die kurzperiodischen Kometen sind in Kometenfamilien eingeteilt, die mittlere Aphelentfernung des Kometen entspricht etwa der Entfernung des jeweiligen Planeten von der Sonne:

- Jupiter-Familie: 70 Kometen, Umlaufzeiten 5-11a, mittl. Aphelentfernung: 5,5 AE

- Saturn-Familie: 4 Kometen, Umlaufzeiten 11-18a, mittl. Aphelentfernung: 10,5 AE

- Uranus-Familie: 1 Komet.

Die Planeten über gravitative Einflüse auf diese Kometen aus.



Nach Analyse der Bahndaten langperiodischer Kometen stellte der Astronom J.H. Oort 1950 eine Hypothese über die Herkunft der langperiodischen Kometen auf. Viele langperiodische Kometen besitzen Aphelentfernungen von 50.000 bis 150.000 AE, dies entspricht etwa 0,7 bis 2,2 Lichtjahre. Anders als Planeten, deren Bahnen in einer Ebene, der sog. Ekliptik liegen und die alle die gleiche Umlaufrichtung besitzen, sind die Bahnen langperiodischer Kometen über alle Richtungen verteilt. Er postulierte, daß das Sonnensystem von einer Wolke aus Kometenkernen umgeben ist, deren Anzahl auf ca. 1 Billion geschätzt wird, der sog. Oort'schen Wolke.

Trotz dieser gewaltigen Zahl an Kometenkernen besitzen diese jedoch insgesamt maximal einige Erdmassen. Sie stammen aus der Entstehungszeit des Sonnensystems. Durch nahe Passagen von Sternen können Kometenkerne in das innere Sonnensystem gelangen.

Die Herkunft kurzperiodischer Kometen kann mit der Oort'schen Hypothese nicht hinreichend erklärt werden. Kurzperiodische Kometen besitzen meist die selbe Umlaufrichtung um die Sonne wie die Planeten, ihre Bahnen sind max. 35° gegen die Ekliptik geneigt.

Der Astronom G. Kuiper postulierte ein weiteres Kometenreservoir, das in einer Sonnenentfernung von 35 AE beginnen soll. Dieser sog. Kuiper-Gürtel geht in die Oort'sche Wolke über. Die Zahl der Kometenkerne im Kuiper-Gürtel wird auf 100 Millionen bis 10 Milliarden geschätzt.

Der Übergang von kurzperiodischen Kometen zu Asteroiden ist gleitend. Gelegentlich zeigen als Asreroiden eingestufte Objekte Schweif und Koma. Andererseits verhalten sich z.B. die kurzperiodischen Kometen 28P/Nenjmin 1 und 49P/Arend-Rigaux seit mehreren Umläufen völlig inaktiv.

Fünf als "Centauren" bezeichnete Asteroiden besitzen exzentrische Bahnen mit hohen Aphelentfernungen. Es handelt sich vermutlich um "ausgebrannte" Kometenkerne, die sich in einem Übergangsstadium von Kuiper-Objekt zu kurzperiodischen Kometen befinden. Ihre derzeitigen Bahnen sind nur einige 100.000 Jahre stabil.

Folgende Centauren sind bekannt:

* 2060 Chiron; Aphelentfernung: 18,88 AE

* 1994 TA; Aphelentfernung: 8,5 AE

* 1991 DA; Aphelentfernung 20 AE sowie

* 5145 Pholus (1992 AD) und 1993 HA2; Aphelentfernungen ca. 35 AE.

Echte Mitglieder des Kuiper-Gürtels werden seit 1992 gefunden. Bis 1995 wurden 27 Objekte entdeckt, die sich in zwei Gruppen einteilen lassen: 11 Objekte befinden sich in Entfernungen von 31-36 AE und werden vermutlich durch Neptun gravitativ beeinflußt, 10 Objekte befinden sich in Entfernungen von 40-45 AE.

In jüngster Zeit werden Pluto und sein Mond Charon als größte Mitglieder des Kuiper-Gürtels diskutiert.



Beschreibungen ausgewählter Kometen



Halley'scher Komet (1P/Halley):

Der erste Sichtungsbericht des Halley'schen Kometen stammt aus dem Jahr 1058/57 v. Chr. aus China ("Komet der heller als die Venus leuchtete"), 466 v.Chr. wird er in Griechenland gesichtet.

1066 wird der Komet für die Eroberung Englands durch die Normannen verantwortlich gemacht. Bei der Wiederkehr im Jahr 1301 verwendet ihn Giotto als Vorlage für den Stern von Bethlehem (der mit Sicherheit kein Komet, sondern wahrscheinlich eine "große Konjuktion" von Jupiter und Saturn war) auf einem Fresko. Die europäische Halley-Sonde wird nach ihm benannt. Bei der Wiederkehr im Jahr 1456 verflucht Papst Kalixt III. den Kometen, in dem er einen Agenten des Teufels sieht.

Der Astronom Edmund Halley berechnet bei seiner Wiederkehr 1682 die Bahn des Kometen, stellt die Identität mit den Kometen von 1531 und 1607 fest und sagt seine Wiederkehr für 1759 voraus. Als der Komet tatsächlich 1759 erscheint, wird er nach Halley benannt. 1835 wird er weltweit beobachtet, 1910 geht die Erde durch den Schweif des Halley'schen Kometen. Der befürchtete Weltuntergang findet jedoch, ebenso wie eine Vergiftung der Atmosphäre durch Gase des Kometenschweifes, nicht statt.

Im Gegensatz zu der Begegnung von 1910 ist die Wiederkehr des Kometen 1985/86 aufgrund der ungünstigen Stellung am Himmel für den Beobachter auf der Erde relativ unspektakulär.

Fünf Raumsonden (Giotto, Vega 1, Vega 2, Suisei, Sakigake) erkunden 1986 den Halley'schen Kometen. Die umfangreichsten Ergebnisse werden von der europäischen Raumsonde Giotto gewonnen, die sich dem Kern bis auf 500 km nähert und erstmals hochaufgelöste Bilder eines Kometen zur Erde funkt. Der Durchmesser des Kometenkerns wird zu 16 km * 8 km * 8 km bestimmt.



- Bild: giotto_h.jpg oder halley1.gif: Komet Halley 1986, Giotto, ESA



C/Hyakutake (1996 B2):

Am 30.1.1996 wird der Komet 1996 B2, Hyakutake, entdeckt. Er nähert sich der Erde am 27.3.1996 bis auf 15 Millionen km und erreicht eine scheinbare Helligkeit von 2m. Der Ionenschweif erscheint bläulich, die Koma türkisfarben. Zur Zeit der größten Annäherung beträgt die Schweiflänge mehr als 40°. Der Kometenschweif ist ungewöhnlich strukturreich und schnellen Veränderungen unterworfen. Die Rotationsdauer beträgt ca. 6 Stunden, der Kerndurchmesser wird zu 1-3 km geschätzt.

Dem Röntgensatellit ROSAT gelingt erstmals die Aufnahme eines Kometen im Röntgenlicht.

Seine Umlaufzeit um die Sonne beträgt mehr als 65.000 Jahre, seine Aphel-Distanz ist größer als 1.600 AE.



- Bild: hyakuta2.jpg: Komet Hyakutake im Röntgenlicht, Rosat, NASA



C/Hale-Bopp (1995 O1):

Der Komet Hale-Bopp (1995 O1) wird am 23.7.1995 von den Amateurastronomen A. Hale und T. Bopp zufällig bei Beobachtungen des Kugelsternhaufens M 70 entdeckt. Zur Zeit der Entdeckung befindet er sich noch 1 Milliarde km von der Sonne entfernt, hat jedoch bereits eine Helligkeit von 10,5m. Damit ist er ca. 100 mal heller als der Halley'sche Komet in dieser Sonnenentfernung. Seine Umlaufzeit um die Sonne beträgt ca. 2.550 Jahre. Der Kerndurchmesser beträgt ca. 10-40 km. Seine Rotationsdauer beträgt 11,5 Stunden.

Am 1.4.1997 erreicht Komet Hale-Bopp sein Perihel. Ab Mitte Januar 1997 ist er zunächst am Morgenhimmel, ab März am Abendhimmel ein eindrucksvolles Objekt. Sein Plasma- sowie Staubschweif erreichen eine maximale Größe von je ca. 20°. Seine Maximalhelligkeit liegt um -0,5m. Ab Mitte Mai 1997 ist Hale-Bopp von der Nordhalbkugel aus nicht mehr zu beobachten. Seine visuelle Helligkeit beträgt Mitte Oktober 1997 5m. Er ist von der Südhalbkugel der Erde weiterhin mit bloßem Auge zu beobachten.

Hale-Bopp ist ein Rekordkomet. So ist er 18 Monate mit bloßem Auge zu beobachten, eine Zeit, die von keinem Kometen erreicht wurde. Er war 7 Wochen heller als 0m. Auch diese lange helle Phase wurde von keinem Kometen in der Vergangenheit erreicht.



- Bild: Papierbild von Hale-Bopp, W. Kräling



29P/Schwaßmann-Wachmann 1:

1908 wird der Komet Schwaßmann-Wachmann 1 entdeckt. Er besitzt eine ungewöhnliche nahezu kreisförmige Bahn zwischen Jupiter und Saturn mit einer Periheldistanz von 5,45 AE und einer Apheldistanz von 6,73 AE. Er hat eine Periode von 15,03 Jahren. Als unscheinbares Objekt der 17m bis 18m Größenklasse kann er nur in größeren Teleskopen beobachtet werden. Er zeigt jedoch unvorhersehbare Helligkeitsausbrüche und kann in einer aktiven Phase 11m erreichen.



55P/Temple-Tuttle:

Der Komet Temple/Tuttle wird im Jahr 1865 entdeckt. Er besitzt eine Periode von 32,9 Jahren. Seine Perihel-Entfernung beträgt 0,99 AE, seine Aphel-Entfernung 20,2 AE. Jedes Jahr zwischen dem 15.11. und 20.11. schneidet die Erde die Bahn des Kometen. Aufgrund von Substanzverlusten des Kometen ist seine Bahn mit Materie angereichert. Schneidet die Erde die Bahn, kommt es zu Meteoritenschauern (Leoniden-Meteorstrom). Alle 33 Jahre, wenn der Komet Temple-Tuttle sein Perihel durchläuft, kommt es zu besonders heftigen Meteorschauern. Die erste Aufzeichnung eines heftigen Meteorschauers stammt aus dem Jahr 902. Weitere heftige Schauer sind aus den Jahren 934, 1002, 1101, 1202, 1366, 1533, 1602, 1698, 1799, 1833 und 1866 dokumentiert. Der heftige Schauer von 1866 wurde von H.A. Newton prognostiziert, der die Periodizität von 33 Jahren erkannte. Der bisher stärkste Schauer erfolgte im Jahr 1966 mit eine Fallrate von bis zu 144.000 Meteoriten pro Stunde.

Mit starken Leonidenschauern ist in den Jahren 1998 und 1999 zu rechnen. Der Komet wird im Sommer 1997 wiederentdeckt und durchläuft im Februar 1998 sein Perihel. Der Leonidenschauer im Jahr 1998 trat zu 1 Tag zu früh ein. 1999 liegt laut Voraussage Mitteleuropa in der begünstigten Zone, so daß evtl. ein spektakulares Ereignis stattfinden wird.



Ursprünglich Asteroid 2060 Chiron, heute 95P/Chiron:

1977 entdeckt der Astronom C.T. Kowall ein ungewöhnliches Objekt mit einer Umlaufszeit von 49 Jahren. Im Perihel befindet er sich in Saturn-Entfernung von der Sonne (8,51 AE), im Aphel ist er von der Sonne soweit entfernt wie Uranus (18,88 AE). Seine Bahn ist um 6,9° gegen die Ekliptik geneigt. Chiron durchlief 1996 sein Aphel. Er wurde zunächst als Asteroid klassifiziert.

Seit 1988 zeigt er jedoch einen Schweif, ab 1995 wurden Anzeichen für eine 20.000 km ausgedehnte Koma gefunden. Er ist somit ein sehr großer Komet mit einem Durchmesser von 170 km.



P/Shoemaker-Levy 9 (SL 9):

Am 23.3.1993 entdecken Carolyn und Eugene Schoemaker sowie David H. Levy mehrere lichtschwache Objekte, z.T. mit Schweif, die in Jupiternähe entlang einer Distanz von 164.000 km aufgereiht sind. Bahnbestimmungen ergeben, daß SL 9 sich seit mindestens 1971 auf einem exzentrischen Orbit um Jupiter mit einer Umlaufszeit von 2,05 Jahren und einer Maximalentferung von 36 Mill. km von Jupiter befindet. Bei der nahen Begegnung mit Jupiter um den 8.7.1992 wurde er gravitativ zerrissen. Die weitere Bahnberechnung ergibt, daß die Bruchstücke von SL 9 sich auf Kollisionskurs mit Jupiter befinden und in der Zeit vom 16.7. bis 22.7.1994 einschlagen. Dieses Ereignis wird weltweit beobachtet. Selbst in kleinen Amateurteleskopen sind die Folgen der Einschläge in der Jupiteratmosphäre sichtbar. Der Vergleich der Größe der Kometenbruchstücke vor dem Einschlag und dem Effekt in der Jupiteratmosphäre zeigt keinen Zusammenhang. Dies stützt die Whipple'sche These vom "schmutzigen Schneeball". Offensichtlich besitzen die Bruchstücke sehr heterogene Zusammensetzungen.



- Bild: hst_pr94.gif: Komet SL9, zerfallen in mehrere Teile; HST





Missionen zu Kometen

Der am 12.8.1978 gestartete International Sun Explorer 3 wird durch Swing-By-Manöver mit dem Mond aus der erdnahen Umlaufbahn auf den Weg zum Kometen 21P/Giacobini-Zinner gebracht. Als "International Cometary Explorer (ICE)" passiert er die Koma des Kometen am 11.9.1985.

Der Komet 1P/Halley wird im März 1986 von den Sonden Giotto, Vega 1, Vega 2, Sakigake und Suisei erkundet.

Am 2.7.1992 fliegt die Sonde Giotto in 200 km Entfernung vom Kern des Kometen 26P/Grigg-Skjellerup vorbei.

Im März 1996 untersucht die Asteroidensonde NEAR den Kometen C/Hyakutake.

Am 3.2.1996 passiert die Kometensonde Sakigake den Kern des Kometen 45P/Honda-Mrkos-Pajdusakowa in 10.000 km Abstand.

Die Sonde Suisei soll am 28.2.1998 den Kometen 55P/Temple-Tutte und am 24.11.1998 den Kometen 21P/Giacobini-Zinner passieren.

Die Sonde Sagikake soll am 29.11.1998 am Kometen 21P/Giacobini-Zinner vorbeifliegen.

Die Sonde Stardust soll im Februar 1999 gestartet werden, den Kometen 81P/Wild 2 im Januar 2004 erreichen, auf dem Kometen landen und Kometenmaterial 2006 zur Erde transportieren.

Die Sonde Rosetta soll im Januar 2003 gestartet werden und den Kometen 46P/Wirtanen 2011 erreichen.



Quellen:

Hamilton, C.J. (1997): Views of the Solar System. http://bang.lanl.gov/solarsys

National Space Science Data Center (1997): Planetary Fact Sheets. Comet Fact Sheet. http://nssdc.gsfc.nasa.gov/planetary/factsheet

National Space Science Data Center (1997): NSSDC Master Catalog Spacecraft. http://nssdc.gsfc.nasa.gov/cgi-bin/database

dtv-Atlas zur Astronomie (1990). DTB-Verlag, München, 10. Auflage



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Dies ist eine Leseprobe. Dieser Beitrag (mit Bildern) erscheint in der Enzyclopädie für Naturwissenschaft und Technik.


Herausgeber der Enzyclopädie für Naturwissenschaft und Technik (EN&T) ist der ecomed-Verlag, Rudolf-Diesel-Str. 3, D-8689 Landsberg (http://www.ecomed.de/journals.htm)





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