Rosetta in der Umlaufbahn

Die aktuellsten Bilder, die am Sonntag, 3. August, mithilfe des wissenschaftlichen Kamerasystems OSIRIS aufgenommen wurden, zeigen eine Welt von bizarrer Schönheit – mit steil abfallenden Hängen, auffälligen Vertiefungen und weiten Ebenen.

„Nach fast zehnjährigem Anflug auf 67P kommt es mir fast unwirklich vor, nun tatsächlich angekommen zu sein“, sagt Holger Sierks vom Göttinger Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung, Leiter des OSIRIS-Teams. „Heute beginnt für Rosetta und für uns ein völlig neues Kapitel, von dem wir schon jetzt wissen, dass es die Kometenforschung revolutionieren wird.“

Die räumliche Auflösung der jüngsten Bilder, die aus einer Entfernung von 285 Kilometern aufgenommen wurden, übertreffen mit 5,5 Metern pro Pixel alle Aufnahmen von Kometenoberflächen, die im Rahmen früherer Weltraummissionen gelungen waren. „Es ist erstaunlich, wie abwechslungsreich diese Oberfläche ist“, sagt Sierks. „In dieser Detailschärfe haben wir so etwas noch nie gesehen.“

Neben starken Helligkeitsunterschieden auf der Oberfläche frappieren vor allem scharfkantige Strukturen, die nun zu Tage treten. Die Aufnahmen deuten auf tiefe Steilhänge und auffällig hervortretende Strukturen hin. Gleichzeitig finden sich ausgedehnte Flächen, die geradezu glatt wirken. „Ob diese Gebiete tatsächlich eben und glatt sind, können wir zu diesem Zeitpunkt noch nicht sagen“, meint der Max-Planck-Forscher. „Die aktuellen Aufnahmen zeigen uns lediglich, dass die Oberflächenstrukturen dort unterhalb unserer Auflösungsgrenze liegen.“

Die Wissenschaftler vermuten, dass die Aktivität des Kometen seine bizarren Landschaften geformt hat. Wenn Schweifsterne sich auf ihren Umlaufbahnen durch das Planetensystem der Sonne nähern, verdampfen leicht flüchtige Stoffe von ihrer Oberfläche und reißen Fontänen aus Staub mit sich. Sind diese Staubteilchen zu schwer oder zu langsam, um das Schwerefeld des Kometen zu verlassen, fallen sie zurück zur Oberfläche, wo sie sich stellenweise ansammeln.

Von Komet 67P glauben die Fachleute, dass er erst wenige Male ins innere Sonnensystem und somit in Sonnennähe vorgedrungen ist. Ob die Strukturen, die sich in den neuen Bildern zeigen, tatsächlich bei diesen Vorstößen entstanden sind, soll der weitere Missionsverlauf zeigen.

In den nächsten Monaten wird sich Rosetta der Oberfläche des Kometen auf weniger als zehn Kilometer annähern. Eines der Hauptziele wird es zunächst sein, einen geeigneten Landeplatz für die Landeeinheit Philae zu finden. Diese soll im Herbst dieses Jahres auf der Oberfläche des Kometen aufsetzen. Danach wird Rosetta „ihren“ Kometen noch bis Ende 2015 auf seinem Weg durch das innere Sonnensystem begleiten. „Wir haben dadurch die einzigartige Möglichkeit mitzuverfolgen, wie die Aktivität des Kometen seine Oberfläche formt und verändert“, sagt Holger Sierks.

Schon in den Wochen der Annäherung an 67P/Churyumov-Gerasimenko hatten die Instrumente an Bord der Raumsonde wertvolle Beobachtungen und Messungen zur Erde übermittelt. Ende April etwa hatten die OSIRIS-Bilder einen deutlichen Anstieg der Staubproduktion von 67P gezeigt. Damals betrug der Abstand zwischen Raumsonde und Komet mehr als zwei Millionen Kilometer. Ein Pixel in den Bildern entsprach am Kometenkern einer Region von 2500 Quadratkilometern.

Das Licht, das alle Staubteilchen in dieser Säule reflektieren, addierte sich zum Signal. Die aktuellen, vor einigen Tagen aufgenommenen Bilder lösen den Kometen und seine Umgebung räumlich zwar erheblich besser auf, doch dadurch trägt auch eine viel kleinere Region mit naturgemäß deutlich weniger Staubteilchen zu einem Pixel bei.

Dennoch zeigen Daten vom 25. Juli eine ausgedehnte Koma, die den Kern von 67P umgibt. Nähern sich Kometen der Sonne, verdampfen leichtflüchtige Stoffe von ihrer Oberfläche und reißen Staubteilchen  mit sich. Dieser Staub umhüllt den Kometen. „Unsere Bilder der Koma überdecken 150 mal 150 Quadratkilometer“, sagt Luisa Lara vom Instituto de Astrofísica de Andalucía. Diese Aufnahmen zeigen höchstwahrscheinlich jedoch nur den inneren Bereich der Koma, in dem die Teilchendichten am höchsten sind. Wissenschaftler erwarten, dass die vollständige Koma deutlich größer ist.

Derweil bestätigen neue Aufnahmen des Kometenkerns das bandartige Aussehen der Halsregion. Diese Region, die den Kopf des Kometen mit dem Körper verbindet, erscheint heller als andere Bereiche auf der Oberfläche. Die Ursache dafür ist Gegenstand wissenschaftlicher Diskussionen. Mögliche Erklärungen reichen von Unterschieden in Material und Korngröße bis zu topografischen Effekten.

„Dieser Komet scheint völlig anders zu sein als jeder andere, den wir zuvor gesehen haben“, sagt OSIRIS-Projektmanager Carsten Güttler vom Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung. „Die Bilder erinnern mich vage an ein Quietscheentchen“, fügt er lachend hinzu. Wie 67P diese entenförmige Gestalt erhielt, ist noch unklar. Die Wissenschaftler hoffen, in den nächsten Monaten mehr über die physikalischen und mineralogischen Eigenschaften des Körpers zu erfahren. Diese könnten helfen zu klären, ob der Kopf und der Körper des Kometen ursprünglich zwei getrennte Objekte waren.

Um einen genaueren Eindruck von diesem einzigartigen Objekt zu erhalten, interpolieren die Forscher die aufgenommen Bilddaten. Das erzeugt eine geglättete Form. „Solch prozessierte und gefilterte Aufnahmen enthalten aber natürlich noch Unsicherheiten. Zudem wird die Oberfläche des Kometen in Wirklichkeit nicht so glatt sein, wie sie sich in solchen Rechnungen darstellt“, erklärt Güttler.

Die Bilder erinnern die Wissenschaftler an den Kometen 103P/Hartley. Die NASA-Mission Epoxi hatte diesen Körper im Jahr 2010 im Vorbeiflug besucht. Während die Enden des länglichen Kometenkerns eine raue Oberfläche aufweisen, erscheint die Mitte glatter. Forscher glauben, dass sich in dieser Taille Material ablagert, das zunächst emittiert wurde, dann aber den Einfluss des Schwerefelds des Kometen nicht verlassen konnte. Im Bereich der Taille befindet sich der Masseschwerpunkt von 103P/Hartley.

Ob diese Überlegungen auch auf den Halsbereich von 67P zutreffen, ist noch unklar. Das OSIRIS-Team hofft, in den nächsten Wochen aus der Umlaufbahn spektrale Daten des Kamerasystems zu erhalten. Mithilfe verschiedener Filter kann OSIRIS mehrere Wellenlängenbereiche aus dem reflektierten Licht herausfiltern. Auf diese Weise lassen sich charakteristische Fingerabdrücke bestimmter Materialien oder Zusammensetzungen identifizieren.

Zudem modelliert das Team derzeit die dreidimensionale Form des Kometenkerns aus den Kameradaten. Ein solches Modell kann helfen, einen besseren Eindruck von der Gesamtgestalt des Körpers zu gewinnen.

Koma und zweigeteilter Kern sind nicht die einzigen bemerkenswerte Beobachtungen am Schweifstern. Bereits am 6. Juni hatte das Instrument MIRO Wasserdampf identifiziert, den der Kern in den Weltraum bläst. Damals trennten Churyumov-Gerasimenko noch 583 Millionen Kilometer von der Sonne. Seitdem konnte das Instrument jedes Mal, wenn es in Betrieb und auf den Kometen gerichtet war, das Gas identifizieren. „Wir wussten, dass wir das Ausgasen von Wasserdampf würden beobachten können. Allerdings waren wir überrascht, wie früh wir das Gas entdeckt haben“, sagt Sam Gulkis vom Jet Propulsion Laboratory der US-amerikanischen Weltraumagentur NASA, der Leiter der MIRO-Gruppe.

Neben Kohlenmonoxid, Methanol und Ammoniak ist Wasser einer der wichtigsten flüchtigen Bestandteile eines Kometen. Nähert sich der Schweifstern der Sonne, verdampfen diese Gase von seiner Oberfläche und speisen die sogenannte Koma, eine Hülle aus Gas und mitgerissenem Staub. MIRO, das Mikrowellen-Instrument des Rosetta-Orbiters, vermag diese Gase zu identifizieren und ihre Produktionsraten zu bestimmen. Dafür analysiert das Instrument die Mikrowellenstrahlung, die von den Gasmolekülen ausgeht. Wasser und andere Stoffe prägen dem Licht in diesem Wellenlängenbereich charakteristische Fingerabdrücke auf.

„Die Signale, die Wassermoleküle in unseren Messdaten hinterlassen, sind besonders gut zu detektieren“, sagt Paul Hartogh vom Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung, unter dessen Leitung der Chirp Transform Spektrometer von MIRO entwickelt und gebaut wurde. „Das Instrument ist dafür besonders empfindlich.“ Die Wissenschaftler erwarten, dass 67P/Churyumov-Gerasimenko auch andere Gase, die bei geringeren Temperaturen als Wasser sublimieren, ausgast. Aus der aktuellen Entfernung zwischen Raumsonde und Komet lassen sich diese jedoch noch nicht aufspüren.

Der Nachweis von Wasserdampf aus solch großer Entfernung ist nach Hartoghs Worten ein eindrucksvoller Beweis der Leistungsfähigkeit von MIRO. Der Forscher findet einen anschaulichen Vergleich: Das sei so, als würde man von der Erde aus das Verdampfen einer Tasse heißen Tees auf dem Mond entdecken.

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