Komet

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Kern des Halleyschen Kometen; aufgenommen von der Raumsonde Giotto 1986

Ein Komet (v. griechisch kométes Haarstern, abgeleitet von komé Haupthaar) oder Schweifstern ist ein kleiner Himmelskörper, der sich auf stark elliptischen Bahnen um die Sonne bewegt und zumindest in den sonnennahen Teilen seiner Bahn eine durch Ausgasen erzeugte Koma aufweist.

Übersicht

Kometen bestehen aus einem meist nur einige Kilometer großen Kern, aus dem sich bei hinreichender Sonnennähe eine bis zu 100.000 km grosse diffuse, neblige Hülle entwickelt, die Koma, die den Kern umgibt. Kern und Koma bezeichnet man auch als Kopf des Kometen. Ungefähr innerhalb der Marsbahn bildet sich der Schweif, der eine sichtbare Länge von 10 bis 100 Millionen Kilometern erreichen kann.

Die wissenschaftliche Beschäftigung mit Kometen kann man mit der Entdeckung Tycho Brahes ansetzen, dass Kometen keine Erscheinungen der irdischen Atmosphäre sind (siehe auch Kometenforschung). In früheren Zeiten wurden Kometen häufig als Schicksalsboten oder Zeichen der Götter angesehen - aber selbst heute wird diese Auffassung noch von Einzelnen vertreten (siehe auch Hale-Bopp, Heaven's Gate).

Charakterisierung

Kometen werden aufgrund ihrer Umlaufzeiten in langperiodische und kurzperiodische Kometen eingeteilt.

• Langperodische Kometen mit einer Umlaufzeit von mehr als 200 Jahren (bis zu 100 Millionen Jahren) kommen vermutlich aus der Oortschen Wolke, ihre Bahnneigungen sind statistisch verteilt und sie umlaufen die Sonne sowohl im gleichen Umlaufsinn wie die Planeten als auch retrograd. Die Exzentritäten ihrer Bahnen liegen nahe bei eins, die Kometen sind in der Regel aber noch durch die Schwerkraft an die Sonne gebunden. Exzentritäten grösser als eins (Hyperbelbahnen) werden in seltenen Fällen durch Störungen der großen Planeten hervorgerufen. Diese Kometen kehren nicht mehr in Sonnennähe zurück, sondern verlassen das Sonnensystem.

• Kurzperiodische Kometen mit Umlaufzeiten kleiner als 200 Jahre stammen vermutlich aus dem Kuipergürtel. Sie bewegen sich meist im üblichen Umlaufsinn und ihre Bahnneigung liegt im Mittel bei etwa 20°, sie liegen also in der Nähe der Ekliptik. Bei mehr als der Hälfte der kurzperiodischen Kometen liegt der größte Sonnenabstand (Aphel) in der Nähe der Jupiterbahn bei 5 und 6 Astronomischen Einheiten (Jupiter-Familie). Es handelt sich dabei um ursprünglich längerperiodische Kometen, deren Bahnen durch den gravitativen Einfluss des Jupiter verändert wurden.

Benennung

Neu entdeckte Kometen erhalten von der Internationalen Astronomischen Union zuerst einen Namen, der sich aus dem Entdeckungsjahr und einem grossen Buchstaben zusammensetzt, der beginnend mit A am 1. Januar und B am 16. Januar im Halbmonatsrhythmus nach dem Zeitpunkt der Entdeckung festgelegt ist. Zusätzlich kommt noch eine Ziffer, damit man mehrere Kometen im halben Monat unterscheiden kann. Sobald die Bahnelemente des Kometen genauer bestimmt sind, wird dem Namen nach der folgenden Systematik ein weiterer Buchstabe vorangestellt:

P				die Umlaufzeit ist kleiner als 200 Jahre (Periodischer Komet)
C				die Umlaufzeit ist größer als 200 Jahre
X				die Bahn ist nicht bestimmbar
D				Periodischer Komet, der verlorenging oder nicht mehr existiert
A				man stellt nachträglich fest, daß es sich nicht um einen Kometen, sondern um einen Asteroiden handelt

Der Komet Hyakutake zum Beispiel wird auch unter der Bezeichnung C/1996 B2 geführt. Hyakutake war also der zweite Komet, der in der zweiten Hälfte des Januars 1996 entdeckt wurde. Seine Umlaufzeit ist größer als 200 Jahre

Üblicherweise wird ein Komet zusätzlich nach seinen Entdeckern benannt, so ist z.B. Shoemaker-Levy 9 der neunte Komet, den Eugene und Carolyn Shoemaker zusammen mit David Levy entdeckt haben.

Aufbau

Kern

In grosser Entfernung von der Sonne bestehen Kometen nur aus dem Kern, der im wesentlichen aus gefrorenem Wasser, Methan und Ammoniak mit Beimengungen aus meteoritenähnlichen kleinen Staub- und Mineralienteilchen (z.B. Silikate, Nickeleisen) besteht, man bezeichnet Kometen deshalb häufig als schmutzige Schneebälle (dirty snowballs). Aus Beobachtungen der Raumsonde Giotto am Kometen Halley weiss man, dass Kometen von einer schwarzen Kruste umgeben sind, die nur ca. 4 % des Lichts reflektiert (Albedo) - obwohl Kometen als spektakuläre Leuchterscheinungen beobachtet werden, sind ihre Kerne somit ironischerweise die schwärzesten Objekte des Sonnensystems (zum Vergleich: Asphalt reflektiert ca. 7 % des Lichts).

Da nur kleine Regionen des Kerns ausgasen (siehe weiter unten unter Koma), geht man nach neueren Vorstellungen davon aus, das die Oberfläche von Gesteinsschutt bedeckt wird. Diese Schicht besteht aus Gesteinsbrocken, die zu schwer sind, um die gravitative Anziehung des Kerns zu überwinden. Giotto entdeckte auch winzige Partikel, die reich an den Elementen Kohlenstoff (C), Wasserstoff (H), Sauerstoff (O) und Stickstoff (N) sind und deswegen auch CHON-Partikel genannt werden. Diese könnten aus einer dünnen Russschicht stammen, die die Oberfläche Kerns überzieht und damit die niedrige Albedo erklären würde. Nähere Informationen soll die aktuelle Rosettamission liefern.

Koma

Sobald ein Komet bei der Annäherung an die Sonne einen Abstand unterschreitet, der etwa der Bahn des Jupiters entspricht (ca. 5 AE), bildet sich die schalenförmige Koma, die in Kernnähe auch strahlenartige Strukturen zeigt. Sie entsteht durch Sublimation leicht flüchtiger Substanzen auf der sonnenzugewandten Seite, die ins Eis eingebette Staubteilchen mitreissen. Nach den Beobachtungen der Sonde Giotto findet diese Sublimation nur an etwa 10 bis 15 % der Kometenoberfläche statt, die flüchtigen Substanzen entweichen offenbar nur an brüchigen Stellen der schwarzen Kruste. Die an diesen Stellen entweichenden Muttermoleküle bilden die innere Koma. Durch weitere Aufheizung, Ionisation und Dissoziation vergrößert sich die Koma weiter und bildet die sichtbare Koma aus Ionen und Radikalen. Außerhalb befindet sich noch ein atomarer Wasserstoffhalo (Durchmesser beim Kometen Hale-Bopp: 150 Millionen Kilometer), der im Ultravioletten strahlt und deswegen auch UV-Koma genannt wird. Diese UV-Koma ist aber nur von Satelliten aus detektierbar, da die atmosphärische Ozonschicht UV-Strahlung abblockt.

Schweif

Die Bestandteile der Koma werden durch Strahlungsdruck und Sonnenwind "weggeblasen", so dass sich etwa innerhalb der Marsbahn ein Schweif ausbildet, oder exakter zwei Schweife:

• Ein schmaler, langgestreckter Schweif (Typ-I Schweif)
  Dieser Schweif besteht im wesentlichen aus Molekülionen und wird auch Plasmaschweif genannt. Für diese Teilchen reicht der Strahlungsdruck als Erklärung nicht aus, so dass Ludwig Biermann 1951 eine von der Sonne ausgehende Partikelstrahlung (heute Sonnenwind genannt) als Erklärung hierfür postulierte. Heute geht man davon aus, das die kometaren Ionen durch das solare Magnetfeld angetrieben werden, das durch den Sonnenwind mittransportiert wird.
• Ein diffuser, gekrümmter Schweif (Typ-II Schweif), im wesentlichen aus Staubteilchen bestehend
  Kleine Staubteilchen werden durch den Strahlungsdruck der Sonne beeinflusst. Dieser Strahlungsdruck hat zwei Komponenten:

  

  Hale-Bopp, aufgenommen von Peter Barvoets am 1. April 1997

  • Eine radiale Komponente, die der Gravitationskraft entgegengerichtet ist und wie diese quadratisch mit der Entfernung zur Sonne abnimmt. Dies wirkt wie eine effektive Abnahme der solaren Gravitationskraft und die Staubteilchen bewegen sich deshalb auf "Pseudo-Keplerbahnen", die sich aber für verschieden grosse Teilchen unterscheiden, da der Strahlungsdruck auch von der Grösse der Staubteilchen abhängig ist. Dies führt zu einer relativ starken Auffächerung des Staubschweifs im Vergleich zum Plasmaschweif.
  • Die andere Komponente des Strahlungsdruckes ist gegen die Bewegungsrichtung der Staubteilchen gerichtet und führt somit zu einer Abbremsung von Teilchen, die grösser als die Wellenlänge des Lichtes sind (~0,5 µm). Diese Teilchen spiralen langfristig genauso wie der sonstige interplanetare Staub in die Sonne (Poynting-Robertson-Effekt).

Die angesichts der geringen Größe des Kometenkerns enorme Helligkeit der Schweife erklärt sich durch den erheblichen Zuwachs an leuchtendem Material. Im Fall des Staubschweifs beruht er auf dem Oberflächenzuwachs durch die Staubbildung. Im Fall des Gasschweifes kann durch die Vergasung jedes Atom oder Molekül betragen und nicht nur die an der Oberfläche des Kometenkerns, was einem Zuwachs um viele Größenordnungen entspricht.

Entstehung

Der hohe Anteil an leicht flüchtigen Substanzen (z.B. Wasser und Kohlenmonoxid) bedeutet, das die Kometenkerne im äusseren Bereich des Sonnensystems entstanden sein müssen. Die Planetesimale aus dem Bereich der äusseren Planeten, die nicht durch die Gasriesen aufgesammelt wurden, wurden dabei zu einem großen Teil so stark gestreut, dass sie das Sonnensystem verliesen. Nur etwa 10 % bilden die Oortsche Wolke. Die Objekte jenseits der Neptunbahn unterlagen diesem Streuprozess nicht und bilden den Kuipergürtel.

Da Kometen mit jedem Umlauf um die Sonne einen Teil ihrer Masse verlieren, haben sie nur eine endliche Lebensdauer, die deutlich kürzer ist als das Alter des Sonnensystems. Bei ihrem Durchgang durch das Innere des Sonnensystems werden die langperiodischen Kometen zudem von den grossen Planeten, vor allem von Jupiter, so stark gestreut, dass sie nur auf den ersten paar Durchgängen als ehemalige Mitglieder der Oortschen Wolke identifiziert werden können. Es ist also ein Mechanismus notwendig, der die heute noch sichtbaren Kometen aus ihren sonnenfernen Bahnen in Sonnennähe bringt. Für die kurzperiodischen Kometen aus dem Kuipergürtel vermutet man hierfür Kollisionen originärer Kuipergürtelobjekte, wodurch Bruchstücke ins Innere des Sonnensystems gelangen. Der Streuprozess langperiodischer Kometen ist noch nicht bekannt, es wird allerdings häufig der Einfluss vorbeiziehender Sterne oder noch nicht entdeckte Planeten (Planet X) bzw. ein noch unbekannter Begleitstern der Sonne (Nemesis) als Ursache genannt.

Verschiedenes

Abgrenzung zu anderen Himmelskörpern

Die Unterscheidung zwischen Asteroiden und Kometen ist nicht immer ganz eindeutig. Man vermutet, dass einige der als Asteroiden klassifizierten Objekte mit stark elliptischen Bahnen, z.B. die Centauren, "ausgebrannte" Kometenkerne sind, die von einer dicken Schicht nichtflüchtige Substanzen bedeckt sind. Andererseits wird das ursprünglich als Asteroid 2060 Chiron eingestufte Objekt seit der Entdeckung einer Koma als Komet klassifiziert und gemäss der Kometennomenklatur 95P/Chiron genannt.

Heute wird der Begriff Komet sowohl im populärwissenschaftlichen als auch im wissenschaftlichen Sprachgebrauch entgegen seiner ursprünglichen Definition oft für alle "eisigen" Kleinplaneten verwendet. Beispiele sind Objekte des Kuipergürtels und der Oortschen Wolke, die zwar leichtflüchtige Substanzen enthalten, aber trotzdem keine Koma bilden, da sie aufgrund ihrer Entfernung von der Sonne nie stark genug erwärmt werden. Von solchen Objekten wird aber angenommen, dass ihr Aufbau eher den Kometenkernen gleicht als den Asteroiden aus dem Asteroidengürtel. Erst bei Periheldistanzen innerhalb der Jupiterbahn ist die Sonnenstrahlung stark genug, dass durch einen Sublimationsprozess eine Koma gebildet werden kann.

Meteorströme und Meteoriten

Die Teilchen des Staubschweifs verteilen sich entlang der Kometenbahn um die Sonne. Wie Giovanni Schiaparelli gezeigt hat, treten Meteorströme auf, wenn die Erde diese Bahn kreuzt. Bekannte Meteorströme sind die Leoniden oder die Perseiden.

Diese Ströme sind als Sternschnuppen leicht beobachtbar. Es fällt also Kometenmaterial auf die Erde, aber es wurden bisher noch keine Meteoriten entdeckt, die zweifelsfrei von Kometen stammen. Für einige sehr seltene Meteoritentypen, wie etwa die CI-Chondriten, wurde zwar eine Verbindung zu Kometen vorgeschlagen, ein Beweis konnte allerdings bisher noch nicht erbracht werden. Auch Mikrometeoriten stammen überwiegend aus dem Asteroidengürtel, obwohl auch hier eine kometare Komponente diskutiert wird. Bisher steht also kein Material für Forschungen zur Verfügung, das definitiv kometaren Urspungs ist. Da die direkte Untersuchung von Kometenmaterial aber sehr wichtig für das Verständnis der Entstehung unseres Sonnensystem ist, sind Raumsonden wie Rosetta oder Stardust sehr wichtig, sie können das Material vor Ort untersuchen oder sogar Proben zur Erde zurückbringen.

Besonders erwähnenswerte Kometen

• Der Enckesche Komet hat mit 3,31 Jahren die kürzeste Umlaufzeit aller bekannten Kometen, kann aber nicht mehr mit blossem Auge beobachtet werden.
• Der Komet Hale-Bopp war von 1996 bis 1997 mehr als 18 Monate mit blossem Auge sichtbar und hält damit den Rekord unter allen bekannten Kometen.
• Der Halleysche Komet war der erste Komet, der als periodisch erkannt wurde (von Edmond Halley) und dessen Kern von einer Raumsonde fotographiert werden konnte.
• Der Komet Wild 2 ist der erste Komet, aus dessen Koma von einer Sonde Teilchen eingesammelt wurden, die im Jahre 2006 zur Erde zurückgebracht werden sollen.
• Auf dem Kometen 67P/Churyumov-Gerasimenko soll 2014 erstmals eine Sonde landen (Rosetta-Mission)

Weitere Kometen, siehe Liste der Kometen

Kometen und der Stern von Bethlehem

Als Folge einiger eindrucksvoller Kometenerscheinungen wurde im 16. und 17. Jahrhundert ein Komet als Erklärung für den in der Bibel erwähnten Stern von Bethlehem vorgeschlagen. Von den heute bekannten Kometen war keiner zur fraglichen Zeit (7-4 v.Chr.) am Himmel sichtbar, obwohl Chinesische Astronomen von einem Kometen im Jahr 5 v.Chr. berichten. Dies war aber ein eher unspektakuläres kleines Objekt und deshalb wahrscheinlich nicht mit dem Stern von Bethlehem identisch. In früheren Zeiten galt ein Komet zudem meist als Unheilsbote und wäre kaum als Ankündigung für die Geburt des Sohns Gottes gedeutet worden.

Siehe auch: Kometenforschung - Portal Astronomie - Astronomische Objekte - Meteoroid - Perseiden - Leoniden - Chiron (Planetoid)

Weblinks

• Kometen Einführung
• Kometen
• IAU - "Offizielle" Astronomische Namen
• Observable Comets (engl.)
• General Comet Info (engl.)

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