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Komet

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Datei:HalleyKern.jpg
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 zumindestens in den sonnennahen Teilen seiner Bahn eine durch Ausgasen erzeugte Koma aufweist.

Die Unterscheidung zwischen Asteroiden und Kometen ist nicht immer ganz eindeutig. So dürften einige der als Asteroiden klassifizierten Objekte mit stark elliptischen Bahnen, z.B. die Centauren, "ausgebrannte" Kometenkerne sein bei denen nur noch die nichtflüchtigen Feststoffe vorhanden sind. Andererseits wird das ursprünglich als Asteroid 2060 Chiron klassifizierte Objekt seit der Entdeckung einer Koma als Komet klassifiziert und wird jetzt gemäss der Kometennomenklatur 95P/Chiron genannt. Oft wird der Begriff Komet, etwas ungenau und entgegen seiner eigentlichen Definition, für alle "eisigen" Kleinplaneten verwendet, also z.B. auch für solche Objekte des Kuipergürtels welche nie ins Innere des Sonnensystems gelangen und deswegen auch keine Koma bilden. Solche Objekte werden aber genaugenommen erst zu "echten" Kometen, wenn sie durch gravitative Störungen auf Bahnen gebracht werden, deren sonnennächster Punkt innerhalb der Jupiterbahn liegt. Dort ist die Sonnenstrahlung stark genug um sie genügend aufzuwärmen, so dass sie ausgasen und eine Koma bilden.

Kometen bestehen (in Sonnennähe) aus einem meistens nur mehrere Kilometer grossen Kern, den eine bis zu 100.000 km grosse diffuse, neblige Hülle (die Koma) 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.

Physikalische Eigenschaften

In grosser Entfernung von der Sonne bestehen Kometen nur aus dem Kern, der im wesentlichen aus gefrorenem Wasser, Methan und Ammoniak mit Beimengungen aus meteoritenähnlichem kleinen Staub- und Mineralienteilchen (z.B. Silikate, Nickeleisen) besteht, man bezeichnet Kometen deshalb häufig als dreckige 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) - Kometen sind somit ironischerweise die schwärzesten Objekte des Sonnensystems (zum Vergleich: Asphalt reflektiert ca. 7 % des Lichts). Nähere Informationen sollen die aktuellen Kometenmissionen (z.B. Rosetta) liefern. Nach neueren Vorstellungen ist die Oberfläche von Kometen überzogen mit einer dunklen Substanz, die aus den Elementen Kohlenstoff (C), Wasserstoff (H), Sauerstoff (O) und Stickstoff (N) (deswegen auch CHON genannt) besteht.

Wenn ein Komet ungefähr die Jupiterbahn kreuzt (ca. 5 AE), bildet sich die schalenförmige Koma, die in Kernnähe auch strahlenartige Strukturen zeigt. Sie entsteht durch Sublimation leicht flüchtiger Substanzen, die auch ins Eis eingebette Staubteilchen mitreissen. Dies findet auf der sonnenzugewandten Seite statt, wo die flüchtigen Substanzen offenbar nur an brüchigen Stellen der schwarzen Kruste entweichen. Die Sonde Giotto hat gezeigt, dass an nur etwa 5 % der Kometenoberfläche Material entweicht. 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 eine atomarer Halo, der im Ultravioletten sichtbar ist und deswegen auch UV-Koma genannt wird. Bei besonders hellen Kometen wurden Wasserstoffhalos mit einer Grössen von einigen zehn Millionen Kilometern nachgewiesen.

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

  • Ein diffuser, gekrümmter Schweif (Typ-II Schweif), im wesentlichen aus Staubteilchen bestehend.
    Kleine Staubteilchen werden durch den Strahlungsdruck der Sonne beeinflusst. Dieser Strahlungsdurck hat zwei Komponenten. Eine radiale Komponente welche der Gravitationskraft entgegengericht ist und wie diese quadratisch mit der Entfernung zur Sonne abnimmt. Das wirkt wie eine effektive Abnahme der solaren Gravitationskraft und die Staubteilchen bewegen sich deshalb auf "Pseudo-Keplerbahnen". Da der Strahlungsdruck auch von der Grösse der Staubteilchen abhängt, sind diese "Pseudo-Keplerbahnen" aber für verschieden grosse Teilchen unterschiedlich. Deswegen fächert sich der Staubschweif im Vergleich zu Ionenschweif relativ stark auf. Die andere Komponente des Strahlungsdruckes ist gegen die Bewegungsrichtung des Staubteilchens gerichtet und bewirkt, dass Teilchen welche grösser als die Wellenlänge des Lichtes sind (~0,5 µm) langfristig, genauso wie der sonstige interplanetare Staub, in die Sonne spiralen (Poynting-Robertson-Effekt).
  • Ein schmaler langgestrekter 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 von Ludwig Biermann 1951 eine Partikelstrahlung, heute Sonnenwind genannt, als Erklärung postuliert wurde.

Charakterisierung der Kometen

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 und dem Kuipergürtel, ihre Bahnneigungen sind statistisch verteilt und sie umlaufen die Sonne sowohl direkt 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 erzeugt, sie kehren nicht mehr in Sonnennähe zurück, sondern verlassen das Sonnensystem.
  • Kurzperiodischer Kometen mit Umlaufzeiten kleiner als 200 Jahren bewegen sich meist direkt mit einer mittleren Bahnneigung von ungefähr 20°, sie liegen also in der Nähe der Ekliptik. Bei mehr als der Hälfte der kurzperiodischen Kometen liegt der grösste Sonnenabstand in der Nähe Jupiterbahn bei 5 und 6 Astronomischen Einheiten (Jupiter-Familie). Sie werden durch langperiodische Kometen gebildet, deren Bahnen durch den gravitativen Einfluss des Jupiter oder anderer Planeten geändert wurden.

Der Enckesche Komet hat mit 3.31 Jahren die kürzeste Umlaufzeit aller bekannten Kometen, kann aber nicht mehr mit blossem Auge beobachtet werden.

Benennung der Kometen

Neu entdeckte Kometen erhalten von der Internationalen Astronomischen Union zuerst einen vorläufigen Namen. Dieser setzt sich aus dem Entdeckungsjahr und einem grossen Buchstaben zusammen, die beginnend mit A am 1. Januar und B am 16. Januar im Halbmonatsrhythmus nach dem Zeitpunkt der Entdeckung festgelegt werden. Zusätzlich kommt noch eine Ziffer, damit man mehrere Kometen im halben Monat unterscheiden kann.

Sobald die Bahnelemente des Kometen genauer bestimmt sind, wird dem vorläufigen 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

Sobald die Bahn verifiziert ist, wird er 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).

bekannte Kometen

Siehe Liste der Kometen

Entstehung

Es wird vermutet, dass Kometen nahezu unverändere Objekte aus der Entstehungszeit des Sonnensystem sind. Kometen wären damit übrgiggebliebene Planetesimale, die nicht mehr von Planeten "aufgesammet" wurden und entweder im Bereich des Kuipergürtels und der Oortschen Wolke entstanden sind oder von Jupiter aus dem Inneren des Sonnensystems in die äusseren Bereiche geschleudert wurden.

Kometen verlieren mit jedem Umlauf um die Sonne einen Teil ihrer Masse, sie haben somit eine endliche Lebensdauer. Daher ist ein Mechanismus notwendig, der die heute noch sichtbaren Kometen aus sonnenfernen Bahnen in Sonnennähe bringt. Man vermutet, daß die Bahnen der Kometen der Oortschen Wolke durch den Einfluss vorbeiziehender Sterne gestört werden, so dass einige ins Innere des Sonnensystems gelangen. Einen vergleichbaren Einfluss auf die Kometen des Kuipergürtels könnten die äusseren Planeten und Plutinos haben.

Meteorströme und Meteoriten

Die vom Kometen weggerissenen Festteilchen verteilen sich entlang seiner Bahn um die Sonne. Kreuzt die Erde die Bahn eines Kometen treten Meteorströme auf. Bekannte Meteorströme sind etwa die Leoniden oder die Perseiden.

Da also offensichtlich Material von Kometen auf die Erde fällt, ist es umso verwunderlicher, dass bisher noch keine Meteoriten entdeckt wurden welche nachweislich von Kometen stammen. Mittlerweile steht fest, dass fast alle Meteorite aus dem Asteroidengürtel und einige wenige vom Mond oder dem Mars stammen. Bei einigen sehr seltenen Typen von Meteoriten, wie etwa den CI-Chondriten wurde ein Verbindung zu Kometen vorgeschlagen. Der endgültige Beweis blieb bisher jedoch aus. Auch Mikrometeorite stammen überwiegend aus dem Asteroidengürtel, obwohl auch hier eine kometare Komponente diskutiert wird.

Geschichte der Kometenforschung

Bis zum 16. Jahrhundert betrachtete man Kometen als atmosphärische Erscheinung. Erst Tycho Brahe konnte durch genaue Untersuchungen der Kometen von 1577 und 1585 zeigen, daß sich Kometen jenseits der Mondbahn befinden. Nachdem Isaac Newton mit seiner neuen Gravitationstheorie nachwies, daß sich Kometen auf langgestreckten Ellipsen bewegen, verfeinerte Edmond Halley die Methotik und bestimmte die Bahnperiode des Kometen von 1682 zu ungefähr 76 Jahren und zeigte damit, übereinstimmend mit den Kometenerscheinungen von 1531 und 1607 - damit konnte er erstmals das Wiederkehren eines Kometen für 1758 vorhersagen.

Der nächste Komet mit einem periodischen Orbit wurde von Johann Franz Encke gefunden - für den Kometen von 1821 fand er eine Umlaufdauer von 3.3 Jahren. Die Bahn des Enckeschen Komets wurde in der Folge regelmässig vermessen, und man stellte hierbei erstmals Abweichungen vom Newtonschen Gravitationsgesetz fest.

Über die Natur der Kometen wurde lange spekuliert, aber erst Friedrich Wilhelm Bessel war im frühen 19. Jahrhundert auf der richtigen Fährte, als er die Helligkeit von Kometen auf die Dämpfe eines festen Körpers zurückführte. Diese Ausdampfungen boten auch eine Erklärung für die Bahnabweichungen des Enckeschen Kometen. Aber erst 1951 griff Fred Lawrence Whipple die Idee wieder auf, dessen Theorie des dreckigen Schneeballs noch heute gültig ist.

moderne Kometenmissionen

In den 80er Jahren des 20. Jahrhunderts wurden erstmals Raumfahrtmissionen durchgeführt, die vorwiegend der Untersuchung von Kometen dienten.

1985 durchflog der International Cometary Explorer den Schweif des Kometen Giacobini-Zinner und 1986 wurde der Halleysche Komet sogar von fünf Sonden aus der Nähe betrachtet:

2001 flog die amerikanische Sonde Deep Space 1 am Kern des Kometen Borelly vorbei und bestätigte die Ergebnisse der Giotto-Mission.

Im Januar 2004 sammelte die amerikanische Stardust-Sonde Teilchen aus der Koma des Kometen Wild 2 auf und soll die Probenkapsel 2006 wieder zur Erde zurückbringen.

Im März 2004 startete die Rosetta-Mission der ESA und soll im Jahre 2014 auf dem Kometen 67P/Churyumov-Gerasimenko landen.


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

Sonnensystem

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Kometen | Kuipergürtel | Oortsche Wolke | Asteroid | Tabellarische Übersicht der Planeten

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