Kometeneinschlag auf Neptun

Beobachtungen des Weltraumobservatoriums Herschel deuten auf einen Aufprall vor einigen hundert Jahren hin.

Ein Komet könnte vor etwa 200 Jahren den Planeten Neptun getroffen haben. Dafür spricht die Verteilung von Kohlenmonoxid in der Atmosphäre des Gasriesen, die eine Forschergruppe - darunter Wissenschaftler des französischen Observatoriums LESIA in Paris, vom Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung (MPS) im niedersächsischen Katlenburg-Lindau und vom Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik in Garching - jetzt untersucht hat. Die Forscher werteten Messungen des Forschungssatelliten Herschel aus, der seit Mai 2009 in ungefähr 1,5 Millionen Kilometern Entfernung von der Erde um die Sonne kreist.

Als der Komet Shoemaker-Levy 9 vor 16 Jahren in die Atmosphäre des Jupiter einschlug, waren Wissenschaftler auf der ganzen Welt vorbereitet: Instrumente an Bord der Raumsonden Voyager 2, Galileo und Ulysses dokumentierten jedes Detail des seltenen Ereignisses. Diese Daten helfen Forschern heute, auch Kometeneinschläge, die deutlich länger zurückliegen, aufzuspüren. Denn die "staubigen Schneebälle" hinterlassen Spuren in der Atmosphäre der Gasriesen - unter anderem in Form von Wasser, Kohlendioxid, Kohlenmonoxid, Blausäure und Kohlenstoffsulfid. Diese Moleküle lassen sich in der Infrarot- und Submillimeter-Strahlung, die der Planet ins All abstrahlt, detektieren.

Nachdem Forscher vom Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung Hinweise auf einen Kometeneinschlag vor etwa 230 Jahren auf dem Saturn gefunden haben, deuten jüngste Messungen des Instrumentes PACS (Photodetector Array Camera and Spectrometer) an Bord des Weltraumobservatoriums Herschel darauf hin, dass ein ähnliches Schicksal auch den Neptun ereilte. PACS erlaubt es den Forschern erstmals, die langwellige Infrarotstrahlung des Planeten Neptun auszuwerten.

In der Atmosphäre des äußersten Planeten unseres Sonnensystems, die größtenteils aus Wasserstoff und Helium besteht, stießen die Forscher vor allem auf eine ungewöhnliche Verteilung von Kohlenmonoxid: In der oberen Atmosphärenschicht, der Stratosphäre, fanden sie eine höhere Konzentration als in der darunter gelegenen Troposphäre. "Die Anreicherung von Kohlenmonoxid in der Stratosphäre von Neptun ist nur mit einer externen Quelle zu erklären", erläutert MPS-Forscher Paul Hartogh, Leiter des Herschel-Forschungsprogramms "Wasser und verwandte Chemie im Sonnensystem". "Normalerweise sollten die Konzentrationen von Kohlenmonoxid in Troposphäre und Stratosphäre gleich sein oder nach oben hin abnehmen."

Einzige Erklärung für die Messergebnisse ist ein Kometeneinschlag. Bei einem solchen Zusammenstoß bricht der Komet auseinander. Das Kohlenmonoxid, das im Kometeneis gebunden ist, verteilt sich im Laufe der Jahre von der Einschlagstelle über die gesamte Stratosphäre. "Aus der Verteilung von Kohlenmonoxid können wir deshalb auf den ungefähren Zeitpunkt des Einschlags schließen", so Thibault Cavalié. Die frühere Vermutung, dass ein Komet vor etwa 200 Jahren den Neptun traf, ließ sich so erhärten. Eine andere Theorie, der zufolge ein ständiger Strom winziger Staubteilchen aus dem All die Atmosphäre des Gasriesen mit Kohlenmonoxid versorgt, passt hingegen nicht zu den Messergebnissen.

In der Stratosphäre des Neptuns stießen die Forscher bei ihren jüngsten Untersuchungen zudem auf eine höhere Methan-Konzentration als erwartet. Mit Methan verhält es sich auf Neptun ähnlich wie mit Wasserdampf auf der Erde: Wie viel Wasserdampf in die Stratosphäre aufsteigen kann, bestimmt die Temperatur der Tropopause. Diese Barriere aus kälterer Luft trennt Troposphäre und Stratosphäre. Je wärmer diese Luftschicht ist, desto eher kann das Gas in die Stratosphäre vordringen. Doch während die Temperaturen in der Erdtropopause nie unter minus 80 Grad Celsius fallen, ist die Tropopause des Neptun mit durchschnittlich 219 Grad Celsius deutlich kälter.

Für die erhöhte Methankonzentration in der Stratosphäre des Gasriesen scheint deshalb eine Lücke in der Kältebarriere der Tropopause verantwortlich zu sein. Am Südpol ist diese Luftschicht stellenweise mit minus 213 Grad Celsius um sechs Grad wärmer als überall sonst, so dass dort ein Gasaustausch zwischen Troposphäre und Stratosphäre leichter möglich ist. Das Methan, dessen Ursprung die Forscher auf dem Planeten selbst vermuten, verteilt sich so nach und nach in der gesamten Stratosphäre.

Das Instrument PACS (Photodetector Array Camera and Spectrometer) ist unter Leitung des Max-Planck-Instituts für extraterrestrische Physik entstanden. Es analysiert die langwellige Infrarot-Strahlung, also die Wärmestrahlung, welche die eiskalten Objekte im Weltraum wie etwa der Neptun aussenden. Der Forschungssatellit Herschel trägt zudem das größte Teleskop, das jemals vom Weltall aus betrieben wurde.

Max-Planck-Gesellschaft/AL

Weitere Infos:

• Originalveröffentlichung:
  E. Lellouch et al.: First results of Herschel /PACS observations of Neptune. Astronomy & Astrophysics 518, L152 (2010)
  dx.doi.org/10.1051/0004-6361/201014600
• T. Cavalié et. al.: A cometary origin for CO in the stratosphere of Saturn? Astronomy & Astrophysics 510 (2010)
  dx.doi.org/10.1051/0004-6361/200912909
• Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung, Katlenburg-Lindau:
  www.mpg.de/instituteProjekteEinrichtungen/institutsauswahl/aeronomie/index.html