Komplexer Komet

Kometen sind Überbleibsel der Entstehung von Sonne, Planeten und Monde. Einem Team unter der Leitung von Nora Hänni vom Physikalischen Institut der Universität Bern ist es nun gelungen, erstmals eine ganze Reihe komplexer organischer Moleküle bei einem Kometen zu identi­fizieren. Dies gelang dank der Analyse von Daten, die während der Rosetta-Mission der ESA vom Kometen 67P/Churyumov-Gera­simenko, kurz Chury, gesammelt wurden. Solche organischen Stoffe, die durch Kometen­einschläge auch auf die frühe Erde gelangten, könnten dazu beigetragen haben, das kohlenstoff­basierte Leben, wie wir es kennen, in Gang zu setzen.

Als Chury sein Perihel erreichte, den sonnennächsten Punkt, wurde er sehr aktiv. Das sublimierende Kometeneis erzeugte einen Ausfluss, der Staubpartikel mit sich zog. Die abge­stoßenen Partikel wurden durch die Sonnen­einstrahlung auf Temperaturen aufgeheizt, die über denen liegen, die typischerweise auf der Kometenoberfläche herrschen. Dadurch gelangten größere und schwerere Moleküle in die Gasphase und konnten vom hochauf­lösenden Massen­spektrometer Rosina-DFMS (Rosetta Orbiter Sensor for Ion and Neutral Analysis-Double Focusing Mass Spectrometer) gemessen werden. Die Astro­physikerin Kathrin Altwegg, Haupt­verantwortliche für das Rosina-Instrument, sagt: „Aufgrund der extrem staubigen Bedingungen musste sich die Raumsonde auf eine sichere Distanz von etwas mehr als 200 Kilometer über der Kometen­oberfläche zurückziehen, damit die Instrumente unter stabilen Bedingungen arbeiten konnten.“ So war es möglich, Teilchen aufzuspüren, die aus mehr als einer Handvoll Atome bestehen und die zuvor im Kometenstaub verborgen geblieben waren.

Die Interpretation der Daten ist eine Herausforderung. Dem Berner Forschungsteam ist es jedoch gelungen, eine Reihe komplexer organischer Moleküle zu identi­fizieren, die bisher noch nie in einem Kometen nachgewiesen wurden. „Wir haben zum Beispiel Naphthalin gefunden, das für den charakteristischen Geruch von Motten­kugeln verantwortlich ist. Auch fanden wir Benzoesäure, ein natürlicher Bestandteil von Weihrauch. Und wir identi­fizierten Benz­aldehyd, das weithin verwendet wird, um Lebensmitteln ein Mandelaroma zu verleihen und viele weitere Moleküle“, erklärt die Chemikerin des Rosina-Teams Nora Hänni. Abgesehen von wohlriechenden Molekülen wurden im organischen Haushalt von Chury auch viele mit prä­biotischer Funk­tionalität identifiziert – zum Beispiel Formamid. Solche Verbindungen sind wichtige Zwischen­stufen bei der Synthese von Biomolekülen wie Zucker oder Aminosäuren. „Es scheint deshalb wahrscheinlich, dass einschlagende Kometen – als wesentliche Lieferanten von organischem Material – auch zur Entstehung von kohlenstoff­basiertem Leben auf der Erde beigetragen haben“, erklärt Hänni.

Neben der Identi­fizierung einzelner Moleküle führten die Forschenden auch eine detaillierte Charak­terisierung des gesamten Ensembles komplexer organischer Moleküle im Kometen Chury durch, um ihn in den größeren Kontext des Sonnensystems einordnen zu können. Parameter wie die durch­schnittliche Summenformel dieses organischen Materials oder die durch­schnittliche Bindungs­geometrie der darin enthaltenen Kohlenstoff­atome sind für diverse wissenschaftliche Bereiche von Bedeutung, von der Astronomie bis zur Sonnensystem­forschung. „Es hat sich herausgestellt, dass der komplexe organische Haushalt von Chury im Durchschnitt identisch ist mit dem löslichen Teil der organischen Materie von Meteoriten“, erklärt Hänni und ergänzt: „Starke Ähnlich­keiten gibt es – abgesehen von der relativen Menge der Wasserstoffatome – auch zum organischen Material, das auf Saturn von seinem innersten Ring herabregnet, wie es mit dem INMS-Massen­spektrometer an Bord der Nasa-Raumsonde Cassini nachgewiesen wurde.“

„Wir finden nicht nur Ähnlich­keiten zu den organischen Reservoirs im Sonnensystem, sondern viele der organischen Moleküle von Chury sind auch in Molekülwolken, den Geburts­stätten neuer Sterne, vorhanden“, so Susanne Wampfler, Astro­physikerin am Center for Space and Habitability (CSH) der Universität Bern. „Unsere Ergebnisse sind konsistent mit dem Szenario eines gemeinsamen präsolaren Ursprungs der verschiedenen orga­nischen Reservoirs des Sonnensystems und bestätigen, dass Kometen tatsächlich Material aus der Zeit lange vor der Entstehung unseres Sonnen­systems enthalten“, so Wampfler.

U. Bern / JOL

Weitere Infos

• Originalveröffentlichung
  N. Hänni et al.: Identification and characterization of a new ensemble of cometary organic molecules, Nat. Commun. 13, 3639 (2022); DOI: 10.1038/s41467-022-31346-9
• Weltraumforschung und Planetologie (WP), Physikalisches Institut, Universität Bern

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• J. Blum, B. Gundlach, C. Güttler und H. Sierks, Rätselhafte Kometenentstehung Physik Journal, Juni 2017, S. 29 PDF
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