Sprudelige Koma
Spektrometer misst Wasser und Kohlendioxid in der Koma von Tschurjumow-Gerasimenko.
Bereits im August 2014 hatte Rosettas Visible and Infrared Thermal Imaging Spectrometer VIRTIS die durchschnittliche Temperatur der Oberfläche des Kometen Churuymov-Gerasimenko gemessen. Nun haben die Wissenschaftler mit weiteren Messungen Wasser und Kohlendioxid in der Koma, die sich mit zunehmender Aktivität zu entwickeln beginnt, detektieren können. „Auf der Grundlage der gewonnen Spektren ist es bereits möglich, vieles über die kometare Koma zu erfahren“, sagt Planetenforscherin Gabriele Arnold vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt, die die deutschen wissenschaftlichen Beiträge zu diesem Experiment leitet.
Abb.: Die Messkurve (weiß) zeigt die Detektion von Kohlendioxid in der Koma von 67P mit Kanal H von VIRTIS auf Rosetta im Vergleich zu Simulationen (Modell, grün), die eine sehr gute Übereinstimmung aufweisen. Die detektierten Molekülbanden zeigen die typische Struktur einer Kombination von Rotationsschwingungslinien. (Bild: ESA / VIRTIS Team / DLR / MPS)
Eine der Aufgaben von VIRTIS ist es, die Emission verschiedener Gase des Kometen 67P/Churyumov-Gerasimenko global zu kartieren und die Veränderungen zu untersuchen, die mit der Zunahme der kometaren Aktivität entstehen. Anfang Oktober diesen Jahres wurde eine Region am „Nacken“ des Kometen soweit aktiv, dass der spektral hochauflösende VIRTIS-H-Kanal Wasser und Kohlendioxid detektieren konnte. Die Spektren zeigen molekulare Banden im infraroten Spektralbereich, deren Formen von der Temperatur der Koma und deren Intensität von der Anzahl der Moleküle entlang der Beobachtungslinie von VIRTIS abhängen.
Aus diesen Messungen konnte eine relative Häufigkeit von Kohlendioxid relativ zu Wasser von vier Prozent abgeschätzt werden. Das weist darauf hin, dass 67P nicht so reich an Kohlendioxid ist wie beispielsweise der Komet 103P/Hartley – für diesen wurde im Rahmen der NASA-Mission EPOXI ein Wert von zwanzig Prozent gemessen. „Beide Kometen sind Vertreter der Jupiterfamilie und dennoch sehr unterschiedlich“, sagt Arnold. „Der Vergleich ist deshalb für uns Kometenforscher sehr spannend.“
Seit Juli misst VIRTIS auch die mittlere Oberflächentemperatur, die gegenwärtig bei etwa minus 70 Grad Celsius liegt. Nun erlauben die neuen Untersuchungen der Koma, Aussagen über die Temperatur in einer gewissen Entfernung vom Kometen zu machen. In einem Abstand von einem Kilometer von der Oberfläche entfernt beträgt die Temperatur minus 183 Grad Celsius. Die Ursache für diese erwartete Differenz liegt in der adiabatischen Expansion der Gase bei ihrer Ausdehnung in der Koma.
Abb.: Die Messungen von Wasser mit dem VIRTIS-Kanal H (weiß) im Vergleich zu Simulationen (Modell, rot). Die detektierten Molekülbanden zeigen die typische Struktur einer Kombination von Rotationsschwingungslinien. Das Gas entweicht mit der Erwärmung des Kometen und dem Beginn seiner Aktivität aus dem Kern. (Bild: ESA / VIRTIS Team / DLR / MPS)
Die Detektion von Gasen in den frühen Phasen der Entwicklung der Koma ist wichtig, um die Struktur der eisförmigen Komponenten des Kometeninneren besser zu verstehen. Während Wasser und Kohlendioxid schon beispielsweise von den Orbiter-Instrumenten MIRO und ROSINA beobachtet wurden, kann VIRTIS beide Moleküle mit dem gleichen Instrument bestimmen und deshalb direkt ihre relativen Häufigkeiten messen. Diese zusätzliche Information ist bedeutend, da der Nachweis der relativen Häufigkeiten dort am Kometenkern erbracht werden kann, von wo die Gase entweichen. Zusätzlich unterstreicht die unabhängige Detektion durch verschiedene Instrumente der Mission die Validität und Robustheit der Messungen. Damit sind die neuen Messungen ein wichtiges Puzzleteil auf dem Weg die Frage zu beantworten: Woraus bestehen Kometen?
Im August 2015 erreicht 67P seinen sonnennächsten Punkt. Mit der Annäherung an das Perihel nimmt die kometare Aktivität zu und das Team kann verfolgen, wie sich die Temperaturen in der Koma und auf der Oberfläche verändern. In der gesamten Zeit kartiert VIRTIS kontinuierlich die Verteilung von Kohlendioxid und Wasser, aber auch von Nebenprodukten wie Kohlenmonoxid, Methanol, Methan, Formaldehyd und Kohlenwasserstoffen wie Azetylen und Ethan.
DLR / OD
