27.03.2020

Stickstoff-Rätsel des Kometen Chury gelöst

Nachgebildete Kometenoberfläche stützt den Nachweis von Ammoniumsalz.

Kometen und Asteroiden sind Objekte in unserem Sonnensystem, die sich seit der Entstehung der Planeten nur wenig entwickelt haben. So sind sie in gewisser Weise die Archive des Sonnen­systems, und die Bestimmung ihrer Zusammen­setzung könnte auch zu einem besseren Verständnis der Entstehung der Planeten beitragen. Eine Möglichkeit, die Zusammen­setzung von Asteroiden und Kometen zu bestimmen, ist, das von ihnen reflektierte Sonnenlicht zu untersuchen, da die Materialien auf ihrer Oberfläche das Sonnen­licht mit bestimmten Wellen­längen absorbieren. Ein internationales Konsortium konnte nun dank einer Methode mit nachgebildeten Kometen­oberflächen Ammonium­salz auf der Oberfläche des Kometen 67P/Churyumov-Gerasimenko, kurz Chury oder Tschuri genannt, nachweisen. Die Methode, worauf die Studie zum Nachweis von Ammonium­salz aufbaut, war an der Universität Bern entwickelt worden.

Abb.: Gas und Staub steigen von der Ober­fläche von...
Abb.: Gas und Staub steigen von der Ober­fläche von 67P/Churyumov-Gerasimenko, kurz Chury oder Tschuri genannt, auf, während sich der Komet dem sonnen­nächsten Punkt auf seiner Umlauf­bahn nähert. (Bild: ESA / Rosetta / NAVCAM)

Von August 2014 bis Mai 2015 hatte der Spektrometer Virtis – Visible, InfraRed and Thermal Imaging Spectro­meter – an Bord der Raumsonde Rosetta der Europäischen Weltraum­organisation Esa die Oberfläche des Kometen 67P/Churyumov-Gerasimenko kartiert. Die von Virtis gesammelten Daten zeigten, dass die Kometen­oberfläche in Bezug auf die Zusammensetzung fast überall einheitlich ist: Die Oberfläche ist sehr dunkel und rötlich gefärbt, bedingt durch komplexe, kohlenstoff­haltige Verbindungen und undurchsichtige Mineralien. Jedoch war die genaue Art der Verbindungen, die für die gemessenen Absorption­smerkmale von Chury verantwortlich sind, bis jetzt nur schwer zu bestimmen. 

Nachgebildete Kometen lieferten nun des Rätsels Lösung. Um festz­ustellen, welche Verbindungen für die Absorptions­merkmale verantwortlich sind, haben die Forscher um Olivier Poch vom Institut für Planetologie und Astrophysik der Université Grenoble Alpes Labor­experimente durchgeführt, in denen sie Kometen nachbildeten und Bedingungen wie im Weltraum simulierten. Poch hatte die Methode gemeinsam mit Berner Forschern entwickelt. Die Forscher testeten verschiedene in Frage kommende Verbindungen auf den nachge­bildeten Kometen und massen deren Spektren, genauso wie das Instrument Virtis es an Bord von Rosetta mit der Oberfläche von Chury getan hatte. Die Experimente zeigten, dass für das bestimmte Spektrum von Chury Ammonium­salze verantwortlich sind. 

Antoine Pommerol vom Physikalischen Institut der Universität Bern erklärt: „Während Olivier Poch an der Universität Bern arbeitete, haben wir gemeinsam Methoden und Vorgehen entwickelt, um Nach­bildungen von Oberflächen von Kometen­kernen herzustellen.“ Unter simulierten Weltraum­bedingungen seien die nachgebildeten Kometen­oberflächen verändert worden, indem das Eis auf diesen Oberflächen sublimiert worden sei. „Diese realistischen Labor­simulationen ermöglichen es uns, Labor­ergebnisse und Daten zu vergleichen, die von den Instrumenten auf Rosetta oder anderen Kometen­missionen aufgezeichnet wurden. Die neue Studie baut genau auf diesen Methoden auf, um das stärkste spektrale Merkmal zu erklären, welches das Virtis Spektrometer bei Chury beobachtet hat“, so Pommerol weiter. Nicolas Thomas, Direktor des Physi­kalischen Instituts der Universität Bern, sagt: „Unser Labor in Bern bietet ideale Möglichkeiten, um mit Experimenten Ideen und Theorien zu testen, die aufgrund von Daten formuliert worden sind, die Instrumente auf Weltraum­missionen gesammelt haben. So kann sichergestellt werden, dass die Inter­pretationen der Daten wirklich plausibel sind.“

Die Ergebnisse decken sich mit denjenigen des Berner Massen­spektrometers Rosina, das ebenfalls an Bord von Rosetta Daten zu Chury gesammelt hatte. Eine im Februar publizierte Studie unter der Leitung der Berner Astro­physikerin Kathrin Altwegg hatte erstmals Stickstoff, einen der Grundbausteine des Lebens, bei einem Kometen nachgewiesen. Dieser hatte sich in der nebulösen Hülle von Chury in Form von Ammonium­salzen versteckt, deren Vorkommen man bisher nicht messen konnte. Obwohl die genaue Salzmenge anhand der vorhandenen Daten nach wie vor schwer abzuschätzen ist, ist es wahrscheinlich, dass diese Ammonium­salze den größten Teil des im Kometen Chury vorhandenen Stickstoffs enthalten. Die Ergebnisse tragen gemäß den Forschern auch dazu bei, die Entwicklung von Stickstoff im inter­stellaren Raum und seiner Rolle in der präbiotischen Chemie besser zu verstehen.

U. Bern / JOL

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