Der Durchgang von Kometen: Exzentrische Umlaufbahnen im Herzen des Sonnensystems

Kometen: Boten aus den Grenzen des Sonnensystems

Kometen gehören zu den ältesten und primitivsten Objekten im Sonnensystem. Sie kommen aus der Oortschen Wolke oder dem Kuipergürtel und folgen sehr exzentrischen Umlaufbahnen, die manchmal dazu führen, dass sie die Erdumlaufbahn kreuzen. Wenn sie sich der Sonne nähern, sublimiert ihr eisiger Kern und bildet ein Haar (Koma) und einen spektakulären Schwanz, der vom Sonnenwind vorangetrieben wird. Dieses Phänomen macht Kometen zu wertvollen Indikatoren für die großräumige Gravitationsdynamik, aber auch zu chemischen Zeugen des ursprünglichen Sonnennebels.

Entstehung von Kometen relativ zur Erde: Zeitkapseln des frühen Sonnensystems

Trainingszeitplan

Ungefähr entstanden Kometen4,6 Milliarden Jahre, in den ersten Momenten vonprotoplanetare Scheibeum die junge Sonne herum, lange vor der endgültigen Entstehung der Erde. Ihr Ursprung liegt in der Verschmelzung flüchtiger Staub- und Eiskörner in den kalten, äußeren Regionen des Sonnensystems, hauptsächlich imKuipergürtel(für kurzperiodische Kometen) und imOortsche Wolke(für langperiodische Kometen).

Körperliche Trainingsprozesse

Zu den physikalischen Prozessen, die ihre Entstehung bestimmen, gehören die Ansammlung mikrometrischer Partikel durch Kollisionen mit niedriger Geschwindigkeit und die Kondensation von Wassereis, CO und CO₂und andere flüchtige Verbindungen sowie die Erhaltung komplexer organischer Moleküle, die im Sonnennebel synthetisiert oder aus dem interstellaren Medium geerbt werden. Diese eisigen Körper haben fast keine nennenswerte thermische Umwandlung oder innere Differenzierung erfahren, was ihnen einen nahezu ursprünglichen Zustand verleiht.

Vergleich mit der Entstehung der Erde

Die Erde wiederum entstand etwa wenig später durch Ansammlung felsiger Planetesimale im wärmeren Bereich der inneren Sonnenscheibe4,54 Milliarden Jahre. Somit stellen Kometen darZeitkapselndes ursprünglichen Sonnensystems und enthalten in sich chemische Elemente und präbiotische Moleküle, die vor der Entstehung der Erde entstanden sind. Ihre Untersuchung ermöglicht es daher, auf die physikalisch-chemischen Bedingungen zurückzugehen, die während der Entstehung des Planetensystems vorherrschten, lange vor der Entstehung des irdischen Lebens.

Kometen: Sehr elliptische, sogar parabolische Bahnen

Im Gegensatz zu Planeten, deren Umlaufbahnen nahezu kreisförmig sind, haben Kometen sehr langgestreckte Flugbahnen. Ihre Exzentrizität \(e\) kann sich 1 nähern, wobei die Umlaufbahnen von sehr elliptisch (periodische Kometen wie Halley, \(e \ungefähr 0{,}97\)) bis hin zu parabolisch oder hyperbolisch (nichtperiodische Kometen wie C/2012 S1 ISON) reichen. Ihre Perioden können zwischen einigen Jahren und mehreren Millionen Jahren variieren. Ihre Umlaufbahn wird hauptsächlich durch gravitative Wechselwirkungen mit Riesenplaneten und den Vorbeiflug nahegelegener Sterne beeinflusst, die die Oort-Wolke stören.

Tabelle der Umlaufeigenschaften berühmter Kometen

Quelle :NASA JPL Small-Body-Datenbank  |  NASA ADS – Astrophysik-Datensystem

Physikalische Parameter von Kometen: Struktur, Dichte und Verhalten

Innere Struktur von Kometen

Kometen sind Himmelskörper, die aus einer heterogenen Mischung flüchtigen Eises (H₂O, CO, CO₂, CH₃OH…), Mineralstaub (amorphe oder kristalline Silikate), komplexe organische Verbindungen und metallische Körner. Ihre innere Struktur wird mit der eines porösen Aggregats verglichen, das als „kosmische Sandburg“ bezeichnet wird.

Die Rosetta-Mission ergab, dass der Kern des Kometen 67P/Churyumov-Gerasimenko nicht monolithisch ist, sondern aus zwei unterschiedlichen Lappen besteht, die wahrscheinlich aus der langsamen Akkretion zweier Objekte resultieren. Die Analyse der geologischen Schichten auf der Oberfläche lässt auf eine Schichtung in Schalen oder Filamenten schließen, was auf einen Prozess primitiver Akkumulation in der protoplanetaren Scheibe schließen lässt.

Kometendichte und Porosität

Die von Rosetta gemessene durchschnittliche Dichte für 67P beträgt ungefähr0,53 g/cm³, kaum halb so groß wie kompaktes Wassereis, was auf eine innere Porosität von mehr als 70 % hinweist. Diese geringe Dichte ist ein starker Indikator für die schlechte Verdichtung des Kerns, die mit starkem Schmelzen oder thermischem Glühen nicht vereinbar ist.

Gravimetrische Beobachtungen und Radarbilder der Sonde ermöglichten die Unterscheidung lokaler Dichteschwankungen, die wahrscheinlich mit der Verteilung flüchtiger Materialien oder inneren Brüchen zusammenhängen. Es wurde kein großer Hohlraum entdeckt, was die Hypothese einer mikroskopischen und nicht einer makroskopischen Porosität bestätigt.

Thermisches und dynamisches Verhalten von Kometen

Das Verhalten eines Kometen wird stark von seiner Bahnexzentrizität und seiner Entfernung von der Sonne bestimmt. Wenn es sich dem Perihel nähert, induziert der schnelle Temperaturanstieg die Sublimation des Oberflächeneises und erzeugt einen Innendruck, der Gasströme, Kollaps oder Brüche verursachen kann.

Die Missionen Deep Impact und Rosetta zeigten eine asymmetrische Aktivität zwischen der beleuchteten Hemisphäre und der in Kometennacht eingetauchten Hemisphäre. Diese thermischen Effekte werden durch die geringe thermische Trägheit des Kometenregoliths verstärkt. Die manchmal chaotische Rotation des Kerns kann mechanische Spannungszyklen erzeugen, die die Fragmentierung fördern.

Neuere physikalische Modelle versuchen, Topographie, Orbitalentwicklung und langfristige Entgasung mit einer Dynamik fortschreitender Erosion zu verknüpfen, die dazu führt, dass Kometen ihre Aktivität verlieren und zu trägen Objekten werden (erloschene Asteroiden oder ruhende Kometen).

Kometen: Eine Gefahr für die Erde?

Der nahe Vorbeiflug eines Kometen ist ein spektakuläres, aber potenziell gefährliches Ereignis. Obwohl Kometeneinschläge im Vergleich zu denen von Asteroiden selten sind, verleihen ihnen ihre sehr hohe Relativgeschwindigkeit (bis zu 70 km/s) zerstörerische kinetische Energie. Der hypothetische Einfluss von Kometenfragmenten wird in bestimmten Aussterbeszenarien berücksichtigt.

Kometen und chemische Elemente des Lebens

Kometen, die in kalten Regionen des äußeren Sonnensystems entstehen, enthalten Eis, Silikate und eine reichhaltige organische Chemie. Diese kleinen Körper haben intakte präbiotische Moleküle aus dem protosolaren Nebel bewahrt, was sie zu wertvollen Zeugen der ersten Stadien der kosmischen Chemie macht.

Analyse des von der Mission gesammelten StaubsSternenstaubauf dem Kometen 81P/Wild 2 ergab das Vorhandensein zahlreicher organischer Verbindungen, darunterMethanol (CH₃OH), vonFormaldehyd (H₂CO), desAmeisensäure (HCOOH), sowiepolyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK). Diese Moleküle sind mögliche Vorläufer einfacher Aminosäuren.

Aminosäurenachweis

Spektrometrische Analysen von kohlenstoffhaltigen Meteoriten (wie Murchison) wurden entdecktAminosäuren(Glycin, Alanin, Isovalin...), was die Hypothese bestärkte, dass diese Moleküle kometen- oder asteroidalen Ursprungs sein könnten. Im Jahr 2009 wurde dieDie NASA bestätigte das Vorhandensein von Glycinin Sternenstaubpartikeln, nach Reinigung und Ausschluss jeglicher terrestrischer Kontamination.

Die MissionRosette, mit dem COSAC-Spektrometer an Bord des LandersPhilae, identifizierte mehrere organische Verbindungen auf dem Kometen 67P/Churyumov–Gerasimenko. Darunter:Glycin (NH₂CH₂COOH), Phosphor(ein Schlüsselelement der DNA) sowie mehrere Amine und Nitrile, was auf eine komplexe organische Chemie schließen lässt, die bereits in den frühen Tagen des Sonnensystems existierte.

Exogener Ursprung des Lebens?

Diese Erkenntnisse untermauern die sogenannte Hypothese vonchemische Panspermie, wonach elementare Bausteine ​​des Lebens (aber nicht das Leben selbst) während des späten Bombardements (rund 3,8 Milliarden Jahre) von Kometen auf die Erde gebracht worden sein könnten. Kometen hätten somit eine Rolle bei der Anreicherung des terrestrischen Präbiotops an organischen Verbindungen gespielt.

Allerdings werfen die Temperatur- und Druckverhältnisse während des Kometeneinschlags immer noch die Frage aufStabilität dieser Moleküleam atmosphärischen Eintritt. Laborexperimente (z. B. STONE oder ESA COMET-Projekt) zeigen tendenziell, dass bestimmte Aminosäuren diese extremen Bedingungen überleben können, vorausgesetzt, sie sind in einer schützenden Mineralmatrix eingebettet.

Tabelle der in Kometen nachgewiesenen organischen Moleküle