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Originalveröffentlichung

Anaïs Bardyn et al.:
Carbon-rich dust in comet 67P/Churyumov-Gerasimenko measured by COSIMA/Rosetta,
Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 1. Dezember 2017,
https://doi.org/10.1093/mnras/stx2640

Die Zutatenliste des Rosetta-Kometen

Forscher des COSIMA-Teams legen erstmals eine quantitative Analyse vor, aus welchen chemischen Elementen der Komet 67P/Churyumov-Gerasimenko besteht.

1. Dezember 2017

Der Staub, den der Komet 67P/Churyumov-Gerasimenko ins All spuckt, besteht etwa zur Hälfte aus organischen Molekülen. Zudem gehört das Material zu dem ursprünglichsten und kohlenstoffreichsten, das in unserem Sonnensystem bekannt ist. Es hat sich seit der Entstehung unseres Sonnensystems kaum verändert. Diese Ergebnisse des COSIMA-Teams werden heute in der Fachzeitschrift Monthly Notices of the Royal Astronomical Society veröffentlicht. COSIMA ist ein Instrument der Raumsonde Rosetta, die den Kometen 67P/Churyumov-Gerasimenko von August 2014 bis September 2016 untersucht hat. In ihrer aktuellen Studie analysieren die beteiligten Forscher, zu denen auch Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung (MPS) zählen, so umfassend wie nie zuvor, aus welchen chemischen Elementen sich Kometenstaub zusammensetzt.

Wenn sich ein Komet auf seiner stark elliptischen Umlaufbahn der Sonne nähert, wird er aktiv: Gefrorene Gase verdampfen und reißen dabei winzige Staubpartikel mit sich ins All. Diese einzufangen und zu untersuchen, bietet die Möglichkeit, den „Baustoffen“ des Kometen nachzuspüren. Nur wenigen Weltraummissionen ist dies bisher gelungen. Zu ihnen zählt die Rosetta-Mission der europäischen Weltraumagentur ESA. Anders als ihre Vorgänger konnten die Rosetta-Forscher in der aktuellen Studie erstmals Staubkörnchen verschiedenster Größe über einen Zeitraum von etwa zwei Jahren sammeln und analysieren. Frühere Missionen wie etwa Giotto zum Kometen 1P/Halley oder Stardust, die sogar Kometenstaub von 81P/Wild 2 zurück zur Erde brachte, lieferten im Vergleich nur eine Momentaufnahme. Im Fall der Raumsonde Stardust, die 2004 an „ihrem“ Kometen vorbeiraste, hatte sich der Staub beim Einfang zudem stark verändert, dass eine quantitative Analyse nur eingeschränkt möglich war.

Links: Die Oberfläche des Rosetta-Kometen. Wenn der Komet sich der Sonne nähert, verdampfen gefrorene Gase unterhalb der Oberfläche und reißen winzige Staubpartikel mit sich. Rechts: Dieses Staubpartikel können mit Hilfe des COSIMA-Instrumentes eingefangen und untersucht werden. Als Staubsammler dienen solche wenige Zentimeter große Plättchen. An ihnen bleiben Staubpartikel mit einer Größe von bis zu 100 Mikrometern haften.<br /><br /><br /> Bild vergrößern
Links: Die Oberfläche des Rosetta-Kometen. Wenn der Komet sich der Sonne nähert, verdampfen gefrorene Gase unterhalb der Oberfläche und reißen winzige Staubpartikel mit sich. Rechts: Dieses Staubpartikel können mit Hilfe des COSIMA-Instrumentes eingefangen und untersucht werden. Als Staubsammler dienen solche wenige Zentimeter große Plättchen. An ihnen bleiben Staubpartikel mit einer Größe von bis zu 100 Mikrometern haften.


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Im Verlauf der Rosetta-Mission sammelte COSIMA mehr als 35.000 Staubpartikel. Die kleinsten von ihnen maßen nur 0,01 Millimeter im Durchmesser, die größten etwa einen Millimeter. Das Instrument erlaubt es, die einzelnen Partikel zunächst mit dem Mikroskop zu betrachten. In einem zweiten Schritt werden sie mit einem hochenergetischen Strahl aus Indium-Ionen beschossen. Die so ausgelösten Sekundär-Teilchen lassen sich dann im COSIMA-Massenspektrometer „wiegen“ und analysieren. Für die aktuelle Analyse beschränkten sich die Forscher auf 30 Staubpartikel, deren Eigenschaften sich besonders gut auswerten ließen. Ihre Auswahl umfasst Staubkörnchen aus allen Phasen der Rosetta-Mission und aller Größen.

„Unsere Auswertungen zeigen, dass die Zusammensetzung all dieser Partikel sehr ähnlich ist“, beschreibt MPS-Forscher Dr. Martin Hilchenbach, Leiter des COSIMA-Teams, die Ergebnisse. Die Forscher schließen daraus, dass der Kometenstaub aus denselben „Zutaten“ besteht wie der Komentenkern selbst und somit an seiner statt untersucht werden kann.

Links: Übersicht über die chemischen Elemente, aus denen sich der Rosetta-Komet zusammensetzt. Rechts: Durchschnittliche Massenverteilung von organischen und mineralischen Substanzen im Rosetta-Kometen. <br /><br /><br /> Bild vergrößern
Links: Übersicht über die chemischen Elemente, aus denen sich der Rosetta-Komet zusammensetzt. Rechts: Durchschnittliche Massenverteilung von organischen und mineralischen Substanzen im Rosetta-Kometen.


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Weit oben auf der Zutatenliste stehen laut Studie organische Moleküle. Diese machen etwa 45 Prozent des Gewichts des festen Kometenmaterials aus. „Der Rosetta-Komet gehört damit zu den kohlenstoffreichsten Körpern, die wir im Sonnensystem kennen“, so MPS-Forscher und Mitglied des COSIMA-Teams Dr. Oliver Stenzel. Der andere Teil des Gewichts, etwa 55 Prozent, liefern mineralische Stoffe, hauptsächlich Silikate. Auffällig ist, dass es sich fast ausschließlich um nicht hydrierte Mineralien handelt, also solche, in denen Wasserverbindungen fehlen.

„Natürlich enthält der Rosetta-Komet wie jeder andere Komet auch Wasser“, so Hilchenbach. „Doch weil Kometen die meisten Zeit seit ihrer Entstehung am eisigen Rand des Sonnensystems verbracht haben, war dies fast immer gefroren und konnte nicht mit den Mineralien reagieren.“ Die Forscher betrachten das Fehlen hydrierter Mineralien im Kometenstaub somit als Indiz dafür, dass der Körper ausgesprochen ursprüngliches und unverändertes Material enthält.

Dafür spricht ebenfalls das Verhältnis bestimmter Elemente wie etwa Kohlenstoff zu Silizium. Mit mehr als 5 liegt dieser Wert sehr nahe am Wert der Sonne, in der in etwa die ursprüngliche Gewichtung der Elemente aus den Kindertagen des Sonnensystems erhalten ist.

Die aktuellen Ergebnisse berühren auch unsere Vorstellungen davon, wie das Leben auf der Erde entstand. In einer früheren Veröffentlichung konnte das COSIMA-Team zeigen, dass der Kohlenstoff des Rosetta-Kometen hauptsächlich in Form großer, organischer Makromoleküle vorliegt. Zusammen mit der aktuellen Studie wird deutlich, dass diese Verbindungen einen Großteil des Kometenmaterials ausmachen. Sollten Kometen die frühe Erde tatsächlich mit organischem Material versorgt haben, wie viele Forscher annehmen, wäre dies somit wahrscheinlich hauptsächlich in Form solcher Makromoleküle eingetragen worden.  

Das Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung leitet das COSIMA-Team. Das Instrument  wurde von einem Konsortium unter der Leitung des Max-Planck-Instituts für Extraterrestrische Physik entwickelt und gebaut. Weitere Mitglieder des Konsortiums sind das Laboratoire de Physique et Chimie de l‘Environnement, das Institut d‘Astrophysique, das Finnische Meteorologische Institut, die Universität Wuppertal, die von Hoerner und Sulger GmbH, die Universität der Bundeswehr, das Forschungszentrum Seibersdorf und das Institut für Weltraumforschung der Österreichischen Akademie der Wissenschaften.
 



 
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