Deep Impact
- Juli 2005
Am 4. Juli wurde bekannt, dass die Sonde „Deep Impact“ ein Modul mit einer Masse von 410 Kilogramm Kupfer freigegeben hatte, das mit dem Kometen Tempel 1 zusammengestoßen war. Dieser Komet wurde im April 1867 mit bloßem Auge vom marseillais Astronomen E.W. Tempel entdeckt.
Der Himmelskörper hat eine Umlaufzeit von 5,5 Jahren und bewegt sich zwischen Mars und Jupiter. Seine größte Ausdehnung wird auf etwa 6 Kilometer geschätzt. Die NASA hatte daher eine Sonde gestartet, um durch den gezielten Aufprall eines Objekts auf einen Kometen mehr über dessen Zusammensetzung und interne Struktur herauszufinden.
Hier sind die Bahnen:
Die Bahn des Kometen Tempel 1 zwischen der des Mars und der des Jupiter. Beobachten Sie, wie stark die Bahn des Merkur bei seinem nächsten Sonnennähepunkt von einer Kreisform abweicht. Oben auf der braunen Bahn befindet sich die Position des Kometen zum Zeitpunkt des Starts der Sonde. Die blaue kreisförmige Bahn ist die der Erde. Oben befindet sich die Position der Erde zum Zeitpunkt des Starts der Sonde. Sechs Monate später (eine halbe Erdumlaufbahn) erfolgt der Aufprall. Messen Sie die Bogenlängen, die Komet und Sonde in derselben Zeit zurücklegen. Der Komet bewegt sich schneller.
Eine Ergänzung zur Aufprallbahn: Unter folgender Adresse
http://deepimpact.umd.edu/amateur/where_is.shtml
finden Sie eine sehr schöne Animation.
Zunächst sehen Sie zwei Schaltflächen, mit denen Sie den „Blickwinkel“ verändern können. Sie werden feststellen, dass die Bahn des Kometen relativ stark zur Ebene der Ekliptik geneigt ist.
Genau das hat ihm überlebensfähig gemacht. Es gibt verschiedene Arten von Kometen. Einige, sogenannte „aperiodische“, machen nur eine einzige Reise durch unser Sonnensystem und verschwinden danach. Die Struktur dieses riesigen „Nebels“, dieses Reservoirs von Kometen, das vermutlich weit jenseits unseres Sonnensystems liegt, ist uns sehr unbekannt. Woher stammt er? Als das Sonnensystem noch jung war, entstanden die Planeten. Dabei spielten mehrere Mechanismen eine Rolle. Der einfachste ist der „Kannibalismus“, also der Frontalstoß zwischen einem kleinen und einem großen Objekt, wobei das größere Objekt das kleinere verschluckt. Der zweite Mechanismus ist der positive Schleuder-Effekt. Im mathematischen Sinne handelt es sich um eine „Begegnung“ (englisch: encounter, entlehnt aus der kinetischen Gastheorie). Das ursprüngliche Sonnensystem war „kollisionell“. Diese Kollisionen führen dazu, dass die Geschwindigkeitsverteilung einer Maxwell-Boltzmann-Verteilung folgt, für alle Populationen. Es handelt sich um ein „Mehrfachpopulationssystem“. Jede Population strebt nach thermodynamischem Gleichgewicht. Wenn man ein Gemisch aus zwei Gasen im thermodynamischen Gleichgewicht betrachtet (zum Beispiel den Plasma-„Körper“, der die Sonne bildet), sind die mittleren kinetischen Energien der verschiedenen Populationen gleich. Sie verhalten sich zueinander wie die Massenverhältnisse. Nehmen wir ein Wasserstoffplasma. Elektronen sind 1850-mal leichter als Wasserstoffkerne. Daher ist die thermische Bewegungsenergie der Elektronen √1850 = 43-mal höher als die der Wasserstoffionen.
Ein Gemisch aus „schweren“ und „leichten“ Teilchen beschleunigt die leichten Teilchen (z. B. „Wolken aus schmutzigem Wasserdampf“ oder „schmutziger Eis“), die die Proto-Kometen bilden werden. Das Sonnensystem hat daher eine Vielzahl kleiner Objekte ausgestoßen. Einige erreichten die Fluchtgeschwindigkeit gegenüber der Sonne und verloren sich im interstellaren Raum. Andere blieben in unserer „großen Vorstadt“. Da diese Begegnungen in beide Richtungen wirken (allerdings insgesamt die kleinen Objekte beschleunigen), entsteht ein negativer Schleuder-Effekt, der die Maxwell-Boltzmann-Verteilung in Richtung niedriger Geschwindigkeiten verlagert. Zahlreiche kleine Objekte wurden dadurch verlangsamt und fielen beispielsweise auf die Sonne oder auf terrestrische Planeten wie unsere Erde, möglicherweise als Ozeanmassen.
Tempel 1 ist ein Komet mit einem mittleren Schicksal. Er hat eine Geschwindigkeit erreicht, die der der Planeten ähnelt. Doch er hatte auch das Glück, auf einer geneigten Bahn zu liegen, was die Wahrscheinlichkeit von unerwünschten Begegnungen mit Planeten verringert, die alle schwerer sind und seine Bahn zwangsläufig verändern würden. Diese Bahn hat sich seit der Entdeckung des Objekts tatsächlich leicht verändert. Siehe dazu den historischen Verlauf über Google. Warum gasst sie weniger ab als der Komet Halley? Gute Frage. Wir wissen sehr wenig über diesen Ausgasungsprozess, ebenso wenig wie über die innere Struktur der Kometen.
Tatsächlich dehnt auch unsere Erde Gase aus – ein Phänomen, das Vulkanismus heißt. Wir wissen, dass er durch die Gezeitenkräfte verstärkt wird (Jupiter wirkt auf Io, den ersten Mond, der ihn „sorgfältig“ verformt). Wenn Io so stark auf die Nähe seines Nachbarn reagiert, liegt das daran, dass er sich selbst dreht. Wäre er synchron mit dem großen Planeten, gäbe es keinen so gewaltigen Vulkanismus. Außerdem ist Io sehr nah an Jupiter.
Vielleicht hängt die Ausgasung von Kometen mit ihrer Rotationsperiode um sich selbst zusammen. Ein rotierender Komet ist empfindlicher gegenüber Gezeitenkräften, die durch die Nähe der Planeten entstehen. Tatsächlich beobachtet man, dass Kometen ausgasen, sobald sie innerhalb der Umlaufbahn von Jupiter eintreten. Ist das, weil sie mehr Sonnenstrahlung erhalten? Ja, wenn die Ausgasung eine einfache Sublimation ihrer Oberfläche ist. Nein, wenn es sich um Eruptionen aus ihrem Inneren handelt. Wenn man sich die Bilder ansieht, die Giotto bei der Annäherung an Halley aufnahm, sieht man deutlich, dass es ausgasende Quellen gibt. Es könnte also sein, dass die Wiederaufnahme der Aktivität eines Kometen, wenn er in das Sonnensystem eindringt, mit einer internen Verformung durch Gezeitenkräfte zusammenhängt, die besonders stark sind, wenn der Komet sich selbst dreht. Haben wir diese Rotationsperioden gemessen?
Aus dieser Sicht wäre Tempel 1 ein relativ wenig aktiver Körper, weil er sich wenig dreht und daher wenig empfindlich gegenüber dem Gezeiten-Malaxierungseffekt ist, der Eruptionen auslöst (vulkanisch bei Io, Ausgasung bei Kometen). Fragen Sie Brahic, was er dazu hält. Die Planetologie ist sein Fachgebiet.
Sie können die Positionen der verschiedenen Objekte beliebig einstellen. Zunächst sehen Sie den Kometen Tempel 1 im Anflug, nachdem die Sonde Deep Impact in Umlauf gebracht wurde. Dabei fällt die Aufpralldatum auf den 4. Juli auf. Die Amerikaner lieben es, ihre Raumfahrtleistungen mit diesem Datum zu markieren und zu zeigen, wie gut sie die Flugbahn ihrer Sonden kontrollieren können. Dieses Datum entspricht dem Jahrestag ihrer Revolution – und das ist kein Zufall.
Die genaue Beobachtung der Animation zeigt deutlich, dass Tempel 1 tatsächlich schneller rotiert als die Sonde und diese einholt. Tatsächlich ist es der Komet, der die Sonde trifft, nicht umgekehrt. Aber das spielt keine Rolle. Nächste Szene: zwei Monate später. Der Komet bereitet sich darauf vor, die Sonde zu treffen – oder zumindest das Objekt, das von ihm abgetrennt wird, um den Aufprall zu erzeugen.
Hier ist der Komet, aufgenommen fünf Minuten vor dem Aufprall:
Der Komet. Aufnahme fünf Minuten vor dem Aufprall.
Sonde und Aufprallmodul
Auf dem Aufprallmodul war eine Kamera installiert.
Nahaufnahme, 190 Sekunden vor dem Aufprall. Stimmen die hellen Punkte mit Ausgasungsquellen überein?
Ein Künstlerbild, das den Aufprallmodul im Anflug zeigt (schildartig)
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