KOMETEN*

Kometen (selten Schweifstern oder Haarstern): Kleiner Himmelskörper des Planetensystems, der in Sonnennähe große Mengen flüchtiger Gase und von ihnen mitgerissener feste Teilchen freisetzt, wodurch er ein Allgemein neblig-verwaschen, zuweilen mit einem leuchtenden Schweif versehen in Erscheinung tritt. Die meisten Kometen sind nur mit einem Fernrohr, ganz wenige mit dem bloßen Auge sichtbar, die hellsten sind eindrucksvolle Naturerscheinungen.

Bei einem Kometen unterscheidet mahn den Kern, die Koma, den Schweif. Kern und Koma bilden zusammen den Kopf des Kometen. Der Kern ist der am wenigsten auffällige Teil, er leuchtet im reflektierten Sonnenlicht. Er besteht aus einem lockeren Konglomerat verschiedener Eissorten. Vor allem aus Wassereis sowie gefrorenem Ammoniak, Methan und geringen Mengen anderer Verbindungen (zum Beispiel Kohlenmonoxid, Kohlendioxid, Cyanwasserstoff, Ethylen) und festen, staubförmigen Bestandteilen. Diese haben einen Durchmesser von etwa, 0,1-5µm, doch kommen auch Partikel bis zu Metergröße vor. Die festen Teilchen bestehen zum Teil aus Meteorit. Material zum Teil Kohlenstoffverbindungen. Der Anteil der festen Bestandteile an der Kern Masse beträgt vermutlich die Hälfte, variiert aber in weiten Grenzen. Die Kometenkerne sind unregelmäßig geformte Körper mit einem Durchmesser von etwa 0,5 bis 10 km, doch wurden auch Kern Durchmesser bis zu 100 km beobachtet. Im Kern ist die Hauptmasse eines Kometen vereinigt, sie liegt bei der Mehrzahl der Kometen in der Größenordnung von etwa 10¹¹ bis 10¹² kg.

Bei der Annährung eines Kometen an die Sonne auf weniger als etwa 4-5 AE erwärmt sich die Kernoberfläche derart, dass die leicht flüchtigen Substanzen sublimieren und beim Abströmen die festen Staubteilchen mitreißen.

Es bildet sich eine ständig erneuernde, als Koma erscheinende Gasatmosphäre um den Kern. Gröbere Teilchen und Gesteinsbrocken bilden eine poröse Kruste, sie werden nur bei größeren Gasausbrüchen mitgerissen. Freigesetzte vielatomige Molekühle (Muttermolekühle) werden durch die kurzweilige Sonnenstrahlung in einfachere Verbindungen zerlegt und zum leuchten angeregt. Das Komaspektrum ist ein Emissionslinienspektrum der Zerlegungsprodukte (Tochtermolekühle), wobei unter anderem die Radikale bzw. Molekühle C₂, C₃, CH, CN, NH, NH₂, CO,CO₂, CS, HCN und CH₃CN in neutraler, zum Teil auch in ionisierter Form nachgewiesen wurden. In atomarer Form wird außer Wasserstoff unter anderem Natrium, Calcium, Kalium, Nickel, Chrom und Eisen beobachtet. Von der Erde aus ist die Koma bis zu einer Kernentfernung von rund 10⁵ km nachweisbar, die Gasdichte liegt max. Bei etwa 10⁴ Molekühle je cm³. Die äußerste, vor allem von Wasserstoffatomen gebildet Koma kann einen Radius von Mehr als 10⁷ km erreichen und ist nur bei extraterrestrischer Beobachtungen wahrnehmbar . Die Größe der sichtbaren Koma ist zeitlich veränderlich, ebenfalls die Helligkeit eines Kometen, die wesentlich von der Koma bestimmt wird und stark mit der Entfernung von der Sonne variiert.

Ein sichtbarer Schweif bildet sich nur bei Kometen, die der Sonne auf weniger als etwa 1,5-2 AE nahe kommen. Man unterscheidet Ionenschweife (Plasma- oder Gasschweife) und Staubschweife. Die Ionenschweife sind lang und schmal. Sie bestehen aus ionisierten Atomen und Molekühlen, die von den geladen Teilchen des Sonnenwindes aus der Koma mitgerissen und stark beschleunigt werden. Die Ionenschweife weisen daher fast genau von der Sonne weg. Sie können zur Zeit ihrer größten Ausbildung 1-10Mio. km erreichen, beim großen März-Kometen von 1843 betrug die Schweiflänge sogar 250 Mio. km. Die Materialdichte im Schweif ist wesentlich geringer als in der Koma und verringert sich mit wachsendem Kernabstand. Die Staubteilchen der Koma werden auch aus ihr ausgetrieben, da sie Sonnenlicht absorbieren und so dem Strahlungsdruck unterliegen. Sie bilden den Staubschweif der im reflektierten Sonnenlicht leuchtet. Er weißt auch von der Sonne weg, ist aber stärker gekrümmt als der Ionenschweif. Staubschweife sind seltener als Ionenschweife. Beide Typen können gemeinsam (sieh Bild von Hale Bop unten), aber auch alleine auftreten.

Periodische Kometen bewegen sich auf Ellipsenbahnen, unperiodische Kometen auf Parabel- oder Hyperbelbahnen. Bei extrem lang gestreckten Bahnen ist diese Unterscheidung zum Teil sehr schwierig. Die periodischen Kometen unterteilt man in kurzperiodische Kometen mit Umlaufzeiten um die Sonne kürzer als 200 Jahre (Bahnexzentrizität <0.97) und lang periodischen Kometen mit Umlaufzeiten größer als 200 Jahre. Die Bahnen der kurzperiodischen Kometen haben im Allgemeinen eine geringere Neigung gegen die Erdbahnebene als die der langperiodischen und sind zu rund 90% rechtsläufig. Zu den wenigen rückläufigen Kometen gehört der Halley-Komet. Am häufigsten wurden bislang der Enkesche Komet mit 54 Periheldurchgängen (Umlaufzeit 3,3 Jahre) und der Halley-Komet mit 29 Periheldurchgängen (Umlaufzeit 76 Jahre) registriert.

Die Kometen unterliegen dem Gravitationseinfluss der Planeten, wodurch ihre Bahnen verändert werden. Alle Kometen deren Aphelen in der Nähe einer Planeten Bahn liegen, werden zu einer Kometenfamilie gerechnet, von denen die Jupiterfamilie die meisten Mitglieder zählt und am deutlichsten ausgeprägt ist. Die Kometen einer Kometengruppe sind durch das zerbrechen des Kerns eines Mutter-Kometen hervorgegangen, die Bahnelemente der Kometen einer derartigen Gruppe stimmt fast alles genau überein. Kometen-Bahnen werden nicht allein durch gravitative, sonder auch durch nichtgravitative Kräfte verändert, die auf den Rückstoßeffekt der aus dem Kern abströmenden Gase zurückgehen. Dies kann zu einer Zu- oder Abnahme der Umlaufperiode führen.

Aus der Zahl der beobachteten langperiodischen Kometen schließ man auf eine Gesamtheit von 10¹¹ bis 10¹² Kometen die, die Sonne in einer riesigen Wolke (Ortsche Wolke) umgeben, während die kurzperiodischen Kometen vorwiegend dem Kuiper Gürtel entstammen dürfen. Die Kometen haben seit ihrer Entstehung keine grundlegenden Differenzierungsprozesse durch gemacht, sie können damit Auskunft über die Verhältnisse in den Äußeren Gebieten des Sonnennebels während der Entstehung des Sonnensystems geben.

Als "schmutzigen Schneeball" bezeichnete bereits 1950 der amerikanische Astronom Fred Whipple den Kern eines Kometen. Die Mission der europäischen Raumsonde Giotto im Jahr 1986 zum Halleyschen Kometen korrigierte dieses Bild zum "eisigen Dreckball". Giotto verdanken die Wissenschafter einen Quantensprung im Wissen über die Himmelsvagabunden. Immerhinnähertee sich die Sonde im Rahmen der spektakulären Mission dem Kern auf nur 600 Kilometer. In der Regel ist der Aufbau der Kometen gleich: Um den Kern bilden sich bei der Annäherung an die Sonne als Folge der intensiven Bestrahlung ein Schweif, Koma und Wasserstoffhülle. In Sonnenferne reisen die Himmelsvagabunden als unattraktive kalte Kerne.
Der Kern wird als der einzig massive Teile des Kometen angesehen. Er ist, gemessen an der Größe anderer kosmischer Gebilde, winzig, misst zwischen einigen hundert Metern und zehn Kilometern und ist unregelmäßig geformt. Er besteht aus Staub und Eis und wird als Quelle für alle umgebenden Kometengase und Stäube angesehen. Die unmittelbare Umgebung des Zentralkörpers wird als Koma bezeichnet. Sie ist eine sphärische Hülle aus Staub und Gas. Der Halleysche Komet hat gezeigt, dass auf der Sonnenseite des Kerns aus sogenannten "Aktive Spots" das Material jetartig ausströmt. Das Staub-Gas-Gemisch wird fast ausschließlich in Richtung Sonne emittiert und erst durch Sonnenwind und Strahlungsdruck in den Schweif umgelenkt. Die Koma umgibt den Kern bis in eine Entfernung von 100.000 bis einer Million Kilometer. Daran schließt eine riesige, bis zu mehrere Millionen Kilometer durchmessende Wasserstoffwolke an. Der Schweif stellt wohl den spektakulärsten Teil eines Kometen dar. Er wird durch Einwirken des Sonnenwinds und des Strahlungsdrucks der Sonne aus den emittierten Gas- und Staubmassen des Kometen gebildet. Es wurden zwei Arten von Schweifen beobachtet: einerseits die geradlinigen Plasmaschweife, die aufgrund des Sonnenwinds genau vom Zentralgestirn wegzeigen und bis zu 100 Millionen Kilometer lang sein können, andererseits Staubschweife, deren weitgeschwungene Bögen maximal zehn Millionen Kilometer lang werden. Die meisten Kometen haben Bahnen, die weit über das Planetensystem hinausreichen. "Langperiodische" Kometen haben Umlaufzeiten von bis zu mehreren Millionen Jahren. Dagegen bewegen sich die "kurzperiodischen" Himmelsvagabunden auf planetenähnlichen Bahnen mit einer Umlaufzeit von weniger als zehn Jahren um die Sonne

Wann und wo die Kometen unseres Sonnensystems entstanden sind, lässt sich im Prinzip an der Zusammensetzung ihrer Materie erkennen. Diese ist allerdings nicht leicht zu ermitteln. Der Beobachtung sind nämlich meist nur die Bestandteile von Kometenköpfen und Kometenschweifen zugänglich. Dort finden aber chemische Reaktionen statt die, die Verhältnisse verändern. Amerikanischen Forschern ist es jetzt trotzdem durch eine Kombination von Beobachtungen und Rechnungen gelungen, das Verhältnis von gefrorenem Kohlenmonoxyd zu Wasserreis im Kern des Kometen Hale-Bopp (siehe Bild oben) zu bestimmen, der im Frühjahr 1997 an der Erde vorbeigeflogen ist.

 Die Forscher um Michael D. Disanti von der Catholic University of America in Washington, D.C., haben den Kometen Hale-Bopp in großer Distanz von der Sonne mit der Infrared Telescope Facility der Nasa auf dem Mauna Kea/Hawaii beobachtet. Ihre Messergebnisse verglichen sie mit Daten aus der Zeit, als sich Hale-Bopp im sonnennächsten Abschnitt seiner Bahn befunden hat. Damals hat die Sublimation von Wasser die Freisetzung von Gas und Staub dominiert. Seit sich der Komet wieder von der Sonne entfernt hat, steht zunehmend die Sublimation von Kohlenmonoxyd im Vordergrund.

  Aus den Daten haben die Forscher errechnet, wie groß der aus dem Kometenkern stammende Anteil des Kohlenmonoxyds im Kopf und im Schweif des Kometen ist. Der Rest hat sich erst außerhalb des Kerns durch die Aufspaltung komplexerer Moleküle gebildet. Den Rechnungen zufolge beträgt der Anteil von Kohlenmonoxyd im Kern von Hale-Bopp 12 Prozent des Anteils von gefrorenem Wasser.

  Aus dem Wert schließen die Forscher, dass der Komet erst entstanden ist, als die Sonne bereits existierte. In kalten molekularen Wolken, aus denen Sterne und Planeten kondensieren, ist der Anteil an Kohlenmonoxyd nämlich erheblich größer. Das Verhältnis von Kohlenmonoxyd zu Wasser ändert sich, wenn die Temperatur steigt, beispielsweise durch die Strahlung eines jungen Sterns. Dies zeigen auch die Messungen an den Staub- und Gashüllen, die protostellare Systeme umgeben. In solchen Hüllen ist das Verhältnis von Kohlenmonoxyd und Wasser ungefähr so groß wie im Kern von Hale-Bopp. Eine genauere Analyse der Daten gibt auch eine grobe Auskunft über die Region, in der Hale-Bopp entstanden ist. Er muss irgendwo zwischen den Bahnen von Jupiter und Neptun geboren worden sein. Von dort wurde er wahrscheinlich durch das Schwerefeld eines der Planeten in größere Sonnenferne katapultiert.

Die Erscheinung eines Kometen galt in früheren Zeiten als Zeichen bevorstehenden Unheils, selten dagegen als Glücksbote. Kometen-Erscheinungen spielen daher eine Große Rolle in der Astrologie. Die Prodigienliteratur der früheren Neuzeit und das gleichzeitige Flugblattwesen kommentierten jede Kometen-Erscheinung .Das Endzeitgefühl des 16.Jh.fand in solchen Wunderzeichen Bestätigung, doch auch die naturwissenschaftlichen Entdeckungen des 17. Jh. Über Bahnen und Periodizität der Kometen steigerten nur die Weltuntergansfurcht Auch der Stern von Bethlehem wurde als Komet gedeutet. Schutzbriefe Medaillen, Glockenläuten und fasten sollten Schutz vor Kometen gewähren.

J. Kepler schrieb den Kometen eine geschlossene Bahn zu. J.Hevelius dagegen schloss auf eine parabolische Bahn . die der Amateur Astronom Georg Samuel Dörffel dann für den Kometen von 1680/81 mit der Sonne als Brennpunkt berechnen konnte. I. Newton bezog daraufhin die Kometen in seiner allgemeinen Gravitationshypothese ein. Auf seine Anregung hin berechnete E.Halley (1705) die Bahnelemente von 24 Kometen der Jahre 1337 bis 1698 und konnte für viele eine exakte Ellipsenbahn nachweisen. Er zeigte, dass die Kometen von 1531, 1607 und 1682odentisch waren.Durch die Vorhersage der Wiederkehr dieses Kometen (Hally-komet) für 1758 durch A.C. Clairaut konnte die Entdeckung eines der periodischen Kometen 1759 bestätigt werden. Der erste kurzperiodische Komet wurde von J.F. Encke 1818/19 entdeckt

Die Erforschung der Materiellen Beschaffenheit der Kometen begann mit der Erfindung der Spektralanalyse, während Erklärungen über den Entstehungsprozess der Kometen-Schweife unter dem Einfluss der Sonnenstrahlung durch die Fortschritte der Molekühlspektroskopie möglich wurden.

*Komet: Von griechisch k?m? >Haar<; eigentlich >Haar tragende< bildlicher vergleich mit dem Schweif des Kometen.