Weltraum: Der Komet kommt

Am 4. Juli, dem amerikanischen Unabhängigkeitstag, trifft erstmals ein von Menschenhand erzeugtes Objekt auf einen Kometen. Mit einer ganzen Serie solcher unbemannter Missionen wollen Forscher mehr über die Entstehung des Sonnensystems erfahren – und vielleicht die Erde retten.

Mit bildhaften Vergleichen sind die Wissenschafter der US-Weltraumbehörde NASA schnell zur Hand, wenn es darum geht, eine ihrer Missionen auch dem Laien verständlich zu machen. Was am 4. Juli, dem amerikanischen Unabhängigkeitstag, fern von der Erde passieren wird, klingt in den Worten von Ray Brown, einem Wissenschaftspublizisten der am Projekt beteiligten University of Maryland, so: Ein Raumfahrzeug von der Größe eines VW Käfers wird ein Geschoss von Größe und Form eines Kühlschranks auf eine 14 Kilometer lange gefrorene Gurke abfeuern. Laut NASA-Forscher Donald Yeomans vom Jet Propulsion Laboratory muss man sich die darauf folgende Kollision vorstellen, „als würde eine Mücke in eine Boeing 767 rasen“. Die Größe des entstehenden Kraters lässt sich vorerst nur schätzen: Wahrscheinlich werden zwei American-Football-Spielfelder in ihm Platz haben, was 100 Meter Durchmesser entspricht; die Tiefe wird bis zu 15 Stockwerke betragen.

Das offiziell „Deep Impact“ getaufte Unternehmen ist eine der bisher spektakulärsten unbemannten Missionen ins All. Am 12. Jänner 2005 startete in Cape Canaveral die Trägerrakete Boeing Delta II, die das volkswagengroße Raumfahrzeug „Deep Impact“ und den kühlschrankförmigen kupfernen Impaktor zu jenem Orbit bringt, auf dem ein länglicher Komet namens Tempel 1 seine fünfeinhalb Jahre dauernde Bahn um die Sonne zieht. Die Wissenschafter erhoffen sich von der Beschießung des Himmelskörpers Antworten auf eine Reihe elementarer Fragen – und erkunden ganz nebenbei auch noch die Möglichkeiten, für die Erde gefährliche Objekte von ihrer bedrohlichen Bahn abzubringen (siehe Kasten).

Vor allem aber gelten Kometen als letzte Zeitzeugen aus den frühen Tagen unseres Sonnensystems. Woraus entstand all das, was seit viereinhalb Milliarden Jahren um die Sonne kreist? Aus welchen Winkeln des Weltalls stammt die organische Materienmixtur, die sich auf dem Planeten Erde auf so wundersame Art vereinigte, dass Leben entstehen konnte? Und, auch nicht uninteressant: Wie viele dieser eisigen Klumpen mussten auf den jungen Planeten krachen, um alle heutigen Ozeane, Flüsse und Seen mit Wasser zu füllen? Denn dass auch ein großer Teil des lebensspendenden Wassers durch Kometenbombardements auf die Erde gelangte, steht für Forscher heute außer Frage.

Planetare Urmaterie. Im Kern der Kometen vermuten Wissenschafter seit Längerem völlig unveränderte Reste der Urmaterie, aus der die neun Planeten entstanden sind: Eis, Gas, Staub – und vor allem organische Moleküle. Ursprünglich stammen die meisten dieser Himmelskörper aus dem Kuipergürtel jenseits des Planeten Neptun und der bisher nur theoretisch nachgewiesenen Oort’schen Wolke am äußersten Rand des Sonnensystems, 10.000-mal weiter von der Erde entfernt als die Sonne. Dass sie irgendwann doch im inneren Sonnensystem landeten und somit für humane Expeditionen erreichbar sind, dürfte an fremden Sternen liegen, deren Gravitation sie so weit aus ihrer fernen Bahn drängte, dass manche Kometen sogar in die Sonne stürzen.

Aber noch ist nicht einmal geklärt, ob ein Komet wirklich ein Komet ist oder doch ein Asteroid, ein Kleinplanet aus durchwegs fester Materie, der irgendwann einmal von größeren Rivalen am Wachstum gehindert wurde. Manche Kometen schlafen nämlich; das heißt, es fehlt ihnen der charakteristische Doppelschweif aus Staub und Gas einerseits und vom Sonnenwind weggewehten Ionen andererseits, der sich bildet, wenn sie sich auf ihrer elliptischen Bahn der Sonne nähern. Andere wiederum sind überhaupt erloschen: Sie bergen nichts mehr, das verdampfen könnte – und sehen somit aus der Entfernung Asteroiden zum Verwechseln ähnlich. Als NASA-Forscher 1996 erstmals überlegten, einen Kometen namens Phaeton zu beschießen, um mehr über seinen Kern zu erfahren, verweigerten die Mitglieder des wissenschaftlichen Beirates die Finanzierung des Projekts. „Sie waren nicht sicher, ob Phaeton überhaupt ein Komet ist, und sie glaubten auch nicht, dass wir das Ding überhaupt treffen würden“, erinnert sich Alan Delamere von der Ball Aerospace & Technology Corporation.

Über Kometen weiß die Forschung also, wie auch Donald Yeomans bedauert, „im Detail noch sehr wenig“. Auch die wenigen bisherigen Annäherungen mit Raumfahrzeugen ermöglichten keinen Blick auf den Kern, denn die Himmelskörper sind von einer dichten Wolke aus Gas und Staub, der Koma, umgeben. Seit Kurzem aber ist die NASA brennend an der Erforschung von Kometen und Asteroiden interessiert. „Die meisten Planeten mit Ausnahme des weit entfernten Pluto sind einigermaßen erforscht“, sagt Yeomans, „wir treten in eine neue Phase.“ Kometen und Asteroiden seien zudem leicht erreichbare Reiseziele.

Kraterbildung. In nicht einmal sieben Monaten wird „Deep Impact“ den 133 Millionen Kilometer entfernten Kometen Tempel 1 erreicht haben; bereits jetzt sendet das Raumfahrzeug erste Infrarotbilder. Wenn am amerikanischen Unabhängigkeitstag der einzig mögliche Schuss trifft, werden sowohl der 370 Kilogramm schwere Impaktor, bis wenige Augenblicke vor dem Einschlag, als auch das Raumfahrzeug, noch Tage nach der Kollision, umfassendes Datenmaterial an die Erde übermitteln. Das Szenario für die letzten Stunden vor dem großen Augenblick sieht vor, dass „Deep Impact“ zunächst das Projektil freigibt. Dieses muss sich dann mithilfe eines Impactor Targeting Sensors (ITS) selbstständig auf Kollisionskurs bringen. Die letzten Bilder, die der Impaktor zum Mutterschiff sendet, bilden eine Fläche von 30 mal 30 Metern ab; dann, so vermuten die NASA-Leute, werden Staubpartikel aus der Koma die Geräte unbrauchbar machen. Die Kraterbildung wird etwa 200 Sekunden in Anspruch nehmen. Diese Schätzungen beruhen auf Experimenten, bei denen Kupferbälle in zerriebenen Bimsstein geschossen wurden.

Zu diesem Zeitpunkt messen Infrarotspektrometer bereits den Auswurf. Weil Lichtbrechung und Reflexion jeder Substanz so einzigartig ist wie ein menschlicher Fingerabdruck, kann im Anschluss ziemlich genau analysiert werden, was aus dem Krater hochwirbelt – und auch, aus welcher Schicht das Material stammt. Denn je später Partikel austreten, desto tiefer müssen sie sich befunden haben. Vor allem eine Substanz hoffen die Wissenschafter im Kern aufzuspüren: gefrorenes Kohlendioxid, besser bekannt als Trockeneis. Aus seiner Konsistenz im Inneren von Tempel 1 ließe sich nämlich eine faszinierende Erkenntnis gewinnen: welche Temperaturen bei der Entstehung des Sonnensystems herrschten.

Sternenstaub fangen. Zusammen mit den Ergebnissen einer anderen NASA-Mission bildet die Datensammlung auf Tempel 1 für Donald Yeomans „einen viel versprechenden Anfang auf der Suche nach unseren Existenzgrundlagen“. Im Jänner 2004 durchflog das 1999 gestartete Raumfahrzeug „Stardust“ den Schweif des Kometen Wild 2 und sammelte erstmals Proben von einem Kometen, die auf der Erde analysiert werden können. Im Jänner 2006 soll „Stardust“ zur Erde zurückkehren – mit einer von Staubpartikeln durchdrungenen Scheibe Aerogel an Bord. Die NASA adaptierte die bereits in den dreißiger Jahren des 20. Jahrhunderts entwickelte schwammartige Silikonmasse zu Materialsammlungszwecken im All. Ihre Konsistenz umschließt Teilchen völlig und ist zudem in der Lage, Körnchen, die mit der sechsfachen Geschwindigkeit einer Gewehrkugel eindringen, ohne zerstörerische Hitzeentwicklung abzubremsen.

Nicht nur die NASA hat Kleinplaneten und Kometen als lohnende Ziele erkannt. Der Reiseverkehr zu den immer noch rätselhaften Himmelskörpern wird zusehends dichter. Wenn Anfang Juli die Operation „Deep Impact“ abläuft, wird es in 80 Millionen Kilometer Entfernung einen technisch gut ausgerüsteten Zeugen der Kollision geben. Seit März 2004 ist das europäische ESA-Raumschiff „Rosetta“ unterwegs zum Kometen Churyumow-Gerasimenko, um dort im Jahr 2014 das Landemodul „Philae“ abzusetzen, das monatelang Daten von der Oberfläche des eisigen Klumpens übermitteln soll. Trotz der großen Entfernung zu Tempel 1 ist „Rosetta“ in einer günstigen Position, um mit einem Spektrometer die Zusammensetzung und Temperatur des austretenden Gases zu messen. Nach dem Crash passiert „Rosetta“ in den nächsten neun Jahren noch einige Asteroiden, bevor die Erforschung des Kometen beginnt.

Es sind vor allem die Synergieeffekte, die Kleinplaneten- und Kometenmissionen so attraktiv machen. Der Himmel hängt voller Objekte; solange die Erforschung dieser Himmelskörper in den Anfängen steckt, erscheint den internationalen Weltraumbehörden jedes Ziel sinnvoll. „Als ‚NEAR-Shoemaker‘ Ende des 20. Jahrhunderts auf dem Weg zum Asteroiden Eros war, lag 253 Mathilde auf dem Weg, also haben wir diesen Asteroiden natürlich gleich vermessen“, sagt Yeomans.

Asteroidenlandung. Auch Japans Astro-Institut ISAS musste nicht lange suchen, als Probleme mit einer Trägerrakete den Start zur intensiven Erforschung des Asteroiden 1989 ML verzögerten. Dadurch verpasste die Mission „Muses-C“ die günstigste Position des Objekts; ein neues aber war rasch gefunden. 25143 Itokawa, ein 490 mal 180 Meter großer Asteroid, welcher der Erde bis zu 1,8 Millionen Kilometer nahe kommt, könnte jetzt in die Geschichte der Raumfahrt eingehen. Seit zwei Jahren fliegt ein Raumschiff unter dem neuen Namen „Hayabusa“ Richtung Itokawa. Mitte August ist die Ankunft geplant. Wenige Wochen später soll „Hayabusa“ bis zu dreimal für einen kurzen Moment den Asteroiden berühren, ein Projektil in die Oberfläche schießen und mit einem Trichter Proben einsammeln. Laut Plan treten die Krümel im Sommer 2006 in einem hermetisch abgeschlossenen Container in die irdische Atmosphäre ein und gehen in Australien fallschirmgebremst zu Boden. Es wäre dies die erste Materie von einem planetenähnlichen Objekt seit den 382 Kilo Mondgestein, das Apollo-Astronauten vom Erdtrabanten holten. Für solche Mengen ist „Hayabusa“ natürlich nicht gerüstet, aber bereits ein Gramm ist für die Wissenschaft von unschätzbarem Wert. Donald Yeomans, der die „Hayabusa“-Mission für die NASA beobachtet, hält die Steinchen gar für „den heiligen Gral der Asteroidenforschung“. Sie sollen nämlich mit sämtlichen auf der Erde gefundenen Meteoriten verglichen werden, die großteils als Fragmente von Asteroidenkollisionen interpretiert werden.

Nicht zuletzt könnte eine genaue Analyse der Asteroidenkonsistenz auch helfen, irgendwann einmal die Erde zu retten. Zwar wollen die NASA-Mitarbeiter bei ihrer „Deep Impact“-Mission auch überprüfen, um wie viel ihr Geschoss die Umlaufbahn des Kometen Tempel 1 verändert. Für eine exakte Bemessung eventuell nötiger Kräfte bei einer Asteroidenabwehr fehlen aber noch Daten über Masse und Dichte der Objekte. Für Yeomans macht es nämlich einen großen Unterschied, „ob wir es mit einem flauschigen Ex-Kometen oder einem soliden Eisenklotz zu tun bekommen“.

Von Klaus Kamolz