Kometen

Weltall

Kometen

Zu den eindrucksvollsten Erscheinungen am Nachthimmel gehören Kometen. Unvermittelt tauchen sie zwischen gewohnten Sternbildern auf. Für Wochen und Monate strahlen sie heller als die Fixsterne – dabei bestehen sie größtenteils aus Eis.

Ein schmutziger Schneeball

Was von außen wie ein heiß glühender Stern aussieht, ist in Wirklichkeit eine lose Zusammenballung aus Wassereis, Gas, Staub und kohlenstoffhaltigen Verbindungen. Deshalb stellt man sich Kometen oft als "schmutzige Schneebälle" vor. Ihre Größe kann zwischen einigen hundert Metern und mehreren Kilometern liegen.

Vater und Sohn betrachten einen Kometen.

Eindrucksvolle Erscheinungen - Kometen

Die meisten Kometen bewegen sich auf Flugbahnen in Form einer Ellipse um die Sonne, bei anderen, die sehr selten oder nur einmal auftauchen, nimmt man eine parabelförmige Flugbahn an. Das heißt, sie umkreisen die Sonne nur einmal und entfernen sich dann für immer von ihr.

Als Ursprungsort der Kometen nehmen Astronomen den sogenannten Kuipergürtel und die Oortsche Wolke an, die sich am Rande unseres Sonnensystems befinden. Nach gängigen Theorien wurden bei der Entstehung unseres Planetensystems heiße Gase an die äußersten Ränder unseres Sonnensystems gedrängt und erstarrten dort zu Eis- und Gesteinklumpen. Liegen die Laufbahnen der bekannten Planeten von Merkur bis Uranus mehr oder minder alle in einer Ebene (der Ekliptik), so bewegen sich die Kometen dort in langsamem Tempo auf Bahnen, die in alle möglichen Winkelgraden zu dieser Ebene geneigt sind.

Gravitationsbillard

Wie gelangen Kometen nun aus der Oortschen Wolke oder dem Kuipergürtel ins Innere unseres Sonnensystems? Durch ein regelrechtes Gravitationsbillard. Wenn Sterne in der Nähe der Oortschen Wolke vorbeiziehen, können sie Kometenbahnen durch ihre Anziehungskraft verändern und diese auf eine lange Reise in Richtung Sonne schicken. Bahnänderungen können aber auch entstehen, wenn zwei Kometen nahe aneinander vorbeifliegen oder gar zusammenstoßen.

Die Bahnen der Planeten Mars, Erde, Venus und Merkur sind auf einer Grafik durch farbige Kreise dargestellt, die konzentrisch um die Sonne in der Mitte laufen. Die Laufbahn des Halleyschen Kometen durchschneidet diese Planetenbahnen in Form einer Parabel.

Die Flugbahn des Halleyschen Kometen durch das innere Sonnensystem

Um die Größendimensionen des Weltalls sinnvoll abbilden zu können, verwenden Astronomen als Maßstab die Astronomische Einheit (AE). Eine AE entspricht der mittleren Entfernung der Erde zur Sonne, etwa 149,6 Millionen Kilometer. Die Erde ist also 1 AE von der Sonne entfernt, Jupiter, der größte der Planeten, 5,2 AE und Pluto fast 40 AE. Die Oortsche Wolke, benannt nach dem Astronom Jan Hendrick Oort, der 1950 ihre Theorie formulierte, beginnt in etwa 20.000 AE Entfernung von der Sonne, wobei die größte Anzahl von Kometen bei 45.000 AE angenommen wird.

Für die Reise aus der Oortschen Wolke bis in unser Planetensystem brauchen die Kometen einige Tausend Jahre. Der Kuipergürtel, der ebenfalls als großes Kometenreservoir angenommen wird, liegt jenseits der Neptun-Bahn in einer Entfernung von rund 30 AE.

Erst die Sonne bringt Kometen zum Leuchten

Die meiste Zeit fliegen Kometen als kalte Eis- und Gesteinsbrocken durchs All. Sichtbar werden sie erst, wenn sie näher als Jupiter an die Sonne herankommen und entsprechend erwärmt werden. Das enthaltene Eis schmilzt jedoch nicht zu Wasser. Da sich der Komet im luftleeren Raum befindet, verwandelt sich das Eis unmittelbar in Gas. Dieser Sublimation genannte Vorgang nimmt mit der Annäherung an die Sonne an Intensität zu.

Vor einem Sternenhimmel verschmelzen zwei Strahlen in Form einer Kerzenflamme.

Der Komet Hale-Bopp

Im Periphel (dem Punkt auf der Umlaufbahn, der der Sonne am nächsten ist) verliert ein Komet schätzungsweise 100 Tonnen Eis pro Sekunde. Das ausströmende Gas reißt kleinste Staubteilchen mit sich und verteilt sich in weitem Abstand um den Kometenkern. Vom Kometen ist lediglich diese Koma genannte Gaswolke zu sehen, die sich von 10.000 bis eine Million Kilometer weit ausdehnen kann. Sie reflektiert das Sonnenlicht viel stärker als der nicht erkennbare Kometenkern. Er ist durch die in ihm enthaltenen Kohlenstoffverbindungen oftmals dunkler als Steinkohle und kann auch wegen seiner geringen Größe fast kein Sonnenlicht reflektieren.

Das Geheimnis des Schweifes

Das Sonnenlicht, die Sonnenwind genannte Strahlung aus Elektronen und Atomkernen sowie das Magnetfeld der Sonne üben auf die Koma eine Kraft aus, die sie von der Sonne weg bewegt. Dadurch entsteht der von der Erde aus mit bloßem Auge sichtbare Kometenschweif. Zwei verschiedene Schweife werden unterschieden:

  • Der gradlinigen Gasschweif besteht hauptsächlich aus ionisierten, elektrisch aufgeladenen Kohlenstoff- und Stickstoffverbindungen und ist an jedem Punkt der Flugbahn genau der Sonnenposition abgewandt.
  • Die von der Koma wegströmenden Staubteilchen bewegen sich dagegen langsamer und bilden einen schwächeren, meist gekrümmten Staubschweif. Die Krümmung entsteht unter anderem durch die Flugbahn des Kometen.

Die Schweife können bis zu 300 Millionen Kilometer lang werden, das ist die doppelte Entfernung von der Erde bis zur Sonne. Die Leuchtkraft der Kometen lässt nach, je öfter sie die Sonne umrunden, da sie durch den Schweif nach und nach alle gasförmigen Stoffe verlieren und schrumpfen. Neben dem von der Sonne abweisenden Hauptschweif können Gasstrahlen, genannt Jets, an allen Seiten eines Kometen hervortreten und besondere Schweifformen bilden.

Kometen als Vorbild für Raumsonden

In der Wissenschaft werden Kometen nach ihrer Umlaufdauer unterteilt. Kometen, die länger als 200 Jahre für einen Umlauf um die Sonne benötigen, werden Long Period Comets (LPC) genannt, solche mit kürzeren Umlaufzeiten entsprechend Short Period Comets (SPC). Von den SPCs sind etwa 100 bekannt.

Ein besonderes Phänomen stellen die Kometen mit Umlaufzeiten von weniger als 20 Jahren dar. Sie werden auch Kometen der Jupiterfamilie genannt, weil sie auf ihrer langen Reise aus dem All von Jupiter regelrecht eingefangen werden: Führt die Bahn eines langperiodischen Kometen ihn in die Nähe des massereichen Planeten Jupiter, der mehr als den elffachen Umfang der Erde aufweist, so werden sie durch seine starke Gravitation abgelenkt und schwenken in eine stabile elliptische Flugbahn um. Das Aphel, der sonnenfernste Punkt ihrer Umlaufbahn, liegt dann in der Nähe von Jupiters Umlaufbahn. Den sonnennächsten Punkt ihrer elliptischen Flugbahn nennt man Periphel, hier haben Kometen durch die Gravitation ihre größte Geschwindigkeit.

Dieser Ablenkungseffekt wird auch "Swing-By" genannt und gezielt beim Einsatz von Raumsonden genutzt. So wurden etwa Voyager 1 und 2 in den 1970er Jahren so in die Nähe von Jupiter gesteuert, dass dessen Gravitationsbeschleunigung die Raumsonden auf vorher genau berechnete Bahnen in die Nähe von Saturn brachte, um diesen näher zu erforschen.

Weiterführende Infos

Autor/in: Johannes Hirschler

Stand: 10.12.2014, 12:00

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