Vortrag zum Thema: „Rosetta, eine Reise zu unserm Ursprung“

Prof. Dr. Kathrin Altwegg, Universität Bern

Prof . Dr. Kathrin Altwegg Kathrin Altwegg (geboren 1951) ist Professorin an der Universität Bern für Weltraumforschung und Planetologie. Diese Abteilung befasst sich u.a. mit Projekten, wie der Kometensonde Rosetta und dem mitfliegenden Massenspektrometers Rosina, der die Zusammensetzung des Kometenstaubes entschlüsseln soll. Kathrin Altwegg hatte seinerzeit als einzige Frau Physik an der Universität Basel studiert, wo sie 1980 bei der ersten Basler Physikprofessorin Iris Zschokke promovierte.

Vom Urknall bis heute

Wenn man die Zeit vom Urknall bis heute auf ein Jahr projiziert, ergibt sich folgende Zeitachse:

  • Januar 0.00 Uhr Urknall,
  • März: Entstehung der Milchstraße,
  • August: Entstehung des Sonnensystems,
  • September: Entstehung der Einzeller,
  • November: Entstehung der Mehrzeller,
  • 24. Dezember: erste Dinosaurier,
  • 25. Dezember: erste Säugetiere,
  • 31. Dezember, 10.15 Uhr: erste Affen,
  • 31. Dezember, 22.54 Uhr: Homo sapiens,
  • 1 Sekunde vor Mitternacht: Columbus.

Es ist also verständlich, dass man sich mit den Wurzeln seines Universums, das ca. 13,7 Mrd. Jahre alt ist, in etwa so wie mit der Archäologie befasst.

Rosetta – die bislang komplexeste Weltraummission Europas

Das Ziel der Mission Rosetta und ihrer Untersuchungen ist es herauszufinden, ob Kometen aus einem Material bestehen, das auch auf der Erde vorkommt und wie das Wasservorkommen auf der Erde zu erklären ist. Beide Himmelskörper entstanden etwa gleichzeitig, nämlich vor rund 4,5 Milliarden Jahren. Die Herkunft des Wassers auf der Erde ist bis heute nicht befriedigend geklärt. Ein Teil des Wassers dürfte durch das Ausgasen des Magmas entstanden sein, also letztlich aus dem Erdinneren stammen. Ob dadurch aber die heutige Menge an Wasser erklärt werden kann, ist fraglich. Weitere große Anteile könnten auch durch Einschläge von Kometen, transneptunischen Objekten oder wasserreichen Asteroiden aus den äußeren Bereichen des Asteroidengürtels auf die Erde gekommen sein.

Die Entwicklung des Projektes begann 1992.Ursprünglich war Rosettas Start für den 13. Januar 2003 geplant, und als Ziel war der Komet Wirtanen vorgesehen. Wegen Schwierigkeiten mit dem Ariane-5-Raketenprogramm wurde der Start verschoben, und es wurde dann auf der Suche nach einem aktiven, noch nicht ausgegasten Kometen, Churyomow-Gerasimenko („Chury“ genannt) als neues Ziel ausgewählt.

Am 2. März 2004 bringt die Trägerrakete die 3 t schweren Rosetta ins All, wo sie den Kometen Chury in 10 Jahren erreichen soll. Die Rundreise umfasst drei Vorbeiflüge an der Erde und einen am Mars. Außerdem taucht Rosetta mehrmals in den Planetoidengürtel zwischen Mars und Jupiter ein. So konnte sie Nahaufnahmen der zwei Asteroiden Steins und Lutetia anfertigen.

Rosetta verfügt über elf Instrumente und das Landegerät Philae mit seinerseits neun Instrumenten. An Bord befindet sich auch das Massenspektrometer Rosina, das Daten über den Kometen Chury liefern soll. Es entstand aus der Arbeit eines internationalen Forscherteams an der Universität Bern. Das Gerät analysiert Gase im Schweif des Kometen. Die notwendige Energie erhält Rosetta von zwei riesigen Solarpaneelen mit einer Länge von je 14 Metern. Da 2011 Rosetta zu sonnenfern war, um mit solarer Energie versorgt zu werden, wird sie im Juni 2011 in einen „Winterschlaf“ versetzt und am 20. Januar 2014 aus diesem wieder erweckt mit dem Ziel Chury.

Bei ihrer Ankunft in der Nähe des Kometen Chury ändert Rosetta mehrfach ihre Flugbahn zur Beobachtung des Kometen und schwenkt nur wenige Kilometer über dem Kern in die Umlaufbahn ein. Der Komet hat ca. 4 km im Durchmesser, eine Entenform und kaum Gravitation. Die Sonde Philae wird ausgesetzt und landet zunächst auch punktgenau, die Harpunen und Ansaugmechanismen funktionieren dann allerdings nicht. Letztendlich „purzelt“ Philae auf die sonnenabgekehrte Seite und landet, wenn auch suboptimal. Es kann noch 60 Stunden lang Messergebnisse zur 500 Mio.km entfernten Erde senden.

Man fand auf Chury Natrium, Magnesium, Silicium und Calcium. Zudem gast der Komet u.a. Schwefelwasserstoff, Kohlenmonoxyd, Kohlendioxyd, Amoniak und Formaldehyd, Cyanwasserstoff, Methanol aus. Aufgrund der Ergebnisse Rosinas werden einige Theorien in der Astrophysik obsolet. Resultat zur Herkunft des Wassers auf der Erde: Die Messungen des Isotopenverhältnisses des Kometen Chury deuten auf die Herkunft des Wassers auf der Erde (neben der Verdunstung des Magmas) allenfalls aus Asteroiden aus dem Umfeld des Saturns und Jupiters hin und nicht das von Kometen und transneptunischen Objekten, da deren Isotopen-Verhältnis nicht mit dem von irdischem Wasser übereinstimmt.

Im Spätsommer 2016 wird die Mission Rosetta enden. Man hat dann zwar wieder genügend Sonnenenergie, aber das Material ist veraltet und ermüdet (Einschläge auf den Segeln etc.) Man wird einen Crash mit Chury herbeiführen.

Die Geschichte des Moleküls im Sonnensystem

Vor 13,7 Milliarden Jahren schuf der Urknall die Zeit und den Raum, der zu diesem Zeitpunkt noch eine extrem hohe Energiekonzentration hatte. Direkt nach dem Urknall fing der Raum an, sich blitzschnell auszudehnen und aufgrund der extrem hohen Temperatur fingen die Teilchen erstmals an, sich ständig umzuwandeln.

Als die Materie im Universum anfing sich zu sammeln, konnten sich erstmals Räume mit unterschiedlicher Massendichte bilden. Dies hatte zur Folge, dass sich massereiche Gaswolken aus Wasserstoff und Helium bilden konnten. Das Universum wurde danach durch die Expansion immer kälter, und da sich Atome bei einer geringeren Temperatur weniger bewegen, konnten die kalten Gaswolken immer stärker in sich zusammenfallen und sich so sehr stark verdichten.

Da beim Urknall nur Wasserstoff und Helium entstanden, bestand die erste Generation der Sterne somit auch nur aus diesen Elementen. Unsere Sonne besteht aber zum Vergleich aus vielen verschiedenen Stoffen, wie z.B. aus Wasserstoff, Helium, Sauerstoff, Kohlenstoff, Neon und Stickstoff. Dies bedeutet, dass etwas im Universum die anderen Elemente erschaffen haben muss: Sie wurden bereits lange vor der Entstehung unserer Sonne von den ersten Sternen im Universum hergestellt und verteilt.

Das geschah wie folgt: Diese Sterne fusionierten die Wasserstoffatome, sie wandelten also Wasserstoff zu Helium um und dieses wiederum zu Lithium usw. im Periodensystem. Bei diesem Vorgang spielt die Masse des Sterns eine große Rolle, denn es wird eine bestimmter Druck für die Kernfusion benötigt, es konnten also bei entsprechender Masse sehr viele verschiedene Elemente herstellt werden. Da die Sterne aber schon nach relativ kurzer Zeit explodierten, wurde das Universum bereits früh mit vielen verschiedenen Elementen gefüllt.

Wenn diese Sterne an ihre Grenzen stoßen, weil sie die Elemente bis zum Maximum fusioniert haben, können sie aufgrund der großen Schwerkraft in sich zusammenfallen und ein schwarzes Loch bilden. Dies geschieht aber nicht bei jedem Stern. Beim Entstehen eines schwarzen Lochs entsteht hierum eine Scheibe von Materie. Aufgrund der Gasvorkommen in diesen Materiescheiben können dann viele neue kleine Sterne entstehen (z.B. unsere Sonne) bzw. unsere Galaxie. Die Sterne unseres Sonnensystems weisen daher auch Spuren von Sauerstoff, Kohlenstoff und anderen Elementen auf. Und aufgrund dieser verschiedenen Elemente konnten sich um diese Sterne letztendlich Planeten bilden.

Kometen - Zeugen unserer Vergangenheit

Ein Komet ist ein kleiner Himmelskörper von meist einigen Kilometern Durchmesser, der in den sonnennahen Teilen seiner Bahn eine durch Ausgasen erzeugtes Koma und meist auch einen leuchtenden Schweif entwickelt. Doch verlieren Kometen mit jedem Umlauf um die Sonne einen kleinen Teil ihrer Masse, vor allem flüchtige Bestandteile der äußeren Schicht des Kerns.

Kometen sind Überreste der Entstehung des Sonnensystems und bestehen aus etwa zur Hälfte aus Eis/Wasser und zur anderen Hälfte aus Staub und lockerem Gestein. Nach gängiger Theorie wurden bei der Entstehung unseres Planetensystems heiße Gase an die äußersten Ränder unseres Sonnensystems jenseits des Neptuns gedrängt, wo sie zu Aggregaten bis zu 1 km Durchmesser wuchsen und dann genügend Gravitation entwickelten, um weiteres Material aus der Umgebung anzuziehen. Die Kometen bewegen sich dort in langsame Geschwindigkeit auf ihren Bahnen. Kometen sind seit etwa 4,5 Mrd. Jahre in unserem Sonnensystem bzw. 4,5 Mrd. Jahre alt – so alt wie die Erde.

Abgrenzung Asteroide

Asteroide bewegen sich am Firmament wie Planeten relativ zu den Sternen. Asteroiden sind allerdings keine Planeten und gelten auch nicht als Zwergplaneten, denn aufgrund ihrer geringen Größe ist die Gravitation zu gering, um sie annähernd zu einer Kugel zu formen.  

Uni Bern - Rosina

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