Die NASA-Mission Deep Impact, die fast ein Jahrzehnt lang Kometen erforschte, war der am weitesten gereiste Deep-Space-Kometenjäger seiner Zeit. Die Raumsonde besuchte zwei Kometen und nahm Bilder von zwei weiteren auf. Sie war auch auf der Suche nach Exoplaneten und untersuchte deren Atmosphären, dann untersuchte sie die Erde, als wäre sie ein Exoplanet. Deep Impact trug dazu bei, Wasser auf dem Mond zu finden, und diente als Relais für eine Reihe von interplanetarischen Internet-Experimenten. Nach neun Jahren verloren die Teammitglieder den Kontakt mit der Sonde, als sie auf ihr drittes Ziel zuflog.
„Der Aufprall auf den Kometen Tempel 1, der Vorbeiflug am Kometen Hartley 2 und die Fernerkundung des Kometen Garradd haben zu so vielen überraschenden Ergebnissen geführt, dass wir unser Verständnis von der Entstehung der Kometen und ihrer Funktionsweise völlig neu überdenken müssen“, sagte Michael A’Hearn, der Leiter der Mission Deep Impact, in einer Erklärung zum Abschluss der Mission. „Diese kleinen, eisigen Überreste der Entstehung unseres Sonnensystems sind viel vielfältiger, sowohl voneinander als auch von einem Teil zum anderen eines einzelnen Kometen, als wir je erwartet hatten.“
Ausgraben eines Kometen
Die Deep Impact Mission bestand aus zwei Raumfahrzeugen. Das Hauptfahrzeug in der Größe eines Kaffeetisches trug eine zweite, kleinere Sonde, die auf den ersten Kometen, den die Mission besuchte, Tempel-1, stürzen sollte. Die Sonde startete am 12. Januar 2005 von Cape Canaveral, Florida. Am 1. Juli desselben Jahres hatte Deep Impact ein Rendezvous mit dem Kometen 9P/Tempel 1 (der offizielle Name wird gewöhnlich mit Komet Tempel 1 abgekürzt).
Deep Impact war etwa 3,3 Meter lang, 1,7 Meter breit und 2,3 Meter hoch. Neben den wissenschaftlichen Instrumenten trug die Sonde auch zwei Sonnenkollektoren und einen Schutzschild, der sie vor den Trümmern der Kometen schützen sollte, denen sie begegnete. Zwei wissenschaftliche Instrumente, das hochauflösende Instrument (HRI) und das mittelauflösende Instrument (MRI), sammelten Bilder von Kometen und planetarischen Körpern. Deep Impact war auch mit einem Infrarotspektrometer ausgestattet.
Am 4. Juli 2005 setzte die Sonde ihren kleineren Impaktor in der Bahn von Tempel 1 ab. Der Impaktor war batteriebetrieben und trug den Impactor Targeting Sensor, einen hochpräzisen Star Tracker, der die Flugbahn der Sonde überwachte und Bilder des Kometen aus nächster Nähe aufnahm. Die Bilder wurden in Echtzeit an das Hauptfahrzeug übertragen, wobei das letzte Bild nur 3,7 Sekunden vor dem Einschlag gesendet wurde.
Die Raumsonde trug auch eine Scheibe mit 625.00 Namen, die von Menschen aus der ganzen Welt eingereicht worden waren und die mit der Sonde verdampft wurde.
Der 370 Kilogramm schwere Impaktor, der hauptsächlich aus Kupfer besteht, lieferte 19 Gigajoule kinetische Energie, um einen Krater in Tempel 1 zu schlagen. Das ist so viel Energie wie 4,8 Tonnen (4,35 metrische Tonnen) TNT. Mit einer Geschwindigkeit von 37.000 Kilometern pro Stunde (23.000 mph) sprengte der Impaktor einen Krater von etwa 150 m Breite, wie Messungen der NASA-Mission Stardust im Jahr 2011 ergaben.
Hitze und Strahlung der Sonne kochen die Oberfläche dieser staubigen Schneebälle und lassen die äußere Kruste versengen. Die Trümmerwolke, die bei der Kollision der kleinen Raumsonde vom Kometen weggeblasen wurde, gab den allerersten Blick auf das unberührte Material im Inneren eines Kometen frei und offenbarte den Astronomen, dass Tempel 1 mit einem feinen Puder bedeckt ist, „eher wie Talkumpuder als wie Strandsand“, sagte A’Hearn.
„Man muss es im Kontext seiner Umgebung sehen“, sagte Pete Schultz, Deep Impact-Wissenschaftler von der Brown University in Rhode Island, in einer Erklärung. „Dieses Objekt von der Größe einer Stadt schwebt in einem Vakuum herum. Das einzige Mal, dass es gestört wird, ist, wenn die Sonne es ein wenig kocht oder jemand einen 820 Pfund schweren Weckruf mit 23.000 Meilen pro Stunde auf es schleudert.“
Die Wissenschaftler der Mission stellten auch fest, dass Kometen erstaunlich locker sind, wobei ein Kometenkern zu mindestens 50 Prozent aus leerem Raum besteht und die Oberflächenhülle zu mindestens 75 Prozent leer ist. Das Ergebnis bestätigte frühere indirekte Beobachtungen, die darauf hindeuteten, dass Kometen poröser sein könnten als erwartet, sagte A’Hearn.
Beobachtungen des Swift-Weltraumteleskops der NASA ergaben, dass durch den Einschlag etwa 250.000 Tonnen (227.000 metrische Tonnen) Wasser freigesetzt wurden; dies war eine weitaus größere Menge als ursprünglich vorhergesagt. Die Röntgenbeobachtungen von Swift ergaben, dass der Komet 12 Tage brauchte, um sich wieder zu normalisieren.
Die Röntgenbeobachtungen von Swift lieferten auch neue Erkenntnisse darüber, wie der Sonnenwind Material von Kometen und Planeten ablöst.
„Zum ersten Mal können wir sehen, wie Material, das von der Oberfläche eines Kometen freigesetzt wird, in die oberen Bereiche seiner Atmosphäre wandert“, sagte John Nousek in einer Erklärung. Nousek war Direktor des Missionsbetriebs an der Penn State University, wo der wissenschaftliche und der Flugbetrieb der Sonde gesteuert wurden. „Dies wird faszinierende Informationen über die Kometenatmosphäre und ihre Wechselwirkung mit dem Sonnenwind liefern. Das ist alles Neuland.“
Das Deep-Impact-Team arbeitete auch mit dem Spitzer-Weltraumteleskop der NASA zusammen, um eine Liste von Kometenbestandteilen zu erstellen. „Jetzt können wir aufhören zu raten, was sich im Inneren von Kometen befindet“, sagte A’Hearn. „Diese Informationen sind von unschätzbarem Wert, um herauszufinden, wie sich unsere eigenen Planeten und andere ferne Welten gebildet haben könnten.“
Diese Beobachtungen deuten darauf hin, dass der Komet möglicherweise in dem Teil des Sonnensystems geboren wurde, der heute von Uranus und Neptun eingenommen wird. Dieser Befund unterstützt das Nizza-Modell der Planetenentstehung, wonach diese beiden Planeten ihre Plätze getauscht und Kometen in die Tiefen des Weltraums verstreut haben.
EPOXI, zwei Missionen in einer
Nachdem die Sonde an Tempel 1 vorbeigeflogen war, unterbreitete das Deep-Impact-Missionsteam einen Vorschlag für eine erweiterte Mission, die eigentlich zwei Missionen in einer sein sollte: ein Besuch bei einem anderen Kometen und die Jagd nach Exoplaneten.
Die Deep Impact eXtended Investigation (DIXI) wurde mit der Untersuchung Extrasolar Planet Observation and Characterization (EPOCh) zu einer neuen Mission mit der Bezeichnung EPOXI zusammengelegt. (Die Raumsonde behielt den Namen Deep Impact.)
Anfänglich sah die erweiterte Mission vor, dass Deep Impact den Kometen 85P/Boethin besuchen sollte, der zuletzt 1986 beobachtet worden war. Aufgrund seiner 11,8-jährigen Umlaufbahn kann dieser Komet von der Erde aus nur während der sechs Monate gesehen werden, in denen er der Sonne am nächsten ist. Die Astronomen setzten 10 der weltweit größten Teleskope sowie Spitzer ein, um nach der Strahlung des Kometen zu suchen, was A’Hearn als „heldenhaften Einsatz“ bezeichnete. Leider konnten sie ihr Ziel nicht finden, und die Forscher vermuteten, dass er durch eine katastrophale Explosion zerbrochen sein könnte.
Nach dem Verlust des ursprünglichen Ziels wandten sich die Astronomen dem Kometen Hartley 2 zu. Der im März 1986 entdeckte Komet hatte eine bekannte Umlaufbahn. Aber es würde zwei zusätzliche Jahre dauern, das Ziel zu erreichen, verglichen mit dem, was eine Reise nach Boethin erfordert hätte.
Während seiner verlängerten Mission richtete EPOXI seine mechanischen Augen auf Exoplaneten. In den Tagen vor der NASA-Raumsonde Kepler, die auf Planetenjagd ging, war die Beobachtung von Welten um andere Sterne eine größere Herausforderung. Deep Impact arbeitete daran, dies zu ändern.
Die Sonde untersuchte massive Gasriesen, die fünf verschiedene Sterne in wenigen Tagen oder sogar Stunden umkreisen – Welten, die als heiße Jupiter bekannt sind. Jedes der fünf Ziele stand im Verdacht, einen zweiten, kleineren Planeten zu beherbergen. Das Ziel von Deep Impact war es, die Hot Jupiters zu untersuchen, um herauszufinden, ob die Schwerkraft dieser unsichtbaren Planeten an den Umlaufbahnen der bekannten Welten zerrt und sie dadurch leicht ins Wanken bringt.
Epoxi fand zwar keine Exoplaneten, entdeckte aber Hinweise darauf, dass ein zweiter Planet einen der Sterne, Gliese 436, umkreisen könnte. Obwohl noch kein zweiter Planet um den Stern bestätigt wurde, gab es auch aus anderen Quellen Hinweise auf eine weitere Welt.
Deep Impact untersuchte auch einen sehr bekannten Planeten: Die Erde. Die Raumsonde flog fünfmal an der Erde vorbei und untersuchte unseren Planeten während einer vollen Umdrehung, um besser zu verstehen, wie eine bewohnbare irdische Welt für Exoplanetenjäger aussehen könnte. Während andere Raumsonden zuvor die Erde und den Mond aus dem Weltraum abgebildet hatten, war Deep Impact die erste, die mit ausreichender Detailgenauigkeit beobachtete, um große Krater auf dem Mond sowie Ozeane und Kontinente auf der Erde zu erkennen, so die NASA in einer Erklärung.
Die Beobachtungen, von denen viele in ein Video aufgenommen wurden, zeigten die Helligkeitsveränderungen, denen der Planet unterliegt. Die Studie enthüllte auch Sonnenglanz, oder Flecken von Helligkeit, ähnlich wie Sonnenschein, der von der Motorhaube eines Autos glänzt, sichtbar aus einer Entfernung von etwa 11 Millionen Meilen (18 Millionen km).
„Diese Sonnenglanzflecken sind wichtig, denn wenn wir einen extrasolaren Planeten sehen würden, der periodisch auftauchende Glanzflecken hätte, wüssten wir, dass wir Seen, Ozeane oder andere große Flüssigkeitskörper, wie Wasser, sehen würden“, sagte Deming. „Und wenn wir große Wasservorkommen auf einem fernen Planeten finden würden, wären wir sehr viel optimistischer, dass wir Leben finden könnten.“
EPOXI beobachtete die Erde auch im Infrarotlicht, das weit außerhalb der menschlichen Sichtweite liegt. Rotes Licht erzeugt einen besseren Kontrast zwischen Land und Wasser und hilft den Pflanzen, sich abzuheben.
„Die Menschen denken, dass Land grünlich ist, aber das liegt daran, dass unsere Augen im Infrarot nicht empfindlich sind“, sagte Deming. „
Die Raumsonde spielte auch eine Schlüsselrolle bei der Entdeckung der ersten eindeutigen Hinweise auf Wasser auf der Mondoberfläche. In Zusammenarbeit mit der indischen Raumsonde Chandrayaan-1 und der NASA-Raumsonde Cassini zeigte Deep Impact, dass sich auf dem Mond täglich eine tauähnliche Flüssigkeit bildet, die sich dann verflüchtigt und die gesamte Mondoberfläche während eines Teils des Mondtages mit Feuchtigkeit versorgt.
Hartley 2
Das Hauptmerkmal der erweiterten Mission von Deep Impact war der Vorbeiflug am Kometen Hartley 2. Die Sonde flog am 4. November 2010 bis auf 700 km an den Kometen heran, was Hartley 2 zum fünften Kometenkern machte, der von einer Raumsonde besucht wurde. Als Deep Impact näher an Hartley 2 vorbeiflog, beobachtete die Sonde über einen Zeitraum von acht Tagen im September eine erhöhte Menge an Zyanid, das vom Kometen freigesetzt wurde, ohne dass es zu einer entsprechenden Freisetzung von Staub kam.
„Wir haben diese Art von Aktivität bei einem Kometen noch nie zuvor gesehen, und sie könnte die Qualität der Beobachtungen von Astronomen am Boden beeinträchtigen“, sagte A’Hearn in einer Erklärung.
Die Raumsonde flog auch durch einen kometaren Eissturm, der durch Jets aus Kohlendioxidgas erzeugt wurde, die jede Sekunde Tonnen von Wassereis vom Kometen trugen, sagte A’Hearn. Dies war das erste Mal, dass Astronomen Eisbrocken in der Wolke um einen Kometen sahen oder Düsen, die eindeutig von Kohlendioxidgas angetrieben wurden, sagte er. Das Team suchte nach ähnlichen Ereignissen um Tempel 1, sah sie aber nicht.
„Als wir zum ersten Mal all die Flecken sahen, die den Kern umgaben, lief uns das Wasser im Mund zusammen“, sagte Schultz in einer Erklärung. „Stereobilder zeigen, dass es vor und hinter dem Kern Schneebälle gibt, die ihn wie eine Szene in einer dieser Kristallschneekugeln aussehen lassen.“
Deep Impact lieferte auch die ersten Bilder eines Kometen, die klar genug waren, dass Wissenschaftler Staub- und Gasstrahlen mit bestimmten Oberflächenmerkmalen in Verbindung bringen konnten. Die Forscher fanden heraus, dass Kohlendioxid und nicht Wassereis als Antriebskraft für die Jets auf Hartley 2 diente.
Insgesamt deuteten die Daten darauf hin, dass Hartley 2 eine völlig neue Art von Komet sein könnte. Damals diskutierten die Forscher darüber, ob sich Kometen aus einer einzigen Masse aus Staub und Eis bilden, die durch die Schwerkraft zusammengezogen wird, oder ob sich ihre Kerne im Laufe der Zeit aus einem Sammelsurium kleinerer Kometen zusammensetzen. Es stellte sich heraus, dass Hartley 2 mindestens zwei, vielleicht drei verschiedene Arten von Eis in seinem Kern hatte, mit einer Gesamtzusammensetzung, die sehr konsistent war, was eine dritte Möglichkeit aufkommen ließ.
„Wir haben noch nie einen Kometen wie diesen gesehen“, sagte Michael Mumma vom Goddard Space Flight Center der NASA in einer Erklärung. „Hartley 2 könnte der erste einer neuen Art sein.“
Hartley 2 ist ein hyperaktiver Komet, der sich um eine Achse dreht und gleichzeitig um eine andere taumelt. Hyperaktive Kometen machen 5 bis 10 Prozent aller Kometen aus. Mit Jets und anderen Aktivitäten, die von Kohlendioxid angetrieben werden, unterscheiden sich Prozesse wie die Ausgasung auf hyperaktiven Kometen von denen auf normalen Kometen.
Nach dem Vorbeiflug an Hartley 2 beobachtete Deep Impact die Kometen Garradd und ISON, die aus den äußersten Bereichen des Sonnensystems einfliegen. Die Teammitglieder machten sich auch auf die Suche nach einem dritten Ziel für die Raumsonde.
Kontaktverlust
Am 8. August 2013 verlor die NASA den Kontakt mit der Raumsonde Deep Impact. Leider hatte die Sonde noch kein einziges Bild des Kometen ISON zurückgeschickt. Zu diesem Zeitpunkt war die Sonde etwa 4,7 Mrd. Meilen (7,58 Mrd. km) ins All geflogen.
Nach dem Kontaktabbruch versuchten die Fluglotsen mehrere Wochen lang, Befehle zur Reaktivierung der Bordsysteme von Deep Impact zu übermitteln. Ein Problem mit dem Computer-Timing führte wahrscheinlich zum Verlust der Kontrolle über die Ausrichtung der Sonde im Weltraum, so die NASA. Infolgedessen hatte die Sonde Schwierigkeiten, ihre Funkantennen und Solaranlagen zu positionieren, was sowohl die Kommunikation als auch die Energieerzeugung erschwerte.
Am 16. September 2013 stellten die Forscher fest, dass es keine Möglichkeit gab, die Kontrolle über die Sonde wiederzuerlangen. Sie empfahlen der NASA, die unglaublich produktive Mission für verloren zu erklären.
„Deep Impact war eine fantastische, langlebige Raumsonde, die weit mehr Daten produziert hat, als wir geplant hatten“, sagte A’Hearn in einer Erklärung. „Sie hat unser Verständnis von Kometen und ihrer Aktivität revolutioniert.“
Weiterlesen:
- Lesen Sie mehr über die erweiterte Mission von Deep Impact auf der NASA-Seite Deep Impact (EPOXI).
- Erfahren Sie mehr über die Geschichte von Tempel 1.
- Erfahren Sie mehr über den Kometen Hartley 2.
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