Extrasolare Kometen sind überall

Seit knapp zwei Jahrzehnten wissen wir, dass die Planeten unseres Sonnensystem nicht einzigartig sind. Auch andere Sterne haben Planeten. Und seit knapp 2 Jahren wissen wir, dass solche Planeten nicht selten sind. Ganz im Gegenteil. Fast überall gibt es Planeten. Aber Planeten und Sterne sind nicht alles, was so ein Planetensystem ausmacht. Da gibt es noch viele andere Objekte. Asteroiden zum Beispiel. Oder Kometen. Man sollte eigentlich denken, dass es für uns noch sehr lange unmöglich ist, diese kleinen Himmelskörper bei den gigantisch weit entfernten Sternen zu entdecken. Das ist schon in unserem Sonnensystem nicht einfach. Aber es ist möglich und die Astronomen haben es geschafft, extrasolare Kometen zu finden!

Es muss da draußen jede Menge Asteroiden und Kometen geben. Immerhin gibt es Planeten und die müssen irgendwie entstehen. Und die Kleinkörper sind der Anfang jeder Planetenentstehung. Junge Sterne sind von großen Scheiben aus Gas und Staub umgeben und im Laufe der Zeit ballen sich die Staubkörner zu meter- bis kilometergroßen Asteroiden zusammen. Beziehungsweise zu Kometen; das hängt nur von der Zusammensetzung ab. Kometen entstehen weiter weg vom Stern, wo es kühler ist und nicht nur Staub- sondern auch Eisteilchen zum Bau der Kleinkörper verwendet werden können. Kommen die Kometen dann in die Nähe der Sonne, sublimiert das Eis und es entsteht der beeindruckende Kometenschweif.

Wir haben Planeten beobachtet, also muss es auch Asteroiden geben. Wir haben auch viele Sterne beobachtet, die von Staubscheiben umgeben sind. Staub ist zwar noch kleiner, leuchtet aber im Infrarotbereich des elektromagnetischen Spektrums ziemlich hell. Der Stern heizt den Staub auf und der Staub gibt die Wärme wieder ab – das können wir mit Infrarotteleskopen beobachten. Die Staubscheiben sind einerseits sogenannte “primordiale” Scheiben; also genau die Scheiben, aus denen Planeten entstehen. Es gibt aber auch “Trümmerscheiben”, die sich erst bilden, wenn die Planeten schon fertig sind. Denn die übrig gebliebenen Asteroiden kollidieren immer wieder mal miteinander und wenn sie dabei zerbrechen, entsteht neuer Staub.

So eine Scheibe hat man das erste Mal im Jahr 1984 beim Stern Beta Pictoris entdeckt. Dieser Stern hat auch Planeten. Und die ersten Hinweise auf die Existenz dieser Planeten fand man im Jahr 1998, als bei Beta Pictoris die ersten extrasolaren Kometen entdeckt wurden. Im Jargon der Astronomen wurden sie damals “FEBs” genannt. Das steht für “falling evaporating bodies”; also “abstürzende, verdampfende Objekte”. Der Name gibt auch gleich einen Hinweis auf die Entdeckungsmethode. Denn natürlich sind die Kometen viel zu klein, um direkt gesehen zu werden.

Man hat den Stern beobachtet und seine Spektrallinien. Spaltet man das Licht des Sterns in seine Bestandteile auf, dann sind bestimmte Bereiche dunkel. Je nachdem, welche Element im Stern vorhanden sind, werden bestimmte Wellenlängen des Lichts blockiert. Aber nicht nur das Material im Stern selbst erzeugt diese Linien im Spektrum. Auch all das Material, dass sich zwischen dem Stern und uns befindet und das vom Licht durchleuchtet wird, erzeugt Linien. Bestimmte Linien im Spektrum von Beta Pictoris tauchten plötzlich auf und verschwanden plötzlich wieder. Daraus, und aus weiteren Analysen, schlußfolgerte man, dass sie von Objekten verursacht werden, die sich dem Stern nähern und auf ihn stürzen. Um Objekte, die Gas und Staub in großen Wolken abgeben, durch die das Licht des Sterns strahlt. Objekte, die aber zu klein sind, um direkt gesehen zu werden oder sonst irgendwelche anderen sichtbaren Auswirkungen auf das Planetensystem haben. Kleine Himmelskörper also, die in der Nähe des Sterns Gas, Staub- und Eisteilchen ins All schleudern. Mit anderen Worten: Kometen!

Wenn ein Komet sich dem Stern nähert, sorgt die hohe Temperatur dafür, dass er sich mit einer dichten Hülle aus Gas und Staub umgibt und die Strahlung des Sterns bläst einen Teil dieser Hülle fort und erzeugt den Kometenschweif. Und genau diese Hülle – die Koma des Kometen – kann man in den Spektren des Sterns erkennen. Zumindest dann, wenn der Komet gerade dabei ist, in den Stern zu fallen.

Kometen fallen aber nicht so einfach in Sterne. Wenn die chaotische Phase der Planetenentstehung abgeschlossen ist, sollten sich die übrig gebliebenen Himmelskörper – Planeten, Asteroiden und Kometen – alle auf halbwegs stabilen Bahnen befinden (ansonsten wären sie ja nicht übrig geblieben). Damit die Bahn eines Kometen instabil werden kann, muss sie von einem Planeten gestört werden. Wenn bei Beta Pictoris also Kometen in den Stern fallen, dann muss es dort auch einen Planeten geben. Und tatsächlich hat der gefundene Planet genau die Eigenschaften, die er haben muss, um das Phänomen der FEBs zu erklären. 1998 fand man auch noch bei drei weiteren Sternen (Vega, Fomalhaut and HR4796A) die typischen Anzeichen für extrasolare Planeten.

Die Jahre nach 1998 war die erste Hochzeit der Exoplanetenforschung. Die Techniken wurden immer besser und die Entdeckungen immer häufiger. Exoplaneten waren das Thema der Zeit und die Exokometen gerieten ins Hintertreffen. Jetzt aber hat man wieder begonnen, nach ihnen zu suchen und gleich sechs neue Systeme mit Kometen entdeckt. Die Sterne 49 Ceti, 5 Vulpeculae, 2 Andromedae, HD 21620, HD 42111 und HD 110411 zeigen die gleichen Anzeichen für Kometen wie auch damals Beta Pictoris.

Künstlerische Darstellung: Planeten und Exokometen um Beta Pictoris

Dank der aktuellen und noch kommenden Weltraummissionen und der immer besser werdenden Teleskope auf der Erde haben wir die Suche nach Exoplaneten mittlerweile halbwegs im Griff. In den nächsten Jahren werden wir die Zahl der entdeckten Planeten von ein paar hundert bis tausend auf ein paar zehntausend bis hunderttausend erhöhen können. Und wenn wir dann einen guten Überblick über die extrasolaren Planeten haben, wird es nötig sein, sich intensiver als jetzt dem “Kleinkram” in den fremden Sonnensystem zu widmen. Denn die Planeten sind zwar wichtig – aber nur zusammen mit Informationen über Kometen und Asteroiden können wir ein vollständiges Bild der Planetenentstehung bekommen.

Bis jetzt kennen wir nur ein System, bei dem wir alle relevanten Kompenenten statistisch ausreichend gut untersucht haben: unser eigenes Sonnensystem (in dem übrigens Ende des Jahres wieder ein großer Komet zu sehen sein wird). Wenn wir die Planetensystem aber wirklich verstehen wollen, reicht uns ein einziges Studienobjekt nicht. Wir brauchen eine möglichst breite Basis. Die Sterne haben die Menschen schon seit ein paar tausend Jahren studiert. Seit ein paar Jahrzehnten wissen wir über die Planeten Bescheid. Und wenn wir noch ein paar Jahrzehnte warten (vermutlich wird es schneller gehen), dann werden wir auch über den ganzen Rest Bescheid wissen, der da draußen so rumschwirrt!

Kommentare

  1. #1 Steffmann
    13. Januar 2013

    @Florian

    Zunächst mal wieder danke für den sehr interessanten Post.

    Mir liegt da schon seit einiger Zeit was auf der Zunge, das könnte alledings jetzt OT sein. Falls ja, und du hattest schon was zu dem Thema gepostet, verweise mich bitte auf den thread.

    Angenommen, man ist in der Lage eine ausreichende Energiemenge zusammen zu kratzen, um ein Raumschiff auf, sagen wir mal 60 % der Lichtgeschwindigkeit zu beschleunigen.
    Und weiterhin angenommen, so ein Krümmelchen in der Grösse eines Kiesels (der von dir postulierte Kreinkram) würde die Bahn des Raumschiffs kreuzen.

    Die Energiemenge wäre ja exorbitant, wenn es denn zur Kollision kämen würde. Ich frage mich allerdings, ob das bei dieser Geschwindigkeit des Raumschiffs überhaupt passieren könnte ? Die Masse wäre bei 60 % von c so hoch, dass der Gravitationseffekt das entweder verhindert oder im Gegenteil, das sogar impliziert ????

    Sorry, wie gesagt, ich versuche mich einzulesen. Aber manchmal findet man nichts, was einen auf die richtige Spur führen könnte….

  2. #2 Florian Freistetter
    13. Januar 2013

    @Steffmann: “Und weiterhin angenommen, so ein Krümmelchen in der Grösse eines Kiesels (der von dir postulierte Kreinkram) würde die Bahn des Raumschiffs kreuzen.”

    Dann wird es kurz SEHR hell und das Raumschiff war einmal…

    Es sind ja jetzt schon die Mikrometeorite eine Gefahr für Astronauten und Raumfahrzeuge. Zum Glück ist das All recht groß und die Chance auf ne Kollision ziemlich gering.

  3. #3 Steffmann
    13. Januar 2013

    Oh ich hör die Glocken klingeln.

    Einfach nur Gravitation…….ohne effekt.

    Sorry dafür.

  4. #4 Steffmann
    13. Januar 2013

    Ja, aber das war nicht meine Frage, Florian.

    Das ist mir schon klar. Die Frage ist:

    Was passiert im Falle einer Annäherung der beiden Objekte mit so unterschiedlichen Massen und Geschwindigkeiten. Kollidieren die zwangsläufig oder nicht.

  5. #5 Florian Freistetter
    13. Januar 2013

    @Steffmann: “Was passiert im Falle einer Annäherung der beiden Objekte mit so unterschiedlichen Massen und Geschwindigkeiten. Kollidieren die zwangsläufig oder nicht.”

    Die Frage versteh ich dann wohl irgendwie nicht. Wenn die Bahn des einen Objekts die Bahn des anderen Objekts kreuzt und beide zum gleichen Zeitpunkt an der gleichen Stelle sind, dann krachts. Wenn nicht, dann nicht.

  6. #6 Steffmann
    13. Januar 2013

    Schön gesagt ;-)

    Nun gut, ich dachte bzw. stellte mir vor, dass mit der enormen Masse, die ein derart beschleunigtes Raumschiff hat, auch der Raum entsprechend gekrümmt werden müsste. Insofern reden wir ja nicht gerade von 2 Autos, die auf einander zufahren oder ?

  7. #7 bikerdet
    Mülheim
    13. Januar 2013

    Hallo zusammen

    Ich habe die Frage so verstanden, ob die Masse des Raumschiffes hoch genug ist ( bei 60% Licht), das sie in der Art eines Staubsaugers kleine Teile anzieht und das Raumschiff > zwangsläufig meine Interpretation einfach vergessen ….

  8. #8 bikerdet
    Mülheim
    13. Januar 2013

    Irgendwie ist da ein Teil meines Textes verschwunden. Also nochmal :

    Ich habe die Frage so verstanden, ob die Masse des Raumschiffes hoch genug ist ( bei 60% Licht), das sie in der Art eines Staubsaugers kleine Teile anzieht und das Raumschiff zwangsläufig mit diesen Teilchen kollidiert.

    Da sich Gravitation mit Lichtgeschwindigkeit ausbreitet, das Raumschiff mit 60% Licht fliegt, bliebe ein gewisser ‘Kegel’ in Flugrichtung aus dem kleine Teile an des Raumschiff herangezogen werden KÖNNTEN.

    FALLS es denn passiert. Oder eben nicht.

    Sollte Steffmann doch was anderes gemeint haben sollte -> meine Interpretation einfach vergessen ….

  9. #9 Steffmann
    13. Januar 2013

    @bikerdet

    Also zunächst mal. Ich bin hier, du brauchst also nicht in der 3.Person über mich reden. Du darfst mich sogar persönlich ansprechen. Mit Du und allem..;-)

    Manu, so schwer ist das doch nicht.

    Eigentlich beschäftigt mich nur dir Frage, wenn man denn ein Raumschiff auf Lichtgeschindigkeit beschleunigt kriegen sollte (was ja an sich schon Schwachsinn ist, zumindest nach dem heutigen Wissensstand), was würde während dem Flug passieren.
    So einer kleiner Kiesel oder Krümmel wäre selbstverständlich das Aus für jede extra-irgendwas-planeten-extrasolarerkundgungs-Mission.

    Aber vielmehr beschäftigt mich einfach die theoretische Frage: Welchen Effekt hätte so eine enorme Masse, die da so durchs Weltall rauscht ? Gerade eben auch in Hinsicht auf Kollisionen mit Krümmel….;-)

    Da sich Gravitation mit Lichtgeschwindigkeit ausbreitet, das Raumschiff mit 60% Licht fliegt, bliebe ein gewisser ‘Kegel’ in Flugrichtung aus dem kleine Teile an des Raumschiff herangezogen werden KÖNNTEN.

    Sorry, aber könnten heisst ja dann wohl, dass es dafür noch nicht mal ne Hypothese gibt. Oder irre ich mich ?

  10. #10 Steffmann
    13. Januar 2013

    Korrektur:

    Gerade eben auch in Hinsicht auf Kollisionen mit Krümmel…

    Es muss natürlich heissen:

    bei Annäherungen mit solchen Krümmel

  11. #11 Alderamin
    13. Januar 2013

    @Steffmann

    Also, bei 60% c beträgt der Lorentzfaktor gerade mal eben 1,25. D.h. das Raumschiff wird nur um 25% massiver. Da ein Raumschiff an Masse so gut wie nichts aufbringt (jedenfalls um gravitativ irgendwas zu bewegen) und das betrachtete Raumschiff in 1 Sekunde fast 200.000 km zurücklegt (in 200.000 km Entfernung ist die Schwerkraftwirkung ja noch viel kleiner als in der unmittelbaren Umgebung), hat es keinerlei Einfluss auf umherfliegendes Gestein. Selbst bei 100- oder 1000-facher Masse.

    Wenn ein Stein im Weg ist, dann schlägt er mit der Wucht einer Atombombe ein (so viel Bewegungsenergie hat er). Im besten Fall wird er einfach durch das Schiff hindurch zischen und dabei kaum verlangsamt, also bohrt er nur einen Schusskanal durch das Schiff. Im schlechtesten Fall trifft er den Antimaterietank und rumms…

  12. #12 Felix
    13. Januar 2013

    Hallo Steffmann
    Die Massezunahme ist bei 60 % Lichtgeschwindigkeit noch sehr klein (etwa 13 – 14%).
    Aber selbst bei 99% Lichtgeschwindigkeit wäre das Raumschiff erst 7 x schwerer.
    Erst danach nimmt die Masse rapide zu. Bis man aber ein Schwerefeld auch nur eines Asteroiden der 10 km Klasse zusammenbringt mußt Du schon gewaltige Energien reinstecken.
    Und selbst dann wäre bei der hohen Geschwindigkeit die Ablenkung durch das (immer noch kleine ) Schwerefeld fast nicht zu bemerken.
    Je schneller ein Objekt an einem anderen vorbeifliegt, umso geringer die Ablenkung.
    Ein 10 km Asteroid würde selbst bei einer Passage mit 10 km /s das Objekt kaum ablenken.
    Ich hab das jetzt auch nicht parat – könnte man mal genauer durchrechnen – was ich Dir nur sagen wollte, daß Du in diesem Fall die Größenverhältnissen falsch einschätzt.
    Und richtig ist: selbst ein kleines Staubkörnchen würde sich wie eine Bombe verhalten.
    Gruß
    Felix

  13. #13 Steffmann
    13. Januar 2013

    @alderamin, @felix

    Vielen Dank. Das war es, was ich wissen wollte.

  14. #14 norbert
    14. Januar 2013

    @Florian Freistetter:

    Für mich als (interessierten) Laien ist es schwierig, mir Dinge, die im Weltall passieren tatsächlich realistisch vorzustellen. Das liegt in Teilen bestimmt auch daran, dass Begriffe und beschreibende Worte missverständlich benutzt werden (AsteroidenGÜRTEL).

    Daher habe ich mal eine ganz grundsätzliche Frage zum Verhalten von Kometen in Sonnennähe: in verschiedenen Artikeln (wiki, bei Dir, …) werden oftmals Begriffe, wie “aufbrechen der Oberfläche”, “Partikel werden ins All geschleudert”, “Oberfläche bricht auf”, “Eis verdampft”, … benutzt. Das klingt alles sehr dramatisch und wild.

    Kannst Du mal beschreiben, wie ein auf dem Kometen stehender Beobachter diese Vorgänge erleben würde (unabhängig davon, wie der Beobachter da hin kommt, wo seine Sauerstoffreserven herkommen, oder aus welchem Material der Anzug ist). Ich “erfinde” mal zwei Extreme, und denke mir, dass die Warheit möglicherweise irgendwo dazwischen liegt.

    1. In Sonnennähe wird die Oberfläche des Kometen so dermaßen aufgeheizt, dass unzählig Dampffontänen aus dem Boden schießen. Die Fontänen reißen Eisbrocken und Gestein mit Jesusmäßiger Gewalt mit, und beschleunigen mit unvorstellbarer Kraft das ganze Material vom Kometen weg. Der Sonnenwind (oder was auch immer) PRESST die Partikel mit ungeheurer Gewalt von der Sonne weg. Der Schweif entsteht.

    2. Die Sonne erwärmt die Oberfläche des Kometen. Eis wird verdampft. Der Dampf, bzw. die Dampfpartikel bewegen sich langsam von der Oberfläche weg. Das passiert stetig und erzeugt dadurch den Schweif. Ein auf der Oberfläche stehender Beobachter bekommt davon nahezu gar nichts mit. Was aus großer Entfernung so gewaltig aussieht ist tatsächlich eine äußerst dünne Dampf-”Wolke”. Eigentlich “fliegen” die Dampfpartikel ruhig und friedlich mit dem Kometen mit und haben dur eine gering andere Geschwindigkeit wie der Komet. D.h., der Schweif ist lediglich eine “mitfliegende, extrem dünne Wolke”.

    Klingt vermutlich beides blöd. Aber ich hoffe, dass halbwegs klar ist, worauf meine Frage abzielt: wie sehen Schweif und Koma von Nahem aus? Und welche Größenordnungen haben die Dichte und Geschwindigkeit von ausgestoßenen Partikeln im Vergleich zu irgendwas irdischem.

    Danke fürs Lesen (ist doch umfangreich geworden) und noch viel mehr Danke (möglicherweise) fürs Beantworten.

  15. #15 Florian Freistetter
    14. Januar 2013

    @norbert: Bis jetzt ist noch keiner auf einem Kometen gestanden. ALso weiß man es auch nicht genau. Aber es wird eher in Richtung Szenario 1) gehen, wenn auch nicht ganz so dramatisch (“ungeheure Gewalt”) usw. Das Eis und der Staub werden wirklich fontänenartig ins All geschleudert. Dadurch umgibt sich der Komet mit einer riesigen Wolke. Und die wird dann vom Sonnenwind beeinflusst. Ganz genau wird man es wissen, wenn man 2015 auf dem Kometen Temple gelandet ist (Rosetta-Mission). Dann wird die Sonde den Kometen auf seinem Weg um die Sonne begleiten und das live miterleben-

  16. #16 Alderamin
    14. Januar 2013

    @norbert

    Die Kraft des Sonnenwindes ist nicht sehr groß, da oben herrscht ja ein Vakuum. Es gibt einerseits einen leichten Druck durch die Partikel von der Sonne, die den Staub langsam vom Kometen wegschieben. Zum anderen werden Gase im Schweif vom ultravioletten Licht ionisiert (also verlieren die Moleküle Elektronen) und damit werden die Teilchen elektrisch geladen. Diese Teilchen werden von Magnetfeldern im Sonnenwind weggetragen, oft in eine andere Richtung als die Staubteilchen, weil sie weniger träge sind als der Staub (dieser “Plasmaschweif” erscheint bläulich, der Staubschweif gelblich; war schön bei Hale-Bopp zu sehen, google mal Bilder von ihm).

    Was das Verdampfen der Gase betrifft: Im Vakuum des Alls kann flüssiges Wasser nicht existieren, sondern Wassereis “sublimiert”, geht also sofort in den gasförmigen Zustand über, und zwar schon bei Temperaturen weit unter 0°C. Ich denke, Gase bilden sich auch in Blasen unter einer durch Staub, Mikrometeoriten und UV-Strahlung verhärteten Eiskruste, die dann unter dem Gasdruck platzt und das Gas zischt heraus und reißt allerhand Staub mit sich.

    Es ist zwar noch niemand auf einem Kometen gelandet (die Sonde Rosetta ist übrigens gerade unterwegs, um genau dies zu tun), aber es gibt Nahaufnahmen, z.B. vom Kometen Halley, die von der Giotto-Sonde gemacht wurden, z.B. =>hier, da sieht man die Fontänen sehr schön. Ob das alles aus der Nähe so dramatisch aussieht wie in dem Film “Armageddon”, darf allerdings bezweifelt werden. Wir dürfen auf die Bilder von Rosetta gespannt sein (ab Ende 2014).

  17. #17 ben
    14. Januar 2013

    Um nochmal auf Folgen einer solchen Kollision zurueckzukommen:
    Florian, du schreibst:”Dann wird es kurz SEHR hell und das Raumschiff war einmal…” und Felix schreibt: “Und richtig ist: selbst ein kleines Staubkörnchen würde sich wie eine Bombe verhalten.”

    Warum?
    Wenn ein Meteoroid, z.B. eben ein sehr kompakter, kieselgrosser Stein, mit sehr, sehr grosser Differenzgeschwindigkeit auf ein Raumschiff trifft, wird er wohl eher das ganze Raumschiff durchschlagen und dabei 2 grosse Löcher in den Aussenwänden hinterlassen.
    Die Mission wäre damit aber noch nicht zwangsläufig zu Ende. Es käme darauf an, wo sich Löcher befinden und ob man die Lecks isolieren, vielleicht sogar schliessen kann.

    (schon klar, dass das nicht die primäre Frage von Steffmann war)