Aufbau eines Kometen

Kometen sind nicht einfach nur Himmelskörper sondern prächtige Schweifsterne, welche aus Gas, Eis- und aus Gesteinsbrocken bestehen. Sie werden deshalb auch als "dreckige Schneebälle" oder "eisige Schlammklumpen" bezeichnet. Das Wort "Komet" ist griechisch und bedeutet "Haarstern". Dieser Begriff entstand, weil man die beeindruckenden Schweife der Kometen mit Haarbüscheln verglich. Dabei sind Kometen eigentlich uralte Klumpen aus dem Staub, der einst um die junge Sonne wirbelte. Sie sind also Zeitzeugen des Anfangs unseres Sonnensystems. Wie Kometen aufgebaut sind, wieso sie unsichtbar sind wenn sie nicht grad in der Nähe der Sonne sind und was das alles mit Asteroiden zu tun hat, erfährst du auf dieser Seite!

Einfacher Aufbau eines Kometen:

• Kern
  Besteht aus Eis, gefrorenem Kohlendioxid, Methan, Ammoniak sowie Staub und Mineralien
• Koma (Gashülle)
  Besteht aus sublimierten, flüchtigen Substanzen (in Sonnennähe)
• Schweif
  Besteht aus Koma-Bestandteilen, die durch zunehmenden Sonnenwind weggeblasen werden

Kometen bestehen meist aus folgenden Schichten und Schweifen:

1. Kern
2. Koma (Gashülle)
   Wasserstoffwolke
3. Staubschweif
4. Gasschweif
   Ionenschweif

Kometenkopf

Der sogenannte Kometenkopf sind wohl die eindrucksvollsten Bestandteile des Kometen:

Kern des Kometen - klein und tiefschwarz

Der relativ dichte und stabile Kern des Kometen hat einen Durchmesser von etwa ein bis 100 Kilometern und ähnelt einer Erdnuss. Oftmals hat er sogar nur einen Durchmesser von zehn oder 20 Kilometern und ist somit sehr klein. Er wird auch "Nukleus" genannt. Er befindet sich in der Koma, mit der er zusammen den "Kometenkopf" bildet. Er besteht hauptsächlich aus Eis und Staub oder anderen festen Stoffen. Wie so ein Kern aussieht, wissen wir dank der Raumsonde "Giotto". Sie machte aus einer Entfernung von 1675 Kilometern Aufnahmen vom Kern des "Halley'schen Kometen".

Ebenfalls interessant sind die Ergebnisse der Sonde "Deep Space One" im Jahr 2001. Auf den Bildern, die aus 2000 Kilometern Entfernung von der Oberfläche des Kometenkerns des Kometen "Borrelly" gemacht wurden, konnte man überraschenderweise erkennen, dass der Kometenkern tiefschwarz ist. Die Oberfläche des Kometenkerns ist nämlich heiß und trocken und wird von einer harten Kruste, die aus verschmolzenem Staub besteht, überzogen.

Koma - Staub- und Gashülle des Kometen

Die schalenförmige "Koma" (oder auch "Coma") besitzt einen Durchmesser von 50.000 bis 150.000 Kilometern und besteht hauptsächlich aus Molekülen von Kohlenstoff, Sauerstoff, Wasserstoff und Stickstoff. Es handelt sich dabei also um eine Gashülle, die den Kern des Kometen umgibt und vollständig verhüllt. Sie beginnt mehrere 100 Kilometer entfernt vom Kern des Kometen und zeigt strahlenartige Strukturen. Aufgrund dieser Tatsache war der Kern lange Zeit auch für Forscher gar nicht ersichtlich.

Die Gasdichte in der Koma beträgt etwa 10.000 bis 1.000.000 pro cm³. Die Koma entsteht, weil sich der Kern an die Sonne annähert. Das Eis, bzw. die gefrorenen Gasanteile, verdampft zum Teil und umgibt dann den Kern, als riesige Gaswolke. Dabei werden kleinere Materiepartikel des Kometenkerns mitgerissen, die tatsächlich nicht größer sind als Partikel im Zigarettenrauch. Dieser Vorgang wird als "Sublimation" bezeichnet. Die Masse der Partikel ist allerdings enorm: Der Halley'sche Komet verliert beispielweise die wahnsinnige Menge von drei Tonnen Material pro Sekunde! Zusammen mit dem Kern bildet die Koma den "Kometenkopf".

Die Koma ist oftmals grün gefärbt, wodurch es aussieht, als ob der Komet einen grünen Kopf hätte. Diese grüne Färbung entsteht durch eine geringe Menge von C²-Molekülen. Dabei handelt es sich um zweiatomigen Kohlenstoff, der in etwa 50 Stunden durch Sonnenlicht zerstört wird. Das grüne Licht dringt deshalb nicht bis in den Ionenschweif des Kometen vor.

Wasserstoffwolke des Kometen

Die Wasserstoffwolke bei Kometen ist eine riesengroße Wolke, mit einem Durchmesser von Millionen Kilometern. Sie besteht aber aus weit verteiltem neutralen Wasserstoff. Trotz der immensen Größe handelt es sich nur um eine "dünne" Hülle des Kometen.

Schweif des Kometen

Der Schweif entsteht auf der sonnenabgewandten Seite des Kometen, der immer länger wird, desto mehr sich der Komet der Sonne nähert. Wenn sich der Komet wieder entfernt verschwindet allmählich auch wider der Schweif des Kometen. Der Schweif besteht vor zum Großteil aus Gasen und hat deshalb eine trudelnde Bewegung, die über Millionen von Jahren gleich bleibt.

Der gesamte Schweif des Kometen wird viele Millionen Kilometer lang. Das klingt erst einmal sehr beeindruckend und man könnte meinen, dieser Schweif könnte für die Erde sehr gefährlich werden. Tatsächlich ist der Schweif aber fast substanzlos. Beispielsweise hat die Erde im Jahr 1910 den Schweif des Halley'schen Kometen passiert. Dabei ist aber rein gar nichts passiert. Gefährlicher wäre der Eintritt des Kometen in die Erdatmosphäre. Bei einem Aufprall des Kometen könnte es, in Abhängigkeit von seiner Größe, tatsächlich zur Zerstörung des gesamten Planeten kommen.

Interessanter Fakt: Sehr viele Kometen wurden erstmalig tatsächlich von Hobby- bzw. Amateurastronomen entdeckt, weil man sie aufgrund ihres Schweifs gut erkennen kann, wenn sie sich in der Nähe der Sonne befinden. Die Entdeckung fand dann meist bei Sonnenauf- oder Untergang statt, da man sie dann am besten sehen kann.

Weißlicher Staubschweif des Kometen

Feste Teilchen, die sich vom Kern des Kometen lösten, bilden den bis zu zehn Millionen Kilometer langen Staubschweif. Dieser weist, leicht gekrümmt, von der Sonne weg. Der Staubschweif ist der, für das sichtbare Auge, bekannteste Teil eines Kometen.

Gasschweif des Kometen

Durch die Sonne wird ein Teil des Gases von der Koma weggetrieben. Auf diese Weise entsteht der Gasschweif eines Kometen. Sobald sich der Komet von der Sonne entfernt, fliegt ihm sein Gasschweif voraus, das geschieht wegen des Sonnenwindes.

Grünlicher Ionenschweif des Kometen

Der Ionenschweif ist bis zu 100 Millionen Kilometer lang, er besteht aus Plasma und ist durchsetzt mit Strahlung und Wasserdampf. Er heißt Ionenschweif, weil er aus ionisiertem Gas besteht. Dieses wird vom ultravioletten Licht der Sonne angeregt und vom Sonnenwind hinausgetrieben.

Der Sonnenwind ist selber ein Fluss "schneller Ionen". Der vom komplexen Magnetfeld der Sonne geformte wechselhafte Sonnenwird, der selber reich an Struktur ist, sorgt in Kombination mit den vielen Gasstrahlen, die aus dem Kometenkern ausströmen, für die ebenfalls komplexe Struktur des Schweifs.

Verschiedene Schweiftypen bei Kometen

Wenn man sich zu den Schweiftypen der Kometen genauer informiert wird man auch über verschiedene Schweif-Typen stolpern, die wie folgt klassifiziert werden:

Typ-1-Schweif - Plasmaschweif

Ein schmaler, länglich ausgedehnter Schweif (Typ-I Schweif), der hauptsächlich aus Molekülionen besteht und auch als Plasmaschweif bezeichnet wird, zeigt eine Erklärung, die über den Strahlungsdruck hinausgeht. 1951 postulierte Ludwig Biermann, dass die Ursache für diesen Schweif in einer von der Sonne ausgehenden Partikelstrahlung liegen könnte, die heute als Sonnenwind bekannt ist. Aktuelle Forschungen deuten darauf hin, dass die kometaren Ionen durch die Wechselwirkung mit dem solaren Magnetfeld angetrieben werden, das von den geladenen Teilchen des Sonnenwinds mitgeführt wird.

Typ-2-Schweif - Staubschweif

Ein diffuser, gekrümmter Schweif (Typ-II Schweif), auch als Staubschweif bekannt, besteht aus kleinen Staubteilchen, die durch den Strahlungsdruck der Sonne beeinflusst werden. Diese Wirkung lässt sich durch eine Aufspaltung in zwei Komponenten erklären:

Eine radiale Komponente, die der Gravitationskraft entgegengerichtet ist und quadratisch mit der Entfernung zur Sonne abnimmt. Dies verhält sich wie eine effektive Abnahme der solaren Gravitationskraft. Die Staubteilchen bewegen sich daher auf "Pseudo-Keplerbahnen", die sich aufgrund der Abhängigkeit des Strahlungsdrucks von der Teilchengröße für Staubteilchen unterschiedlicher Größe unterscheiden. Dies führt zu einer relativ starken Auffächerung des Staubschweifs im Vergleich zum Plasmaschweif.

Die andere wirksame Komponente des Strahlungsdrucks ist der Bewegungsrichtung der Staubteilchen entgegengerichtet und bewirkt eine Abbremsung der Teilchen, die größer als die Wellenlänge des Lichts sind, das heißt, größer als etwa 0,5 µm. Diese Teilchen bewegen sich langfristig genauso wie der sonstige interplanetare Staub auf Spiralbahnen in Richtung Sonne (Poynting-Robertson-Effekt).

Typ-3-Schweif - Gegenschweif

In sehr seltenen Fällen, die durch besondere Bahnkonstellationen gekennzeichnet sind, kann ein Gegenschweif (Typ-III Schweif) beobachtet werden. Es handelt sich dabei jedoch nicht um einen eigenständigen Schweif, sondern lediglich um einen geometrischen Projektionseffekt: Wenn die Erde sich zwischen Sonne und Komet bewegt, scheint ein Teil des Staubschweifs aufgrund seiner Krümmung scheinbar über den Kometenkopf hinaus zu ragen.

Abweichender Aufbau bei Kometen?

Je nach Komet kann der aufgezeigte Aufbau bzw. die Farbe und Form des Schweifs aber auch etwas abweichen. Dieser ist also nicht in Stein gemeißelt. Das verwundert bei den unterschiedlichen Größenverhältnissen des Gesteinskerns und der verschiedenen Verhältnisse der einzelnen Bestandsteile aber auch nicht. Hier gibt es einige interessante Beispiele für außergewöhnliche Kometen:

Komet ZTF und sein Gegenschweif

Der helle Komet ZTF, der das innere Sonnensystem durchquert, weist nicht nur einen herkömmlichen Staubschweif, einen Ionenschweif und eine grüne Gaskoma auf, sondern beeindruckt zudem durch einen ungewöhnlich markanten Gegenschweif. Dieser erstreckt sich nicht vor dem Kometen, sondern ist ein Teil des ausgefächerten, nachziehenden Staubschweifs, der teilweise hinter dem Kopf des Kometen hervorsticht.

Drei blaue Ionenschweife erstrecken sich nach rechts oben, höchstwahrscheinlich entstanden durch die Wechselwirkung eines veränderlichen Sonnenwinds mit den Ionen, die vom eisigen Kometenkern ausgestoßen wurden. Der deutlich kürzere weiße Staubschweif des Kometen verläuft nach links oben. Das grünliche Leuchten stammt von der Koma des Kometen, die durch leuchtendes Kohlenstoffgas erzeugt wird.

Komet NEOWISE und sein roter Schweif

Was bewirkt den ungewöhnlichen roten Schweif des Kometen NEOWISE? Die Antwort lautet: Natrium. Im Sommer 2020 bot der Komet NEOWISE einen beeindruckenden Anblick, der zeitweise mehr als nur einen überraschend gestreiften weißen Staubschweif und einen hübsch gefleckten blauen Ionenschweif zeigte. Einige farbempfindliche Aufnahmen enthüllten einen ungewöhnlichen roten Schweif, dessen Analyse ergab, dass die vorherrschende Farbe dieses dritten Schweifs hauptsächlich durch Natrium abgestrahlt wurde.

Besonders auffällig ist jedoch die wellenförmige Struktur seines Staubschweifs. Dieser Staubschweif krümmt sich jedoch aufgrund der Tatsache, dass schwerere Staubteilchen dem geringen Lichtdruck besser widerstehen können und somit weiterhin auf einer Umlaufbahn um die Sonne verbleiben. Die eindrucksvollsten Streifen im Staubschweif des Kometen NEOWISE sind noch nicht vollständig erforscht, stehen jedoch wahrscheinlich in Verbindung mit rotierenden Strömen von Körnchen, die Sonnenlicht reflektieren und durch das Schmelzen von Eis freigesetzt werden, das auf seinem fünf Kilometer großen Kern vorhanden ist.

Komet Leonards unregelmäßiger Schweif

Die Struktur im Schweif des Kometen Leonard unterliegt wie bei jedem anderen Kometen der Einwirkung des Sonnenwinds. Sie bewegt sich von der Sonne weg und verändert im Verlauf der Zeit sogar ihre wellige Erscheinung. Die blaue Färbung des Ionenschweifs resultiert aus rekombinierenden Kohlenmonoxidmolekülen. Der lange Schweif besteht aus ionisiertem Gas, das im Sonnenlicht fluoresziert. Das Material des Schweifs verdampft vom Kern des Kometen Leonard, einer etwa einen Kilometer großen Masse aus Staub, Gestein und Eis. Wahrscheinlich haben Ausbrüche auf dem Kometenkern und Wechselwirkungen mit Magnetfeldern und dem Sonnenwind zu einer unregelmäßigen, geknickten und verdrehten Erscheinung des Schweifs geführt.

Interessanter Fakt: Der Schweif eines Kometen wird nicht, wie man es sich vorstellt und wie es wirkt, vom Kometen hinter sich hergezogen. Es handelt sich dabei streng genommen nur um den "Abfall" des Kometen, den er bei der Wanderung durch den Weltraum ausstößt und als Drecksspur hinterlässt. So ähnlich wie ein Flugzeug eine Kerosinspur hinter sich lässt.

Sind Asteroiden nur "verbrauchte" Kometen?

Zwischen Asteroiden und Kometen klar zu unterscheiden ist nicht immer einfach. Ein Asteroid bildet in Sonnennähe keinen Schweif wie ein Komet. Denn sein Eis-Anteil ist viel zu gering. Er besteht viel mehr nur aus Gestein.

Kometen, die durch ihre unzähligen Sonnenumrundungen ihr gesamtes Eis aufgebraucht haben, setzen vermutlich als übrig gebliebener Gesteinskern ihre ursprüngliche Bahn einfach fort. Man vermutet, dass dies nach etwa 500maligem Passieren der Sonne der Fall sein dürfte. Dies klingt erst einmal nach nicht so vielen Umrundungen, dauert aber Millionen von Jahren!

Vermutlich kann man festhalten, dass "verbrauchte" Kometen zu Asteroiden oder zumindest ähnlichen Himmelskörpern werden, aber nicht alle Asteroiden verbrauchte Kometen sind. Somit dürfte es sich etwa bei der Hälfte der Asteroiden in Erdnähe eigentlich um ausgebrannte bzw. "tote" Kometen handeln.