Am 12. November 2014 sollte Philae einen historischen Schritt vollziehen: Zum ersten Mal sollte eine Raumsonde kontrolliert auf einem Kometenkern landen und dort direkt dessen Oberfläche untersuchen. Der rund 100 Kilogramm schwere Lander hatte sich sieben Stunden zuvor von der ESA-Raumsonde Rosetta getrennt und war langsam auf den Kometen 67P/Churyumov-Gerasimenko abgesunken. Die erste Berührung mit dem Boden gelang nahezu dort, wo sie geplant war. Doch dann lief etwas Entscheidendes anders als vorgesehen. Die Harpunen, die Philae im Boden verankern sollten, wurden nicht ausgelöst. Wegen der extrem geringen Schwerkraft prallte der Lander wieder nach oben und begann eine fast zweistündige Reise über die Oberfläche des Kometen.

Philaes Landung wurde dadurch zu einem der ungewöhnlichsten Manöver der Raumfahrtgeschichte. Der Lander sprang über einen Kilometer weit, berührte den Kometen mehrfach und kam schließlich an einem schattigen Ort namens Abydos zum Stillstand. Dort erhielt er wesentlich weniger Sonnenlicht als vorgesehen. Trotzdem konnten praktisch alle wissenschaftlichen Instrumente eingesetzt werden, bevor die Batterie nach rund 60 Stunden erschöpft war. Aus einer missglückten Landung entstand damit eine wissenschaftlich außerordentlich ergiebige Mission.

Wann landete Philae auf dem Kometen?

Philae gehörte zur europäischen Rosetta-Mission, die am 2. März 2004 gestartet war und den Kometen 67P nach mehr als zehnjähriger Reise im August 2014 erreicht hatte. Anders als frühere Kometenmissionen sollte Rosetta 67P nicht nur kurz passieren, sondern ihn über einen längeren Abschnitt seiner Umlaufbahn begleiten. Philae ergänzte diese Untersuchung um Messungen direkt auf der Oberfläche.

Am Morgen des 12. November 2014 wurde der Lander in rund 22,5 Kilometern Entfernung vom Kometenkern von Rosetta abgestoßen. Eigene Triebwerke für den Abstieg besaß er nicht. Von diesem Moment an bewegte sich Philae allein unter dem schwachen Einfluss der Schwerkraft von 67P auf sein Ziel zu. Rund sieben Stunden später erreichte er die ausgewählte Landeregion Agilkia. Das erste Aufsetzen erfolgte nur ungefähr 150 Meter vom vorgesehenen Zielpunkt entfernt – angesichts der unregelmäßigen Form des Kometen und der völlig neuen Situation eine bemerkenswerte Genauigkeit.

Warum sprang Philae nach der Landung wieder hoch?

Das Landekonzept musste ein ungewöhnliches Problem lösen. Die Schwerkraft auf 67P ist extrem gering. Ein Raumfahrzeug, das dort mit geringer Geschwindigkeit aufsetzt, bleibt deshalb nicht automatisch am Boden. Philae besaß mehrere Systeme, die genau das verhindern sollten. Harpunen sollten unmittelbar beim Bodenkontakt abgefeuert werden und den Lander verankern, während Schrauben in den drei Landefüßen zusätzlichen Halt geben sollten. Außerdem war ein kleines Kaltgassystem vorgesehen, das den Lander beim Aufsetzen gegen die Oberfläche drücken sollte.

Schon vor der Trennung war bekannt, dass dieses Kaltgassystem nicht ordnungsgemäß funktionierte. Die Mission wurde trotzdem fortgesetzt. Nach dem ersten Bodenkontakt kam das nächste Problem hinzu: Die Harpunen wurden nicht ausgelöst. Philae konnte sich daher nicht festhalten und prallte wieder von der Oberfläche ab. Die erste Flugphase nach dem Aufsetzen dauerte etwa eine Stunde und 50 Minuten. In dieser Zeit bewegte sich der Lander ungefähr einen Kilometer über den Kometen und erreichte zeitweise eine Geschwindigkeit von rund 38 Zentimetern pro Sekunde. Danach folgte ein weiterer wesentlich kleinerer Sprung, bevor Philae endgültig zur Ruhe kam.

Wie oft sprang Philae über den Kometen?

Die Rekonstruktion der Landung wurde erst nach und nach möglich, weil während des Ereignisses niemand genau wusste, wo sich Philae nach dem ersten Kontakt befand. Messdaten des Magnetometers ROMAP, Informationen des CONSERT-Experiments, Bilder der Rosetta-Kamera OSIRIS sowie Modelle des Schwerefeldes und der Kometenform ermöglichten später eine immer genauere Rekonstruktion.

Heute ist bekannt, dass Philae während seiner Reise mehrere Kontakte mit der Oberfläche hatte. Nach dem ersten Aufsetzen in Agilkia wurde der Lander weit in die Höhe geschleudert. Etwa 45 Minuten später kollidierte er mit einer Geländestruktur und bewegte sich anschließend noch mehr als eine Stunde weiter. Ein weiterer Bodenkontakt folgte kurz vor dem endgültigen Stillstand in Abydos. Neuere Auswertungen zeigten außerdem, dass Philae während eines dieser Kontakte zwischen zwei Felsblöcken hindurchschrammte und dabei mehrere Spuren in deren Oberfläche hinterließ. Die Landung war deshalb weniger ein einzelnes Aufsetzen als eine ungewöhnliche Folge von Berührungen und Sprüngen über einen winzigen Himmelskörper.

Wo landete Philae schließlich?

Der endgültige Standort erhielt den Namen Abydos. Er lag in einem wesentlich zerklüfteteren und schlechter beleuchteten Gebiet als die ursprünglich ausgewählte Landeregion Agilkia. Genau diese Lage wurde zum größten technischen Problem nach der Landung. Philaes Energieversorgung bestand aus einer Primärbatterie für die ersten wissenschaftlichen Arbeiten und wiederaufladbaren Batterien, die anschließend über Solarzellen versorgt werden sollten. Am geplanten Landeplatz wäre genügend Sonnenlicht vorhanden gewesen, um den Betrieb länger fortzusetzen.

In Abydos stand der Lander jedoch teilweise unter beziehungsweise neben überhängenden Geländestrukturen. Seine Solarflächen erhielten nur für kurze Zeit Licht, sodass die Batterien nicht ausreichend nachgeladen werden konnten. Gleichzeitig war die genaue Lage des Landers zunächst unbekannt. Rosetta konnte zwar Funkkontakt halten und anhand verschiedener Messungen die mögliche Region eingrenzen, auf Bildern ließ sich Philae aber zunächst nicht eindeutig erkennen.

Wie lange arbeitete Philae auf dem Kometen?

Nach dem endgültigen Stillstand begann ein Wettlauf gegen die Zeit. Die Primärbatterie verfügte nur über Energie für ungefähr zweieinhalb Tage. Das Missionsteam entschied deshalb, möglichst viele Experimente durchzuführen, bevor Philae zwangsläufig verstummen würde. Insgesamt arbeitete der Lander rund 60 Stunden auf der Oberfläche. Dabei kamen seine Instrumente zur Untersuchung der chemischen Zusammensetzung, der mechanischen Eigenschaften des Bodens, der Temperatur, der inneren Struktur und des Magnetfeldes zum Einsatz. Einige Geräte hatten sogar bereits während der unkontrollierten Sprünge Messungen durchgeführt.

In der Nacht zum 15. November 2014 sank die verfügbare Energie schließlich so weit, dass Philae in einen Ruhemodus wechselte. Vorher gelang es noch, den Lander etwas zu drehen und damit die Chancen zu erhöhen, später mehr Sonnenlicht auf die Solarzellen zu bekommen. Von diesem Zeitpunkt an bestand die Hoffnung, dass sich die Beleuchtungsverhältnisse verändern würden, während sich der Komet der Sonne näherte.

Was entdeckte Philae auf dem Kometen?

Trotz der problematischen Landung lieferte Philae wissenschaftlich wertvolle Ergebnisse. Besonders ergiebig war ausgerechnet das erste, ungeplante Abprallen. Beim Kontakt mit der Oberfläche in Agilkia wirbelte der Lander ungefähr 0,4 Kubikmeter Material auf. Ein Teil dieses Staubes gelangte in das COSAC-Instrument, das organische Verbindungen untersuchen sollte.

In den Daten wurden 16 organische Verbindungen identifiziert. Darunter befanden sich mehrere Stoffklassen, die für die präbiotische Chemie interessant sind, weil sie an Reaktionswegen beteiligt sein können, aus denen komplexere Moleküle entstehen. Der Nachweis organischer Stoffe bedeutet allerdings ausdrücklich nicht, dass Philae Leben auf dem Kometen gefunden hätte. Organische Moleküle können ohne biologische Prozesse entstehen und sind auch an vielen anderen Orten im Weltraum bekannt. Die Bedeutung des Fundes liegt vielmehr darin, dass sehr ursprüngliches Kometenmaterial bereits eine komplexe Kohlenstoffchemie enthält.

Wie hart ist die Oberfläche des Kometen?

Die chaotische Landung ermöglichte einen unerwarteten Vergleich verschiedener Regionen. Am ersten Aufsetzpunkt in Agilkia traf Philae auf eine relativ weiche, staubige Oberfläche. Am endgültigen Standort Abydos war der Untergrund dagegen deutlich härter. Messungen deuten darauf hin, dass sich dort unter einer dünneren äußeren Schicht stärker verfestigtes Material befindet.

Diese Unterschiede machten deutlich, dass die Oberfläche eines Kometen keineswegs überall gleich aufgebaut ist. 67P besitzt lockere Staubschichten, härtere Krusten, Eis, poröses Material und stark unterschiedliche Geländestrukturen. Dass Philae unfreiwillig an mehreren Stellen Kontakt mit dem Boden hatte, lieferte deshalb Informationen, die bei einer perfekten Landung an nur einem einzigen Ort möglicherweise verborgen geblieben wären.

Eine besonders aufschlussreiche Untersuchung erschien 2020. Forscher identifizierten die Stelle eines weiteren Kontakts von Philae während seiner Sprungphase. Dort hatte der Lander eine Spalte zwischen Felsblöcken durchquert und dabei Material freigelegt. Die Analyse deutete auf sehr ursprüngliches Wassereis im Inneren der Blöcke hin. Dieses Eis war mit dunklem, organisch reichem Material vermischt und besaß nur eine geringe mechanische Festigkeit. Die zufällige Kollision lieferte damit Jahre später noch Informationen über den inneren Aufbau von Kometenmaterial.

Fand Philae ein Magnetfeld auf 67P?

Das Magnetometer ROMAP untersuchte das Magnetfeld während des Abstiegs und während der Sprünge über die Oberfläche. Die Messungen ergaben keinen Hinweis darauf, dass der Kometenkern selbst dauerhaft magnetisiert ist. Daraus folgt, dass Magnetfelder wahrscheinlich keine entscheidende Rolle dabei spielten, wie sich die größeren Bausteine des Kometen während der Frühzeit des Sonnensystems zu 67P zusammenfügten.

Das Ergebnis ist für Modelle der Planetenentstehung interessant. Kleine Staubpartikel können durchaus durch elektromagnetische Kräfte beeinflusst werden. Bei der Bildung größerer Kometenbausteine scheinen solche Kräfte nach den Philae-Messungen jedoch nicht dominant gewesen zu sein. Die Entstehung von 67P lässt sich eher durch die langsame Zusammenlagerung von Material unter sehr geringer Schwerkraft erklären.

Hat Philae auf dem Kometen gebohrt?

Philae verfügte mit SD2 über ein Bohrsystem, das Material aus bis zu einigen Dezimetern Tiefe gewinnen und zu Analyseinstrumenten transportieren sollte. Nach der schwierigen Landung war jedoch unklar, wie der Lander genau auf der Oberfläche stand und ob der Bohrer den Boden erreichen konnte. Ein Bohrvorgang wurde ausgelöst, doch es konnte nicht zuverlässig bestätigt werden, dass tatsächlich eine verwertbare Probe in die vorgesehenen Analyseöfen gelangte.

Gerade dieser Teil der Mission gehört deshalb zu den Ergebnissen, bei denen zwischen einem ausgeführten technischen Vorgang und einem erfolgreichen wissenschaftlichen Probentransfer unterschieden werden muss. Philae verfügte über die Technik für eine direkte Bodenprobe, doch die ungünstige Lage in Abydos verhinderte wahrscheinlich den ursprünglich geplanten Ablauf.

Erwachte Philae später wieder?

Die Hoffnung auf einen erneuten Kontakt erfüllte sich zunächst. Während sich 67P im Jahr 2015 der Sonne näherte, verbesserten sich die Licht- und Temperaturbedingungen am Standort von Philae. Am 13. Juni 2015 empfing Rosetta erstmals seit dem November wieder Signale des Landers. Philae hatte seine Batterien zumindest zeitweise ausreichend geladen und war aus dem Ruhemodus erwacht.

In den folgenden Wochen kam es zu mehreren kurzen Verbindungen, doch der Kontakt blieb instabil. Eine dauerhafte wissenschaftliche Wiederaufnahme der Mission gelang nicht. Die Funkverbindung war offenbar durch die Lage des Landers und die Geometrie zwischen Philae und Rosetta stark eingeschränkt. Der letzte bestätigte Kontakt fand im Juli 2015 statt. Danach konnte keine stabile Verbindung mehr hergestellt werden.

Mit zunehmender Entfernung des Kometen von der Sonne verschlechterten sich die Bedingungen erneut. Anfang 2016 war klar, dass ein weiteres Erwachen praktisch nicht mehr zu erwarten war. Philaes aktive Mission war damit endgültig beendet.

Wann wurde Philae auf Bildern gefunden?

Das genaue Versteck des Landers blieb fast bis zum Ende der gesamten Rosetta-Mission unbekannt. Seine Position war anhand der Funksignale und wissenschaftlichen Messungen zwar auf einen begrenzten Bereich eingegrenzt worden, doch in dem zerklüfteten Gelände war das kleine Raumfahrzeug auf Rosettas Bildern schwer zu erkennen.

Erst am 2. September 2016, weniger als einen Monat vor dem geplanten Ende der Rosetta-Mission, fotografierte die hochauflösende OSIRIS-Kamera Philae eindeutig. Der Lander lag tatsächlich in Abydos, eingeklemmt beziehungsweise schräg in einer dunklen, felsigen Umgebung. Die Aufnahme erklärte im Nachhinein, warum die Solarzellen so wenig Licht erhalten hatten und der Funkkontakt schwierig gewesen war.

Damit konnte eine der letzten offenen Fragen der Landung geklärt werden. Nach fast zwei Jahren wusste das Missionsteam endlich genau, wo Philae seine Reise beendet hatte.

Wo befindet sich Philae heute?

Philae befindet sich noch immer auf dem Kometen 67P/Churyumov-Gerasimenko. Der Lander wurde nicht geborgen und kann nicht mehr kommunizieren. Seine Batterien sind längst nicht mehr nutzbar, und die extremen Temperaturwechsel sowie die Aktivität des Kometen dürften das Raumfahrzeug inzwischen weiter verändert haben. Sein genauer heutiger mechanischer Zustand ist unbekannt.

Seit September 2016 befindet sich außerdem Rosetta selbst auf dem Kometen. Die ESA beendete die Orbiter-Mission am 30. September 2016 mit einem kontrollierten langsamen Abstieg auf 67P. Philae und Rosetta reisen deshalb heute gemeinsam mit dem Kometen weiter auf dessen rund sechseinhalbjähriger Bahn um die Sonne.

War die Landung von Philae ein Fehlschlag?

Aus technischer Sicht verlief die Landung eindeutig nicht nach Plan. Die Verankerungssysteme funktionierten nicht wie vorgesehen, der Lander sprang weit über die Oberfläche und kam an einem ungünstig beleuchteten Ort zum Stillstand. Dadurch konnte die geplante Langzeitmission nicht durchgeführt werden.

Ein wissenschaftlicher Fehlschlag war Philae dennoch nicht. Fast alle Instrumente konnten während der ersten rund 60 Stunden eingesetzt werden. Der Lander untersuchte organische Verbindungen, mechanische Eigenschaften der Oberfläche, Magnetfelder, Temperatur und weitere Eigenschaften des Kometen. Selbst die unkontrollierten Sprünge wurden zu einer wissenschaftlichen Gelegenheit, weil Philae dadurch verschiedene Regionen berührte und Messdaten aus unterschiedlichen Situationen lieferte. Jahre später konnten Forscher aus den Spuren eines dieser Kontakte sogar Eigenschaften von ursprünglichem Eis im Inneren von Kometenblöcken bestimmen.

Philaes Geschichte zeigt damit auch, wie Raumfahrtforschung mit unerwarteten Ereignissen umgehen kann. Die Mission erreichte nicht alles, was ursprünglich geplant war, doch sie gewann Informationen, die unter einer perfekten Landung womöglich nie entstanden wären.

Was blieb von Philaes Landung?

Philaes kurze aktive Zeit auf 67P veränderte den Blick auf Kometen. Die Oberfläche erwies sich nicht als gleichmäßige Mischung aus lockerem Eis und Staub, sondern als komplexes Gelände mit sehr unterschiedlichen mechanischen Eigenschaften. Organische Moleküle konnten direkt in aufgewirbeltem Oberflächenmaterial nachgewiesen werden, Magnetfeldmessungen lieferten Hinweise auf die Entstehung des Kometenkerns, und die Sprungbahn ermöglichte später Rückschlüsse auf die Festigkeit und Zusammensetzung von Material unterhalb der äußersten Oberfläche.

Gerade das vermeintliche Problem der Landung wurde dadurch Teil des wissenschaftlichen Ergebnisses. Philae setzte nicht einfach an einem Ort auf und blieb dort stehen. Der Lander tastete während seiner unfreiwilligen Reise mehrere Stellen eines Kometen ab, der nur wenige Kilometer groß ist und Material aus der Frühzeit des Sonnensystems bewahrt.

Am Ende arbeitete Philae nicht jahrelang, sondern nur rund 60 Stunden intensiv und einige kurze Momente nach seinem Wiedererwachen 2015. Dennoch wurde aus dieser kurzen Mission die erste direkte Untersuchung eines Kometenkerns von seiner Oberfläche aus. Heute schweigt Philae in Abydos, während 67P weiter um die Sonne zieht. Die Daten dieser ungewöhnlichen Landung bleiben jedoch ein Teil der Forschung über die Frage, aus welchem Material unser Sonnensystem einst entstanden ist.

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Quellen
▪︎ European Space Agency – Rosetta und Philae, Landung und Rekonstruktion der Flugbahn
▪︎ European Space Agency – Untersuchungen des endgültigen Landeplatzes Abydos
▪︎ Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt – Philae-Lander und Landekontrollzentrum
▪︎ Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung – Philae-Landung und wissenschaftliche Ergebnisse
▪︎ Fred Goesmann und Kollegen, Science – Organic compounds on comet 67P/Churyumov-Gerasimenko revealed by COSAC mass spectrometry
▪︎ Jens Biele und Kollegen, Science – The Landing(s) of Philae and Inferences on Comet Surface Mechanical Properties
▪︎ Hans-Ulrich Auster und Kollegen, Science – Magnetic field measurements at comet 67P/Churyumov-Gerasimenko
▪︎ Laurence O’Rourke und Kollegen, Nature – The Philae lander reveals low-strength primitive ice inside cometary boulders