Als Rosetta im August 2014 den Kometen 67P/Churyumov-Gerasimenko erreichte, begann eine Mission, die es in dieser Form noch nie gegeben hatte. Raumsonden waren zuvor an Kometen vorbeigeflogen und hatten sogar Material aus ihrer Umgebung eingesammelt. Rosetta sollte jedoch etwas wesentlich Schwierigeres versuchen: Sie sollte einen Kometen auf seinem Weg um die Sonne begleiten, seine Veränderungen über Monate beobachten und mit Philae erstmals einen Lander auf seiner Oberfläche absetzen. Fast zwei Jahre lang untersuchte die ESA-Sonde 67P aus unmittelbarer Nähe und lieferte ein völlig neues Bild davon, wie ein Komet aufgebaut ist, woraus er besteht und wie er aktiv wird.

Zu den wichtigsten Entdeckungen gehörten organische Moleküle, molekularer Sauerstoff und ein ungewöhnliches Verhältnis verschiedener Wasserstoffisotope im Kometenwasser. Rosetta zeigte außerdem, dass 67P ein extrem lockerer, poröser Körper ist und wahrscheinlich aus zwei ursprünglich getrennten Objekten entstand, die in der Frühzeit des Sonnensystems relativ langsam miteinander kollidierten. Damit wurde der Komet nicht nur zu einem Forschungsobjekt, sondern zu einer Art Archiv aus der Entstehungszeit unseres Planetensystems.

Was ist der Komet 67P/Churyumov-Gerasimenko?

67P/Churyumov-Gerasimenko gehört zu den sogenannten Jupiterfamilien-Kometen. Er umkreist die Sonne in rund sechseinhalb Jahren und bewegt sich dabei zwischen den äußeren Bereichen des inneren Sonnensystems und der Umgebung der Jupiterbahn. Entdeckt wurde der Komet 1969 von den Astronomen Klim Churyumov und Svetlana Gerasimenko. Seine eigentliche Besonderheit wurde jedoch erst sichtbar, als Rosetta sich ihm im Sommer 2014 näherte.

Die ersten detaillierten Bilder überraschten selbst das Missionsteam. Statt eines ungefähr kugelförmigen Kerns zeigte sich ein auffälliger zweigeteilter Körper, dessen Form häufig mit einer Badeente verglichen wurde. Ein größerer und ein kleinerer Teil sind durch eine schmalere Halsregion miteinander verbunden. Hochauflösende Aufnahmen und Untersuchungen der Schichtstrukturen lieferten später starke Hinweise darauf, dass beide Teile ursprünglich eigenständige Körper waren und sich mit relativ geringer Geschwindigkeit miteinander verbanden. Eine heftige Kollision hätte die innere Struktur wahrscheinlich wesentlich stärker zerstört.

Warum flog Rosetta ausgerechnet zu einem Kometen?

Kometen sind für die Planetenforschung besonders wertvoll, weil ihr Material seit der Entstehung des Sonnensystems vergleichsweise wenig verändert wurde. Während Planeten durch Aufschmelzung, Vulkanismus, Atmosphäre, Erosion und andere Prozesse große Teile ihrer ursprünglichen Zusammensetzung verändert haben, verbrachten Kometen einen Großteil ihrer Geschichte in kalten äußeren Regionen. In ihrem Eis und Staub können deshalb Informationen aus einer Zeit erhalten geblieben sein, in der Sonne, Planeten und Monde gerade erst entstanden.

Rosetta sollte nicht nur die Oberfläche fotografieren. Die Mission untersuchte Staub, Gas, Eis, organische Verbindungen, Magnetfelder, Temperatur und die innere Struktur des Kometen. Gleichzeitig konnte sie beobachten, wie sich 67P veränderte, während er sich der Sonne näherte und anschließend wieder entfernte. Gerade diese lange Begleitung unterschied Rosetta von früheren Missionen, die Kometen lediglich während kurzer Vorbeiflüge untersucht hatten.

Enthält der Komet 67P Wasser?

Ja. Wassereis gehört zu den wichtigen Bestandteilen des Kometen, obwohl die sichtbare Oberfläche größtenteils nicht wie eine helle Eislandschaft aussieht. Rosetta zeigte vielmehr einen sehr dunklen Körper, dessen Oberfläche großflächig von Staub und kohlenstoffreichem Material bedeckt ist. An einigen Stellen konnte das Instrument VIRTIS jedoch freiliegendes Wassereis eindeutig nachweisen.

Wenn sich der Komet der Sonne nähert, erwärmt sich sein Material. Gefrorenes Wasser und andere leicht flüchtige Stoffe können direkt vom festen in den gasförmigen Zustand übergehen. Dieser als Sublimation bezeichnete Prozess setzt Gas und Staub frei und trägt zur Bildung der Koma und der charakteristischen Kometenschweife bei. Rosetta konnte sogar beobachten, wie Wassereis in bestimmten Regionen im Rhythmus der Kometenrotation an der Oberfläche erschien und wieder verschwand.

Die Sonde beobachtete damit nicht nur, dass ein Komet Wasser enthält. Sie konnte unmittelbar verfolgen, wie dieses Wasser am Aktivitätszyklus des Kometen beteiligt ist.

Stammt das Wasser der Erde von Kometen wie 67P?

Eine der meistdiskutierten Fragen der Rosetta-Mission betraf den Ursprung des irdischen Wassers. Die frühe Erde war sehr heiß, weshalb ein erheblicher Teil ihrer flüchtigen Stoffe vermutlich verloren ging. Seit Langem wird deshalb diskutiert, ob Asteroiden und Kometen später große Mengen Wasser auf unseren Planeten brachten.

Rosetta konnte diese Frage mithilfe des Instruments ROSINA untersuchen. Entscheidend war das Verhältnis von Deuterium zu gewöhnlichem Wasserstoff im Wasserdampf des Kometen. Deuterium ist eine schwerere Variante des Wasserstoffs, und das Verhältnis beider Formen kann wie eine chemische Herkunftsmarke genutzt werden.

Bei 67P lag dieses Verhältnis mehr als dreimal so hoch wie im Wasser der irdischen Ozeane. Das spricht dagegen, dass Kometen dieses Typs allein die Hauptquelle des heutigen Erdwassers waren. Andere Kometen besitzen allerdings andere Werte, weshalb Rosetta die Frage nicht endgültig löste. Die Ergebnisse stärkten vielmehr die Vorstellung, dass verschiedene Gruppen kleiner Himmelskörper in unterschiedlichen Regionen entstanden und Asteroiden wahrscheinlich einen bedeutenden Anteil am Wassertransport zur jungen Erde hatten.

Welche organischen Moleküle entdeckte Rosetta?

Eine der bedeutendsten Erkenntnisse war der große Anteil kohlenstoffhaltigen Materials auf und um den Kometen. Organische Moleküle sind chemische Verbindungen auf Kohlenstoffbasis. Der Begriff bedeutet nicht automatisch, dass sie von Lebewesen stammen. Solche Stoffe können auch durch rein chemische Prozesse im Weltraum entstehen.

Rosetta und Philae wiesen zahlreiche organische Verbindungen nach. Das COSAC-Instrument des Landers registrierte nach der Landung 16 organische Verbindungen im aufgewirbelten Material. Einige davon spielen auch bei chemischen Reaktionen eine Rolle, aus denen komplexere biologische Moleküle entstehen können. Spätere Untersuchungen mit Rosettas Instrumenten bestätigten zudem komplexe kohlenstoffhaltige Substanzen im Kometenstaub.

Eine quantitative Analyse des COSIMA-Teams kam später zu dem Ergebnis, dass organische Moleküle ungefähr 45 Prozent der Masse des untersuchten festen Kometenmaterials ausmachen, während der übrige Anteil überwiegend aus mineralischem Material wie Silikaten besteht. Damit gehört 67P zu den besonders kohlenstoffreichen Körpern des Sonnensystems.

Hat Rosetta eine Aminosäure auf dem Kometen gefunden?

Ja. Rosettas Instrument ROSINA konnte Glycin nachweisen, die einfachste Aminosäure. Zusätzlich wurde Phosphor gefunden. Beide Stoffe sind aus biologischer Sicht interessant: Aminosäuren sind grundlegende Bausteine von Proteinen, während Phosphor unter anderem in DNA, Zellmembranen und energietragenden Molekülen eine wichtige Rolle spielt.

Auch dieser Fund ist kein Hinweis darauf, dass auf dem Kometen Leben existiert oder jemals existiert hat. Die Bedeutung liegt vielmehr darin, dass wichtige chemische Bausteine des Lebens bereits in kleinen Körpern des frühen Sonnensystems vorhanden waren. Kometen könnten solche Stoffe auf die junge Erde und andere Planeten gebracht haben.

Rosetta stärkte damit eine grundlegende Vorstellung der Astrobiologie: Nicht alle Ausgangsstoffe für die spätere Entwicklung komplexer Chemie mussten erst auf der Erde entstehen. Ein Teil davon könnte bereits im Material vorhanden gewesen sein, aus dem das Sonnensystem hervorging.

Warum war der Fund von Sauerstoff so überraschend?

2015 meldete das Rosetta-Team erstmals den direkten Nachweis von molekularem Sauerstoff in der Umgebung eines Kometen. Dabei handelt es sich um O₂ – dieselbe Molekülform, die einen wichtigen Bestandteil der Erdatmosphäre bildet. Der Fund war überraschend, weil molekularer Sauerstoff chemisch sehr reaktionsfreudig ist und deshalb in ursprünglichem Material nicht unbedingt in dieser Menge erwartet worden war.

Die Messungen zeigten außerdem, dass die Menge des Sauerstoffs eng mit dem austretenden Wasserdampf zusammenhing. Das spricht dafür, dass der Sauerstoff nicht erst durch aktuelle chemische Prozesse in der Koma entstanden war, sondern bereits im Eis des Kometen eingeschlossen war. Wahrscheinlich wurde er bei der Entstehung von 67P in sehr kalten Bereichen des jungen Sonnensystems eingebaut.

Damit wurde molekularer Sauerstoff zu einem weiteren chemischen Fossil, das Hinweise auf die Bedingungen vor mehr als vier Milliarden Jahren liefert.

Wie sieht die Oberfläche von 67P aus?

Rosettas hochauflösende Kameras zeigten eine erstaunlich abwechslungsreiche Landschaft. Es gibt steile Klippen, tiefe Gruben, glatte Ebenen, zerklüftete Regionen, große Felsblöcke und Bereiche, die von lockeren Staubschichten bedeckt sind. Einige Steilwände erreichen Höhen von mehreren Hundert Metern, obwohl der gesamte Komet nur wenige Kilometer groß ist.

Die Oberfläche ist extrem dunkel. Sie reflektiert nur einen kleinen Teil des einfallenden Sonnenlichts und gehört damit zu den dunkelsten bekannten Oberflächen im Sonnensystem. Der Grund liegt unter anderem in der Mischung aus Staub und kohlenstoffreichem Material, die das darunterliegende Eis großflächig bedeckt. Untersuchungen des Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung zeigen, dass diese äußere Staubschicht je nach Region unterschiedlich mächtig sein kann.

Rosetta dokumentierte außerdem Veränderungen der Oberfläche. Während sich 67P der Sonne näherte, brachen an einigen Stellen Felswände zusammen, neue Strukturen wurden sichtbar und Material wurde abgetragen. Der Komet erwies sich damit keineswegs als unveränderlicher Eisblock.

Warum entstehen die Gas- und Staubfontänen des Kometen?

Je näher 67P der Sonne kommt, desto stärker erwärmt sich seine Oberfläche. Gefrorene Stoffe beginnen zu sublimieren und entweichen als Gas. Dieses Gas kann Staubteilchen mitreißen und sichtbare Fontänen beziehungsweise Jets erzeugen. Besonders aktive Regionen befinden sich dort, wo Wärme tiefer in das Material eindringen oder frisches Eis freigelegt werden kann.

Rosetta konnte diese Aktivität über viele Monate verfolgen. Auf dem Weg zum sonnennächsten Punkt der Bahn nahm sie deutlich zu. Es kam zu starken Staubausbrüchen, während gleichzeitig Veränderungen an der Oberfläche beobachtet wurden. Nach der größten Annäherung an die Sonne ging die Aktivität wieder zurück.

Damit konnte erstmals detailliert beobachtet werden, wie ein Komet während eines wesentlichen Abschnitts seiner Sonnenumlaufbahn erwacht, aktiv wird und anschließend wieder ruhiger wird.

Ist der Komet innen massiv oder hohl?

67P ist kein kompakter Fels- oder Eisblock. Messungen von Rosetta und Philae ergaben eine mittlere Dichte deutlich unter einem Gramm pro Kubikzentimeter. Daraus folgt, dass ein erheblicher Teil seines Volumens aus Hohlräumen besteht. Der Kern ist extrem porös und locker aufgebaut.

Das bedeutet allerdings nicht, dass sich im Inneren eine einzige riesige Höhle befindet. Vielmehr wird davon ausgegangen, dass das Material zahlreiche kleinere und größere Zwischenräume enthält. Der Komet ähnelt in seinem inneren Aufbau eher einem sehr lockeren Gemisch aus Eis, Staub und mineralischen Bestandteilen.

Diese Struktur ist für die Entstehungsgeschichte wichtig. Ein stark verdichteter Körper hätte wahrscheinlich wesentlich heftigere Kollisionen oder stärkere Erwärmung erlebt. Die hohe Porosität unterstützt dagegen die Vorstellung, dass 67P unter vergleichsweise sanften Bedingungen aus kleineren Bestandteilen zusammengefügt wurde.

Was fand Rosetta über die Entstehung des Kometen heraus?

Die zweigeteilte Form von 67P war eines der auffälligsten Rätsel nach der Ankunft. Zunächst war nicht klar, ob ein ursprünglich größerer Körper in der Mitte besonders stark abgetragen worden war oder ob zwei getrennte Objekte miteinander verschmolzen waren.

Die Untersuchung der inneren und äußeren Schichtstrukturen lieferte schließlich starke Argumente für die zweite Erklärung. Beide großen Teile besitzen jeweils eigene geschichtete Strukturen, die sich um unterschiedliche Zentren anordnen. Daraus schließen Forscher, dass sie unabhängig voneinander entstanden und später mit geringer Geschwindigkeit zusammenstießen.

Die Kollision musste vergleichsweise sanft gewesen sein, weil die lockere innere Struktur erhalten blieb. Damit liefert die Form von 67P Hinweise darauf, wie kleine Körper in der protoplanetaren Scheibe zusammenwuchsen, aus der später die Planeten entstanden.

Was geschah mit Philae auf dem Kometen?

Am 12. November 2014 löste sich der Lander Philae von Rosetta und sank zur Oberfläche von 67P. Die Landung verlief jedoch anders als geplant. Die vorgesehenen Harpunen, die Philae am Boden verankern sollten, wurden nicht ausgelöst. Aufgrund der extrem geringen Schwerkraft prallte der Lander wieder ab und hüpfte mehrfach über die Oberfläche, bevor er an einem schattigen Ort zum Stillstand kam.

Trotz dieser Schwierigkeiten arbeitete Philae zunächst rund 60 Stunden und übermittelte wissenschaftliche Daten. Seine Instrumente untersuchten unter anderem die mechanischen Eigenschaften des Bodens, organische Moleküle und das Magnetfeld. Die Messungen zeigten beispielsweise, dass die endgültige Landestelle einen ungewöhnlich harten Untergrund besaß, während andere Bereiche lockerer waren. Magnetfeldmessungen lieferten zudem keinen Hinweis darauf, dass Magnetismus bei der Entstehung des Kometenkerns eine entscheidende Rolle spielte.

Als die Batterien erschöpft waren, verstummte Philae. 2015 konnte der Lander noch einmal kurz Kontakt aufnehmen. Erst kurz vor dem Ende der Rosetta-Mission wurde sein endgültiger Standort auf hochauflösenden Bildern identifiziert.

Warum endete die Rosetta-Mission?

Nach mehr als zwei Jahren bei 67P entfernten sich Komet und Raumsonde wieder von der Sonne. Dadurch stand Rosettas Solarpaneelen zunehmend weniger Energie zur Verfügung. Gleichzeitig verschlechterten sich die Bedingungen für Kommunikation und wissenschaftlichen Betrieb. Eine unbegrenzte Fortsetzung der Mission war nicht sinnvoll.

Die ESA entschied deshalb, Rosetta kontrolliert auf dem Kometen niedergehen zu lassen. Am 30. September 2016 begann die Sonde ihren letzten langsamen Abstieg. Dabei sammelte sie bis kurz vor dem Aufsetzen weiterhin wissenschaftliche Daten und nahm immer detailliertere Bilder der Oberfläche auf. Nach dem Kontakt mit 67P wurde das Raumfahrzeug gemäß Missionsplanung abgeschaltet.

Rosetta befindet sich deshalb heute zusammen mit Philae auf dem Kometen. Beide Raumfahrzeuge reisen mit 67P weiter auf dessen Bahn um die Sonne.

Was war die wichtigste Erkenntnis der Rosetta-Mission?

Rosetta lieferte nicht die eine Entdeckung, die alle anderen überragt. Der eigentliche wissenschaftliche Durchbruch liegt im Gesamtbild. Vor der Mission wurden Kometen häufig vereinfacht als schmutzige Schneebälle beschrieben. Nach Rosetta ist klar, dass selbst ein kleiner Komet ein komplexer Körper mit eigener geologischer Geschichte, unterschiedlichen Landschaften, vielfältiger Chemie und dynamischer Aktivität ist.

67P enthält sehr ursprüngliches Material, das seit den frühen Phasen des Sonnensystems vergleichsweise wenig verändert wurde. Sein Kern besteht aus einer lockeren Mischung aus Eis, Staub, Silikaten und großen Mengen organischer Verbindungen. Die zweigeteilte Form bewahrt wahrscheinlich Spuren einer langsamen Kollision zweier kleinerer Körper. Molekularer Sauerstoff und andere Gase liefern Hinweise auf die extrem kalte Umgebung seiner Entstehung. Die Zusammensetzung seines Wassers zeigt zugleich, dass Kometen wie 67P wahrscheinlich nicht allein für die Entstehung der irdischen Ozeane verantwortlich waren.

Besonders weitreichend ist die Entdeckung organischer Moleküle einschließlich Glycin und der Nachweis von Phosphor. Rosetta fand kein Leben und auch keinen Hinweis darauf, dass auf 67P jemals Leben existierte. Die Mission zeigte jedoch, dass einige wichtige chemische Ausgangsstoffe für biologische Prozesse bereits in sehr ursprünglichen Kleinkörpern des Sonnensystems vorhanden sein können.

Rosetta machte aus einem Lichtpunkt eine eigene Welt

Als Rosetta ihre Reise 2004 begann, war 67P/Churyumov-Gerasimenko selbst für große Teleskope nur ein kleiner Lichtpunkt. Zehn Jahre später flog eine Raumsonde wenige Kilometer über Klippen, Gruben und Staubfelder dieses Kometen, während ein Lander auf seiner Oberfläche Messungen durchführte. Zum ersten Mal konnte die Menschheit beobachten, wie sich ein Komet während seiner Annäherung an die Sonne verändert und wie Gas, Eis und Staub miteinander reagieren.

Noch wichtiger war jedoch der Blick in die Vergangenheit. Kometen sind Überreste aus jener Zeit, in der sich vor mehr als vier Milliarden Jahren aus einer Scheibe aus Gas, Staub und Eis unser Sonnensystem bildete. Rosetta zeigte, wie viele Informationen in einem nur wenige Kilometer großen Körper erhalten geblieben sein können. Seine ungewöhnliche Form erzählt von der Entstehung kleiner Himmelskörper, sein Wasser trägt eine chemische Herkunftsmarke, und seine organischen Stoffe zeigen, dass komplexe Kohlenstoffchemie bereits vorhanden war, lange bevor auf der Erde Leben entstand.

Rosetta verstummte 2016. Der Komet aber zieht weiter um die Sonne, mit Rosetta und Philae auf seiner Oberfläche. Die wissenschaftliche Arbeit ist dennoch nicht vollständig abgeschlossen, denn die über Jahre gesammelten Daten bleiben erhalten und können mit neuen Methoden weiter untersucht werden. Aus einer Mission zu einem Kometen wurde damit ein Archiv über die Frühgeschichte des Sonnensystems.

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Quellen
▪︎ European Space Agency – Rosetta Mission, Missionsverlauf und wissenschaftliche Ergebnisse
▪︎ European Space Agency – Untersuchungen zu Wasser, molekularem Sauerstoff und organischen Stoffen auf 67P
▪︎ Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung – Ergebnisse der Rosetta- und Philae-Mission
▪︎ Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung – COSIMA- und COSAC-Untersuchungen des Kometenmaterials
▪︎ Kathrin Altwegg und Kollegen, Science – Deuterium-Wasserstoff-Verhältnis im Wasser von 67P
▪︎ André Bieler und Kollegen, Nature – Molekularer Sauerstoff in der Koma von 67P
▪︎ Kathrin Altwegg und Kollegen, Science Advances – Glycin und Phosphor bei 67P
▪︎ Fred Goesmann und Kollegen, Science – Organische Verbindungen in den Messungen des Philae-Landers
▪︎ Holger Sierks und Kollegen – OSIRIS-Untersuchungen von Form, Oberfläche und Aktivität des Kometenkerns