ROSETTA
Sauerstoff in der Atmosphäre von 67P
Redaktion / idw / Pressemitteilung der Universität Bern
astronews.com
30. Oktober 2015

Die bisher größte Überraschung bei der chemischen Analyse der Atmosphäre des Kometen 67P/Churyumov-Gerasimenko mithilfe der Instrumente an Bord der ESA-Sonde Rosetta ist der hohe Anteil an Sauerstoffmolekülen. Die Wissenschaftler werten diesen Fund als Hinweis darauf, dass zumindest ein großer Teil des Kometenmaterials älter ist als unser Sonnensystem.

"Porträt" des Kometen 67P/Churyumov-Gerasimenko vom September 2014. Bild: ESA / Rosetta / NAVCAM (CC BY-SA IGO 3.0)  [Großansicht]

Schon früh in der Mission des Massenspektrometers ROSINA an Bord der Kometensonde Rosetta, nämlich im September letzten Jahres, machten die Wissenschaftler vom Center for Space and Habitability (CSH) der Universität Bern bei der Analyse der Kometengase eine unerwartete Entdeckung: Zwischen den erwarteten Spitzen der Schwefel- und Methanolwerte waren deutliche Spuren von Sauerstoffmolekülen (O₂) zu sehen. Es stellte sich heraus, dass O₂ gar das vierthäufigste Gas in der Atmosphäre des Kometen ist – nach Wasser (H₂O), Kohlenmonoxid (CO) und Kohlendioxid (CO₂).

Da Sauerstoff chemisch sehr reaktiv ist, wurde bisher angenommen, dass er sich im frühen Sonnensystem mit dem in großen Mengen vorhandenen Wasserstoff zu Wasser verbunden haben muss. Dennoch waren auf dem Kometen noch Sauerstoffmoleküle vorhanden. "Wir hätten nie gedacht, dass Sauerstoff Jahrmilliarden 'überleben' kann, ohne sich mit anderen Stoffen zu verbinden", sagt Prof. Kathrin Altwegg, Projektleiterin des Massenspektrometers ROSINA.

Molekularer Sauerstoff ist sehr schwierig mittels spektroskopischen Messungen von Teleskopen zu entdecken – was erklärt, wieso dieses Molekül nicht schon bei anderen Kometen beobachtet wurde. Es brauchte die Messung vor Ort mit dem ROSINA-Massenspektrometer auf der Rosetta-Sonde, um diese Entdeckung zu machen. "Erstaunlich für uns war auch die Feststellung, dass das Verhältnis von Wasser zu Sauerstoff sich weder mit dem Ort auf dem Kometen noch mit der Zeit änderte – es also eine stabile Korrelation zwischen Wasser und Sauerstoff gibt", so Altwegg.

Im Gegensatz zu Kometen ist das Vorkommen von Sauerstoffmolekülen auf den Jupiter- und Saturnmonden bekannt. Dort wird es durch das Einschlagen hochenergetischer Teilchen vom jeweiligen Mutterplaneten erklärt, den es aber im Fall des Kometen 67P/Churyumov-Gerasimenko nicht gibt. Allerdings wird der Komet seit 4,6 Milliarden Jahren von hochenergetischen Teilchen der kosmischen Strahlung bombardiert. Diese Teilchen können Wasser spalten, woraus unter anderem Sauerstoff, Wasserstoff und Ozon entstehen können.

Allerdings dringen diese Teilchen nur wenige Meter in die Oberfläche ein. Der Komet verliert aber auf seiner Bahn um die Sonne bei jedem Umlauf zwischen einem bis zehn Metern Umfang und hat deshalb seit seiner letzten Begegnung mit Jupiter im Jahr 1959, die ihn auf die heutige Bahn gebracht hat, schon mehr als 100 Meter Umfang verloren.

Die laut den Wissenschaftlern wahrscheinlichste Erklärung ist, dass der Sauerstoff schon früh, also vor der Bildung des Sonnensystems, entstand. Dabei seien hochenergetische Teilchen auf Eiskörner in den kalten und dichten Geburtsstätten der Sterne, den sogenannten dunklen Molekülwolken, getroffen und hätten Wassermoleküle gespalten, was zu Wasserstoff- und Sauerstoffmolekülen geführt hätte. Der Sauerstoff sei dann im frühen Sonnensystem nicht weiter "verarbeitet" worden.

Die Sauerstoff-Messungen zeigen, dass mindestens ein großer Teil des Kometenmaterials älter ist als unser Sonnensystem und die Zusammensetzung dabei typisch ist für dunkle Molekülwolken, aus denen dann solare Nebel und später Planetensysteme entstehen. "Dieser Hinweis auf Sauerstoff als uraltes Material wird wahrscheinlich einige theoretische Modelle über die Bildung des Sonnensystems über den Haufen werfen", sagt Altwegg.

Über ihre Ergebnisse berichteten die Wissenschaftler jetzt in einem Fachartikel, der in der Zeitschrift Nature publiziert wurde.