Warum enthält der Komet 67P / Churyumov-Gerasimenko (67P) so wenig Stickstoff? Diese Frage stellten sich Wissenschaftler, als sie sich die Daten des Rosetta-Raumfahrzeugs der ESA anschauten. Tatsächlich ist es eine Frage, die sie sich jedes Mal stellen, wenn sie die Gase im Koma eines Kometen messen. Als Rosetta 2014 den Kometen besuchte, maß er die Gase und stellte fest, dass nur sehr wenig Stickstoff vorhanden war.
In zwei neuen Artikeln, die in Nature Astronomy veröffentlicht wurden, schlagen Forscher vor, dass der Stickstoff überhaupt nicht wirklich fehlt, sondern nur in den Bausteinen des Lebens verborgen ist.
Rosetta wurde 2004 eingeführt und brauchte 10 Jahre, um sein Ziel, den Kometen 67P, zu erreichen. Es verbrachte ungefähr zwei Jahre damit, es zu studieren, bevor es seine Mission beendete, indem es gegen den Kometen stürzte. Rosetta schickte auch den Lander Philae an die Oberfläche, und trotz einer schwierigen Landung, die seine Mission lahmlegte, war der Lander immer noch in der Lage, Bilder von der Oberfläche des Kometen aufzunehmen.
Das war vor drei Jahren, und Wissenschaftler arbeiten immer noch an den Daten.
"Obwohl die Rosetta-Operationen vor über drei Jahren beendet wurden, bietet sie uns immer noch eine unglaubliche Menge neuer Wissenschaft und bleibt eine wirklich bahnbrechende Mission."
Matt Taylor, Rosetta-Projektwissenschaftler der ESA.
Kometen sind größtenteils Eisbälle, und als sich der Komet 67P der Sonne näherte, sublimierte die Hitze das Material vom Kometen in sein Koma, einen gasförmigen, dunstigen Fleck, der den Kometen umgibt. Als Rosetta das Koma analysierte, enthielt es die erwarteten Mengen an Chemikalien wie Sauerstoff und Kohlenstoff, war jedoch stickstoffarm.
"Der Grund für diesen Stickstoffmangel ist eine wichtige offene Frage in der Kometenwissenschaft geblieben", sagte Kathrin Altwegg von der Universität Bern, Schweiz, Hauptforscherin für das Rosetta-Orbiter-Spektrometer für Ionen- und Neutralanalyse (ROSINA) und Hauptautorin eines neue Studie.
Als Wissenschaftler in der Vergangenheit mit diesem fehlenden Stickstoff konfrontiert wurden, dachten sie, dass N.2 (molekularer Stickstoff) war zu flüchtig, um bei der Bildung des Kometen zu Kometeneis zu kondensieren. Eine andere mögliche Erklärung ist, dass es während der etwa 4,6 Milliarden Jahre dauernden Lebensdauer des Sonnensystems verloren gegangen sein könnte. Diese neuen Studien liefern jedoch Beweise, die diese Erklärungen außer Acht lassen.
"Unter Verwendung von ROSINA-Beobachtungen von Comet 67P haben wir festgestellt, dass dieser" fehlende "Stickstoff tatsächlich in Ammoniumsalzen gebunden sein kann, die im Weltraum schwer nachzuweisen sind", sagte Altwegg in einer Pressemitteilung.
"Ammoniumsalze auf dem Kometen zu finden, ist aus astrobiologischer Sicht äußerst aufregend."
Kathrin Altwegg, Principal Investigator, Rosetta Orbiter Spektrometer für Ionen- und Neutralanalyse (ROSINA)
Eine der neuen Arbeiten trägt den Titel "Hinweise auf Ammoniumsalze im Kometen 67P als Erklärung für den Stickstoffmangel im Kometenkoma". Flüchtiger Stickstoff im Koma eines Kometen wird im Allgemeinen in NH transportiert3 (Ammoniak) und HCN (Cyanwasserstoff) Ammoniak kann sich leicht mit anderen Säuren wie HCN, HNCO (Isocyanic Acid) und HCOOH (Ameisensäure) zu Ammoniumsalzen verbinden. Die Ammoniumsalze finden sich bei niedrigen Temperaturen im Kometeneis und im interstellaren Medium.
Ammoniumsalze können eine Schlüsselrolle in den Bausteinen des Lebens spielen. Sie gelten als Vorläufer des Lebens und sind die Ausgangsverbindungen für komplexere Moleküle wie Harnstoff und die Aminosäure Glycin. Aber im Weltraum sind sie schwer zu erkennen. Sie sind flüchtig und als Gas instabil, und ihr Infrarotsignal kann verborgen und schwer zu erkennen sein.
Die Idee, dass Kometen die Bausteine des Lebens enthalten und eine Rolle bei der Verbreitung im gesamten Sonnensystem spielen, ist alt. In den Anfangsjahren wurde die Erde von Kometen bombardiert, die Wasser - und wahrscheinlich die Bausteine - auf die Erde brachten. 2016 wurde diese Idee erneut bestätigt, als Rosetta sowohl Glycin als auch Phosphor im Koma von 67P entdeckte.
Diese Idee ist als „molekulare Panspermie“ bekannt und besagt, dass die Bausteine des Lebens im Weltraum geschmiedet und in den Solarnebel eingebaut wurden. Als sich Planeten aus diesem Nebel verdichteten, gingen diese Bausteine mit. Sie wurden auch kontinuierlich von Kometen und anderen Körpern im gesamten Sonnensystem verteilt.
„Ammoniumsalze auf dem Kometen zu finden, ist aus astrobiologischer Sicht äußerst aufregend“, fügte Altwegg hinzu. "Diese Entdeckung zeigt, wie viel wir aus diesen faszinierenden Himmelsobjekten lernen können."
Es gab einige dramatische Momente hinter dieser Entdeckung für Altwegg und die anderen Wissenschaftler. Sie verwendeten Daten aus Rosettas nächster Annäherung an den Kometen, als er sich nur 1,9 km darüber befand, weit im staubigen, dunstigen Koma. Das Raumschiff in diese Position zu bringen war ein riskantes Manöver und sie konnten zu diesem Zeitpunkt nicht mit Rosetta kommunizieren.
"Aufgrund der staubigen Umgebung des Kometen und der Rotation der Erde konnten wir zu diesem Zeitpunkt nicht ohne weiteres über unsere Antennen mit Rosetta kommunizieren und mussten bis zum nächsten Morgen warten, um unsere Kommunikationsverbindung wiederherzustellen", sagte Altwegg in einem Pressemitteilung.
„Keiner von uns hat in dieser Nacht gut geschlafen! Aber sowohl Rosetta als auch ROSINA haben sich perfekt verhalten, die bisher am häufigsten vorkommenden und vielfältigsten Massenspektren fehlerfrei gemessen und viele Verbindungen enthüllt, die wir noch nie zuvor auf 67P entdeckt hatten. “
Die zweite neue Studie trägt den Titel „Infrarotnachweis aliphatischer organischer Stoffe auf einem Kometenkern“. Der Hauptautor ist Andrea Raponi vom INAF, dem Nationalen Institut für Astrophysik in Italien. Im Mittelpunkt stehen Daten, die mit Rosettas VIRTIS-Instrument (Visible and Infrared Thermal Imaging Spectrometer) erfasst wurden.
In dieser Arbeit präsentieren die Forscher die Entdeckung aliphatischer organischer Verbindungen auf 67P. Sie sind Ketten aus Wasserstoff und Kohlenstoff und sie sind auch Bausteine des Lebens. Dies ist das erste Mal, dass diese organischen Verbindungen auf der Oberfläche eines Kometenkerns gefunden wurden.
„Woher - und wann - diese aliphatischen Verbindungen stammen, ist von enormer Bedeutung, da sie als wesentliche Bausteine des Lebens angesehen werden, wie wir es kennen“, erklärte der Hauptautor Raponi.
"Der Ursprung von Material wie diesem in Kometen ist entscheidend für unser Verständnis nicht nur unseres Sonnensystems, sondern auch der Planetensysteme im gesamten Universum", sagte Raponi.
Molekulare Panspermie bestätigt?
Diese aliphatischen Bausteine wurden nicht auf dem Kometen selbst gebildet. Wissenschaftler glauben, dass sie sich im interstellaren Medium oder in der jungen, sich noch bildenden Sonne gebildet haben.
"Inspirierende Entdeckungen wie diese helfen uns, nicht nur die Kometen selbst, sondern auch die Geschichte, Eigenschaften und Entwicklung unserer gesamten kosmischen Nachbarschaft besser zu verstehen."
Matt Taylor, Rosetta-Projektwissenschaftler der ESA
Die Autoren der zweiten Arbeit fanden auch starke Ähnlichkeiten in der Zusammensetzung zwischen 67P und anderen kohlenstoffreichen Objekten des äußeren Sonnensystems.
„Wir haben festgestellt, dass der Kern des Kometen 67P eine ähnliche Zusammensetzung wie das interstellare Medium aufweist, was darauf hinweist, dass der Komet unverändertes präsolares Material enthält“, sagt der Co-Autor der Studie, Fabrizio Capaccioni, ebenfalls von INAF und Hauptforscher für VIRTIS.
"Diese Zusammensetzung wird auch von Asteroiden und einigen Meteoriten geteilt, die wir auf der Erde gefunden haben, was darauf hindeutet, dass diese alten felsigen Körper verschiedene Verbindungen aus der Urwolke, die das Sonnensystem bildete, eingeschlossen haben."
„Dies könnte bedeuten, dass mindestens ein Teil der organischen Verbindungen im frühen Sonnensystem direkt aus dem breiteren interstellaren Medium stammt - und somit möglicherweise auch andere Planetensysteme Zugang zu diesen Verbindungen haben“, fügt Raponi hinzu.
Obwohl die Rosetta-Mission vor mehr als drei Jahren endete, als das Raumschiff in den Kometen stürzte, kämmen Wissenschaftler die Daten immer noch durch und verstehen sie. Dies spiegelt andere Missionen wie die Cassini-Mission zum Saturn wider. Dieses Raumschiff wurde vor über zwei Jahren zum Untergang geschickt, und Wissenschaftler veröffentlichen immer noch neue Artikel auf der Grundlage seiner Daten.
"Obwohl die Rosetta-Operationen vor über drei Jahren beendet wurden, bietet sie uns immer noch eine unglaubliche Menge neuer Wissenschaft und bleibt eine wirklich bahnbrechende Mission", fügt Matt Taylor, Rosetta Project Scientist der ESA, hinzu.
„Diese Studien befassten sich mit einigen offenen Fragen in der Kometenwissenschaft: Warum Kometen an Stickstoff abgereichert sind und woher Kometen ihr Material beziehen. Inspirierende Entdeckungen wie diese helfen uns, nicht nur die Kometen selbst, sondern auch die Geschichte, Eigenschaften und Entwicklung unserer gesamten kosmischen Nachbarschaft besser zu verstehen “, sagte Taylor.
Irgendwann überlegte die NASA, ihr eigenes Raumschiff an 67P zu schicken. Es hieß CAESAR (Comet Astrobiology Exploration Sample Return) und sollte, wie der Name schon sagt, eine Probe zur Untersuchung zurückbringen. Das wäre unglaublich gewesen. Diese Mission war jedoch einer von zwei Finalisten in einem Missionsauswahlverfahren. Die andere war die Libellenmission, die ein Rotorschiff zum Saturnmond Titan schicken würde. Im Juni 2019 wurde die Dragonfly-Mission CAESAR vorgezogen.
Die NASA hat derzeit keine geplanten Missionen zu Kometen. Die ESA plant jedoch ihre Comet Interceptor-Mission. Es wird die erste Mission sein, einen unberührten Kometen zu besuchen, der das innere Sonnensystem noch nie zuvor besucht hat. Das genaue Ziel wurde noch nicht ausgewählt.
Mehr:
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- Forschungsbericht: Nachweis von Ammoniumsalzen im Kometen 67P als Erklärung für den Stickstoffmangel im Kometenkoma
- Forschungsarbeit: Infrarotnachweis aliphatischer organischer Stoffe auf einem Kometenkern
