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Astronomie+Physik

Komet Chury hat eine Aurora

Chury
Komet 67P/Churyumov-Gerasimenko (Bild: ESA/Rosetta/NAVCAM)

Auf der Erde sorgen Polarlichter für spektakuläre Himmelsschauspiele – farbige Leuchterscheinungen am Himmel der hohen Breiten. Doch wie nun Daten der Raumsonde Rosetta erstmals enthüllen, gibt es solche Auroren auch bei Kometen. Demnach regen die energiereichen Elektronen aus dem Sonnenwind die Gase in der Hülle des Kometen 67P/Churyumov-Gerasimenko an. Dadurch entsteht ein Leuchten im ultravioletten Wellenbereich des Lichts. Das unterstreicht, dass Polarlichter auch um Himmelkörper ohne eigenes Magnetfeld auftreten können, wie die Forscher erklären. Gleichzeitig ist der Mechanismus hinter den Kometen-Auroren einzigartig.

Polarlichter auf der Erde entstehen, wenn die geladenen, energiereichen Teilchen des Sonnenwindes auf das irdische Magnetfeld treffen. Sie werden entlang der Magnetfeldlinien beschleunigt und in die hohen Breiten geleitet. Dort treffen sie auf Atome und Moleküle des Stickstoffs und des Sauerstoffs der oberen Erdatmosphäre und regen diese an. Bei der Rückkehr in ihren Grundzustand geben diese Gasteilchen Energie in Form von Photonen ab – sie senden Licht aus und erzeugen so die grünlich, rötlich oder weißlich leuchtenden Polarlichter. Entscheidend für die Definition solcher Leuchtphänomene als Aurora ist dabei, dass die Gasteilchen durch von außen kommende schnelle Elektronen angeregt werden. Das unterscheidet die Polarlichter unter anderem vom sogenannten Airglow, auch Nachthimmelsleuchten genannt. Bei diesem schlägt das energiereiche UV-Licht der Sonne Elektronen aus den Gasteilchen der Atmosphäre und diese photoinduzierten Teilchen regen dann die Gasmoleküle zum Leuchten an.

„Chury“ leuchtet im UV-Bereich

Ein diffuses Leuchten haben Astronomen auch schon um einige Kometen beobachtet. Diese Strahlung im UV-Bereich stammt Spektralmessungen zufolge von angeregten Wasserstoff- und Sauerstoffatomen in der Koma, der Gashülle, des Kometenkerns. Auch der Komet 67P/Churyumov-Gerasimenko, kurz Chury, zeigt dieses Leuchten im UV-Bereich, wie Forscher um Marina Galand vom Imperial College London berichten. Die europäische Raumsonde Rosetta hatte dieses UV-Leuchten bei ihren Umkreisungen des Kometen registriert. „Anfangs dachten wir, dass diese ultravioletten Emissionen des Kometen auf einen Airglow zurückgehen – die Interaktion von solaren Photonen mit dem Kometengas“, erklärt Co-Autor Jim Burch vom Southwest Research Institute in San Antonio. Ob das tatsächlich der Fall ist, haben die Forscher jetzt mithilfe der Messdaten des gesamten Instrumentenensembles der Raumsonde überprüft. „Dies ermöglichte es uns, eindeutig zu identifizieren, wie die ultravioletten Emissionen von Chury gebildet werden“, sagt Galand.

Zur Überraschung der Wissenschaftler enthüllten die Daten, dass das UV-Leuchten der Kometenkoma nicht auf lokal durch die Sonneneinstrahlung erzeugte Elektronen wie beim Airglow zurückgehen. „Unsere Analyse der Rosetta-Daten hat gezeigt, dass beim Kometen Chury Sonnenwind-Elektronen der Grund für das Leuchten sind und eben nicht Photonen, wie bislang angenommen“, sagt Galand. Demnach werden die Atome des Wasserdampfs in der Gashülle des Kometen von schnellen Elektronen aus dem Sonnenwind angeregt. Diese werden beschleunigt und treffen dann von außen kommend auf die Gasteilchen der Kometenkoma. „Da dieser Prozess sehr energiereich ist, ist auch das daraus resultierende Leuchten energiereich und daher im ultravioletten Bereich, der für das menschliche Auge unsichtbar ist“, erklärt Co-Autor Martin Rubin, Mitautor der Studie von der Universität Bern.

Einzigartige Form der Aurora

Damit erfüllt das diffuse Leuchten des Kometen Chury die Kriterien einer Aurora – und beweist, dass Polarlichter auch bei solchen Himmelskörpern möglich sind. „Rosetta ist die erste Mission, die eine Aurora im UV-Bereich bei einem Kometen beobachtet hat“, kommentiert Matt Taylor von der Europäischen Weltagentur ESA. „Auroren sind grundsätzlich schon spannend, wenn man aber so etwas zum ersten Mal beobachten und die Details studieren kann, ist es noch viel aufregender.“ Wie nähere Analysen ergaben, werden die Elektronen des Sonnenwinds erst im Umfeld des Kometen beschleunigt. Triebkraft dafür sind elektrische Felder, die durch die Interaktion des geladenen Kometenplasmas mit dem Sonnenwind entstehen. Während diese Felder und die in ihnen befindlichen Elektronen auf der Erde durch das irdische Magnetfeld beeinflusst und in bestimmte Bereiche gelenkt werden, bleiben sie beim Kometen breit verteilt. Dadurch ist auch die resultierende UV-Aurora diffus.

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„Das dabei entstehende Leuchten ist einzigartig“, sagt Galand. „Es wird durch einen Mix von Prozessen verursacht, welche auf der Erde, dem Mars, aber auch bei den Jupitermonden beobachtet werden.“ Obwohl die Rosetta-Mission schon im Jahr 2016 zu Ende ging und die Raumsonde kontrolliert auf dem Kometen Chury zum Absturz gebracht wurde, unterstreicht die aktuelle Erkenntnis, wie wertvoll ihre Daten bis heute sind. Denn noch lange sind nicht alle Informationen ausgewertet, die die Messinstrumente der Sonde im Verlauf ihrer Mission an die Erde übermittelt haben.

Quelle: Marina Galand (Imperial College London) et al., Nature Astronomy, doi: 10.1038/s41550-020-1171-7

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