How the Comet Crumbles: Mass Wasting Drives Outbursts on Comet 67P/Churyumov-Gerasimenko

Kometen werden oft als schmutzige Schneebälle imaginiert, die lautlos durch die Dunkelheit driften, aber sie sind in Wirklichkeit aktive, sich verändernde Welten. Wenn ein Komet näher an die Sonne gelangt, bewirkt die Hitze, dass sein gefrorenes Eis direkt in Gas übergeht – ein Prozess, der Staub und Gestein von der Oberfläche wegbläst. Manchmal ist diese Aktivität stetig, wie eine sanfte Brise. Zu anderen Zeiten explodiert sie in heftigen Ausbrüchen. Dies sind kurze, intensive Ereignisse, bei denen ein Komet in nur wenigen Minuten hunderte Tonnen Material ausstoßen kann, was einen plötzlichen, hellen Aufblitz am Himmel erzeugt. Seit Jahrzehnten beobachten Wissenschaftler diese Explosionen von der Erde aus und durch Raumfahrzeuge, aber sie hatten Schwierigkeiten zu verstehen, was tatsächlich auf dem Boden geschieht, wenn eines dieser Ereignisse eintritt. Reißen diese Ausbrüche die Oberfläche auseinander oder schießen sie einfach aus einer stabilen Landschaft heraus? Die Antwort ist wichtig, denn sie verrät uns, wie sich diese uralten, eisigen Körper im Laufe der Zeit verändern und ob sie schließlich vollständig zerbrechen könnten.

Eine neue Studie konzentrierte sich auf den Kometen 6et 67P/Churyumov-Gerasimenko, die eisige Welt, die von der Rosetta-Mission der Europäischen Weltraumorganisation besucht wurde, und hat endlich die Verbindung zwischen diesen Explosionen und den physischen Veränderungen auf der Oberfläche des Kometen hergestellt. Durch die sorgfältige Überprüfung tausender von Rosetta aufgenommenen Bilder entdeckten Forscher, dass jeder Ausbruch mit ausreichender Bildabdeckung von einer sichtbaren Veränderung der Landschaft begleitet wurde. Dieser Befund revidiert die lang gehegte Vorstellung, dass die Explosion zuerst stattfindet und dann die Oberfläche zerstreut. Stattdessen zeigt der Beweis, dass die Oberfläche bereits bröckelt und versagt, bevor die Explosion überhaupt beginnt. Der Ausbruch ist nicht die Ursache des Schadens; er ist das Resultat.

Das Team, unter der Leitung von Forschern der Brown University und anderer Institutionen, untersuchte das gesamte Archiv der Bilder der Rosetta-Mission neu. Vorherige Studien hatten nur sechs Ausbrüche mit Oberflächenveränderungen verknüpft, aber die neue Analyse, die fortschrittliche Werkzeuge zur Ausrichtung von Bildern aus unterschiedlichen Winkeln und Entfernungen nutzte, erweiterte diese Zahl auf 43 bestätigte Fälle. Die Forscher gruppierten diese Ereignisse in 37 unterschiedliche Bereiche auf der Oberfläche des Kometen. In jedem einzelnen dieser Bereiche, in denen die Daten klar genug waren, um etwas zu sehen, hatte sich der Boden verändert. Die Veränderungen waren nicht zufällig oder chaotisch; sie deuteten alle auf einen einzigen Prozess hin: Massenbewegungen (Mass Wasting). Dies ist ein geologischer Begriff für die Bewegung von Gestein und Boden unter dem Einfluss der Schwerkraft, ähnlich einem Erdrutsch oder einem Felssturz auf der Erde, aber geschieht hier unter der geringen Schwerkraft eines Kometen.

Die Studie ergab, dass dieses Bröckeln auf verschiedene Arten geschieht, abhängig von der Art des Bodens. An einigen Stellen gaben massive Klippen aus festem Eis und Gestein einfach nach. Große Blöcke, teils tens Meter breit, lösten sich und stürzten hinab, wobei sie manchmal beim Fall in kleinere Teile zerbrachen. In anderen Gebieten bestand der Boden aus losem, körnigem Material, wie einem Haufen Sand oder Kies. Hier zogen sich die Kanten des Geländes über Wochen oder Monate hinweg zentimeterweise zurück, während das lose Material abrutschte. In einigen Fällen kollabierte der Boden nach innen, um neue Gruben zu bilden oder bestehende zu vergrößern. Trotz dieser unterschiedlichen Erscheinungsbilder war der zugrunde liegende Mechanismus derselbe: Das Oberflächenmaterial verlor durch Temperaturwechsel und die Belastung der Reise des Kometen an Festigkeit und versagte.

Entscheidend ist, dass die zeitliche Abfolge dieser Ereignisse eine spezifische Geschichte erzählt. In den wenigen Fällen, in denen die Bilder häufig genug waren, um die Abfolge der Ereignisse zu erfassen, sahen die Forscher, dass die Oberfläche versagte, bevor die Explosion stattfand. In einer Region beispielsweise verschob sich ein großer Felsbrocken und rutschte Tage vor dem Ausbruch einer Gas- und Staubfahne an genau dieser Stelle den Hang hinunter. In einem anderen Gebiet begann eine Klippenkante zurückzuweichen, und während dies geschah, erschienen erste kleinere Fontänen aus dem neu freigelegten Boden. Diese Sequenz deutet auf eine klare Kette von Ereignissen hin. Wenn der Komet sich erwärmt, bekommt die Oberfläche Risse und wird schwächer. Schließlich bricht ein Teil des Bodens zusammen oder rutscht ab. Diese Bewegung trägt die Schicht aus Staub und Gestein weg, die das Eis darunter bedeckt. Sobald diese Schutzschicht entfernt ist, wird das verborgene Eis plötzlich der Sonne ausgesetzt und beginnt rapide zu verdampfen. Diese schnelle Freisetzung von Gas erzeugt den Druck, der den massiven Ausbruch in den Weltraum katapultiert, den wir aus dem All sehen.

Die Forscher argumentieren, dass dieser Prozess wahrscheinlich der Hauptweg ist, auf dem Kometen erodieren und ihre Form verändern. Es sind nicht nur die Explosionen, die den Kometen umgestalten, sondern das langsame, stetige Bröckeln, das zu ihnen führt. Die Studie fand auch heraus, dass die Art des freigesetzten Gases nicht immer mit der Art des Bodenkollapses übereinstimmt. Einige Ausbrüche von kollabierenden Klippen waren reich an Kohlendioxid, während andere hauptsächlich aus Wasserdampf bestanden, was zeigt, dass die Zusammensetzung des Gases davon abhängt, welche spezifische Eisschicht freigelegt wurde, und nicht nur davon, wie der Boden brach. Dies bedeutet, dass Wissenschaftler durch das Beobachten eines Ausbruchs etwas über die verborgenen Eisschichten im Inneren des Kometen lernen können, selbst wenn sie die Oberfläche nicht direkt sehen können.

Dieses neue Verständnis verändert die Art und Weise, wie wir Kometen betrachten. Sie sind nicht bloß statische Eisbälle, die gelegentlich explodieren; sie sind dynamische Welten, in denen die Oberfläche ständig versagt und sich selbst neu formt. Die Explosionen sind lediglich das dramatischste Zeichen dieses laufenden Prozesses. Obwohl die Rosetta-Mission die bisher besten gesammelten Daten lieferte, merken die Forscher an, dass sich die Oberfläche eines Kometen wahrscheinlich auch auf viel subtilere Weise verändert, die zu keinem sichtbaren Ausbruch führen. Diese kleineren Ausfälle finden vermutlich ständig statt und schleifen die Landschaft des Kometen langsam ab. Die Studie bestätigt, dass für den Kometen 67P, und wahrscheinlich auch für andere, die Geschichte seiner Entwicklung in dem Staub und den Trümmern seiner eigenen bröckelnden Oberfläche geschrieben steht.