Samstag, 27. Juli 2013

Ison und der Große Komet von 1680 - nicht verwandt oder doch?

Bereits wenige Tage nach der Entdeckung von Komet Ison fiel auf, dass seine Bahn derjenigen des Großen Kometen von 1680 (Komet Kirch, C/1680 V1) sehr ähnlich ist. Die Wahrscheinlichkeit, dass dies purer Zufall ist, wurde als so gering eingeschätzt, dass eine Verwandschaft der beiden Schweifsterne fast zwingend gegeben sein müsste. Das Ison mit Kirch identisch ist, konnte freilich sofort ausgeschlossen werden. Bereits Edmond Halley errechnete auf Grund der für die damaligen Zeit zahlreichen und genauen Positionsangaben für Komet Kirch eine Umlaufzeit von 575 Jahren. Spätere Mathematiker, die sich der Daten annahmen, fanden eine noch weitaus längere Orbitalperiode. Der heute akzeptierte Wert liegt bei etwa 9300 Jahren. Demnach ist C/1680 V1 der Sonne bereits in grauer Vorzeit mindestens einmal begegnet, wobei sich sein Kern geteilt haben könnte. Kirch und Ison wären somit Fragmente eines einstigen größeren Kometen. Dass zwischen den Periheldaten der beiden Tochterkometen 333 Jahre liegen, lässt sich mit dem Impuls erklären, den sie bei ihrer Trennung erhalten haben. So ist man sich fast sicher, dass die Kometen C/1882 R1 (Großer Septemberkomet) und C/1965 S1 (Ikeya-Seki) durch Teilung eines gemeinsamen Vorläufers im frühen 12. Jh. entstanden sind. Schon minimale Unterschiede in der Exzentrizität der Ellipsenbahnen können zu Unterschieden von Jahrzehnten oder Jahrhunderten in der Umlaufzeit führen. Im Fall von Kirch/Ison läge die Aufspaltung des Mutterkometen noch viel weiter zurück, u.U. Zehntausende von Jahren, was auch die etwas unterschiedlichen Ausrichtungen der langen Halbachsen ihrer Bahnen erklären könnte. Jedenfalls bezweifelte bis Februar 2013 kaum jemand, dass Ison und Kirch Fragmente eines gemeinsamen Vorläufers sind.

Steckbrief des Kometen Kirch (in Klammern Angaben für Komet Ison)
Entdeckung: 14.11.1680
Perihel: 18.12.1680, 0.006 AE (28.11.2013, 0.012 AE)
Erdnähe: 01.12.1680, 0.42 AE (27.12.2013, 0.43 AE)
Neigung der Bahn zur Erdbahn: 61 Grad (62 Grad)
Excentrität der Bahn: 0.999986 (1.000004)
Umlaufszeit um die Sonne: 9356 Jahre (unbekannt)
Mit bloßem Auge sichtbar: 20.11.1680 – 15.02.1681 (11/2013 – 1/2014)
Max. Helligkeit: -10 mag (-6 mag?)
Max. Schweiflänge: 90 Grad (45 Grad?)


Bahnen der Kometen Kirch (Symbole) und Ison (Linie) durch das innere Sonnensystem. Eingezeichnet sind die Positionen der Planeten am 01.12.2013. Erstellt mit RedShift 4.

Je mehr präzise astrometrische Daten von Komet Ison vorlagen, umso genauer konnte seine Bahn berechnet werden. Dadurch wurde im Frühjahr 2013 immer mehr zur Gewissheit, dass deren Exzentrität bei 1 liegt, sich also mathematisch nicht sicher von einer offenen Hyperbelbahn unterscheiden lässt. Dies wiederum lässt nur einen Schluss zu: Ison kommt auf direktem Weg aus der Oortschen Wolke, d.h. seine Umlaufzeit beträgt hundertausende oder sogar einige Millionen Jahre. Auch der inzwischen durch Beobachtungen belegte hohe Anteil leicht flüchtiger Gase im Kometenkern spricht für einen Erstbesuch im inneren Sonnensystem. Zur Erinnerung: Komet Kirchs Umlaufzeit wurde zu etwa 9300 Jahre berechnet, er muss demnach bereits vor 1680 mindestens einmal in Sonnenähe gewesen sein. Damit schien nun klar, dass die Ähnlichkeit von Isons und Kirchs Bahnelementen doch nur ein Zufall ist, unwahrscheinlich wie ein hoher Lottogewinn, aber eben im Bereich des Möglichen.

Aber ist eine Verwandschaft von Ison und Kirch tatsächlich unwahrscheinlicher als eine zufällige Ähnlichkeit der Bahnen?
Schauen wir uns noch einmal Komet Kirch an. Seine Umlaufzeit wurde zu etwa 9300 Jahren berechnet, wobei die meisten der zu Grunde liegenden Positionsbestimmungen nach dem Periheldurchgang gemacht wurden, als der Komet am dunklen Nachthimmel stand und man genügend Vergleichssterne sehen konnte. Verglichen mit heutigen Methoden waren diese astrometrischen Daten recht unpräzise. Entsprechend sind auch alle damit angestellten Bahnberechnungen für Kirch mit geringen Ungenauigkeiten behaftet. Selbst wenn diese sich bei der Berechnung der Bahnexcentrizität nur auf hintere Nachkommastellen auswirken, kann dadurch bei einer hoch excentrischen Ellipsenbahn die berechnete von der tatsächlichen Umlaufzeit um zehntausende von Jahren abweichen. Dies bedeutet, dass die Orbitalperiode von Komet Kirch statt 9300 Jahren z.B. auch 93000 Jahre betragen könnte. Berechnet wurde zudem mehr oder weniger die Umlaufzeit des Kometen wie sie jetzt NACH dem Periheldurchgang vom 18.12.1680 ist. Davor kann sie durchaus wesentlich länger gewesen sein; es ist keineswegs auszuschließen, dass C/1680 V1 wie Ison ein Erstbesucher aus der Oortschen Wolke war. Es gibt genügend Beispiele für drastische Änderungen der Umlaufzeit langperiodischer Kometen nach ihrem Besuch im inneren Sonnensystem. Verantwortlich dafür sind sowohl die Schwerkraft der großen Planeten als auch nicht-gravitative Einflüsse durch die Ausgasungsprozesse des Kometenkerns. So gelangte C/1956 R1 (Arend-Roland) nach der Perihelpassage auf eine Hyperbel-Bahn, wurde also aus dem Sonnensystem hinaus katapultiert. Bei Komet Kohoutek (C/1973 E1) halbierte sich die Umlaufzeit von ca. 150000 auf etwa 75000 Jahre, bei Hyakutake (C/1996 B2) stieg sie von etwa 17000 auf ca. 70000 Jahre an.

Wenn Komet Kirch genau wie Ison ein Erstbesucher im inneren Sonnensystem war, ist dies an sich noch kein Beleg für einen gemeinsamen Ursprungskörper. Ganz im Gegenteil, denn eine Kernteilung tritt doch, so steht es in einschlägigen Lehrbüchern, durch die Hitze und Schwerkraftwirkung der Sonne ein. Dies ist allerdings nur bedingt zutreffend. In den letzten Jahren durchgeführten Studien zum kaskadierenden Zerfall von Kometenkernen belegen, dass solche Prozesse überall entlang  der Bahn  eines Schweifsterns geschehen können. Nach dem Modell der hierarchischen Akkretion sind Kometenkerne extrem fragile Gebilde, deren Untereinheiten u.U. nur durch die eigene sehr schwache Schwerkraft zusammen gehalten werden und durchaus spontan, ohne ersichtliche Ursache auseinanderdriften können. Es spricht daher überhaupt nichts dagegen, dass die Kometen Kirch und Ison durch Zerfall eines gemeinsamen Mutterkometen irgendwann auf seinem hunderttausende Jahre dauernden Weg von der Oortschen Wolke zur Sonne entstanden sind.

Letztlich können wir also nicht klären, ob Ison und Kirch verwandt sind. Der Ausschluss dieser Möglichkeit auf Grund der berechneten Umlaufzeiten beider Schweifsterne scheint aber etwas kurz gegriffen.

Quellen:
- http://tech.groups.yahoo.com/group/comets-ml/message/19851
- http://tech.groups.yahoo.com/group/comets-ml/message/20256
- http://tech.groups.yahoo.com/group/comets-ml/message/19877
- http://www.isoncampaign.org/potw-jul22
- http://ssd.jpl.nasa.gov/sbdb.cgi
- Sekanina, Zdenek & Chodas, Paul W. (2007): Fragmentation hierarchy of bright sungrazing comets and the birth and orbital evolution of the Kreutz system. II. The case for cascading fragmentation. The Astrophysical Journal 663, 657–676.

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