Um die Umlaufbahnen von Kometen wirklich einschätzen zu können, ist es hilfreich, die Umlaufbahnen der Planeten zu verstehen. Obwohl es um die Sonne keinen Mangel an verfügbarem Raum gibt, beschränken sich die Planeten alle auf ein ziemlich dünnes Band, und keiner von ihnen, außer Pluto, irrt mehr als ein paar Grad davon ab.
Die Umlaufbahn eines Kometen kann dagegen einen großen Neigungswinkel gegenüber diesem Band aufweisen und je nach Herkunft sogar senkrecht dazu kreisen. Das ist nur eine von vielen interessanten Fakten über Kometen.
Nach dem ersten Keplerschen Gesetz umkreisen alle Objekte die Sonne auf elliptischen Bahnen. Die Umlaufbahnen der Planeten, mit Ausnahme von Pluto, sind fast kreisförmig, ebenso wie die von Asteroiden und eisigen Objekten im Kuipergürtel, der knapp hinter der Umlaufbahn von Neptun liegt. Kometen, die ihren Ursprung im Kuipergürtel haben, werden als kurzperiodische Kometen bezeichnet und neigen dazu, im gleichen schmalen Band wie die Planeten zu bleiben.
Anders sieht es bei langperiodischen Kometen aus, die ihren Ursprung in der Oortschen Wolke haben, die sich jenseits des Kuipergürtels und am Rande des Sonnensystems befindet. Ihre Bahnen können so elliptisch sein, dass die Kometen für Hunderte von Jahren vollständig verschwinden können. Kometen von jenseits der Oortschen Wolke können sogar parabolische Bahnen haben, d. h. sie erscheinen im Sonnensystem einmalig und kehren nie wieder zurück.
Keines dieser Verhaltensweisen ist mysteriös, wenn man erst einmal versteht, wie Planeten und Kometen überhaupt dort waren. Alles hat mit der Geburt der Sonne zu tun.
Alles begann in einer Staubwolke
Der gleiche Prozess der Sternengeburt, den Wissenschaftler heute im Orionnebel beobachten können, ereignete sich vor etwa 5 Milliarden Jahren in unserer Nähe des Universums. Eine Wolke aus Weltraumstaub, die ereignislos im weiten Nichts schwebte, begann sich unter der Schwerkraft allmählich zusammenzuziehen. Es bildeten sich kleine Klumpen, die zusammenklebten und größere Klumpen bildeten, die noch mehr Staub anziehen konnten.
Nach und nach dominierte einer dieser Cluster, und als er immer mehr Material anzog und wuchs, wurde der Naturschutz des Drehimpulses bewirkte, dass es sich drehte, und die gesamte Materie um es herum formte sich zu einer Scheibe, die sich im selben Kreis drehte Richtung.
Schließlich wurde der Druck im Kern des vorherrschenden Clusters so groß, dass er sich entzündete, und der durch die Wasserstofffusion erzeugte Außendruck verhinderte, dass sich mehr Materie ansammelte. Unsere junge Sonne hatte ihre letzte Masse erreicht.
Was geschah mit all den kleineren Clustern, die nicht im zentralen Cluster gefangen waren? Sie zogen weiterhin die Materie an, die nahe genug an ihren Bahnen war, und einige von ihnen wuchsen zu Planeten.
Andere, kleinere Cluster am äußersten Rand der sich drehenden Scheibe waren weit genug entfernt, um nicht zu sein in der Scheibe gefangen, obwohl sie noch genug Gravitationskraft ausgesetzt waren, um sie darin zu halten Orbit. Diese kleinen Objekte wurden zu Zwergplaneten und Asteroiden, und einige wurden zu Kometen.
Kometen sind keine Asteroiden
Kometen haben eine andere Zusammensetzung als Asteroiden. Während ein Asteroid hauptsächlich aus Gestein besteht, ist ein Komet im Wesentlichen ein schmutziger Schneeball, der mit Weltraumgas gefüllt ist.
Im Asteroidengürtel zwischen den Umlaufbahnen von Mars und Jupiter findet man eine Vielzahl von Asteroiden. die auch den Zwergplaneten Ceres beheimatet, aber auch am Rande der Sonne umkreisen System. Kometen hingegen kommen meist ausschließlich aus dem Kuipergürtel und darüber hinaus.
Ein sonnenferner Komet ist praktisch nicht von einem Asteroiden zu unterscheiden. Wenn seine Umlaufbahn es jedoch in die Nähe der Sonne bringt, verdampft die Hitze das Eis und der Dampf dehnt sich aus, um eine Wolke um den Kern zu bilden. Der Kern mag nur wenige Kilometer groß sein, aber die Wolke kann tausendmal größer sein, was den Kometen viel größer erscheinen lässt, als er tatsächlich ist.
Der Schweif eines Kometen ist sein charakteristischstes Merkmal. Er kann lang genug sein, um die Entfernung zwischen Erde und Sonne zu überspannen, und er zeigt immer von der Sonne weg, egal in welche Richtung sich der Komet bewegt. Das liegt daran, dass es vom Sonnenwind erzeugt wird, der Gas von der Dampfwolke wegbläst, die den Kern umgibt.
Kometenfakten: Nicht alle kommen von hier
Kometen mit langer Periode können stark elliptische Umlaufbahnen haben, die so exzentrisch sein können, dass die Zeit zwischen den Sichtungen von der Erde mehr als ein Leben lang betragen kann. Das zweite Keplersche Gesetz besagt, dass sich Objekte langsamer bewegen, wenn sie weiter von der Sonne entfernt sind als in ihrer Nähe, sodass Kometen dazu neigen, viel länger unsichtbar zu sein, als sie sichtbar sind. Egal wie lange es dauert, ein Objekt im Orbit kehrt jedoch immer zurück, es sei denn, es wird von etwas aus seiner Umlaufbahn gestoßen.
Einige Objekte kehren jedoch nie zurück. Sie kommen scheinbar aus dem Nichts, reisen mit Geschwindigkeiten, die für umkreisende Körper untypisch sind, peitschen um die Sonne und schießen in den Weltraum. Diese Objekte stammen nicht aus dem Sonnensystem; sie kommen aus dem interstellaren Raum. Anstatt einer elliptischen Umlaufbahn folgen sie einer parabolischen Bahn.
Der mysteriöse zigarrenförmige Asteroid 'Oumuamua war ein solches Objekt. Es tauchte im Januar 2017 im Sonnensystem auf und verschwand ein Jahr später. Vielleicht war es ein UFO, aber wahrscheinlicher war es ein interstellares Objekt, das von der Sonne angezogen wurde, sich aber zu schnell bewegte, um in die Umlaufbahn gebracht zu werden.
Eine Fallstudie: Halleys Komet
Der Halleysche Komet ist vielleicht der bekannteste aller Kometen. Es wurde von Edmund Halley entdeckt, einem britischen Astronomen, der mit Sir Isaac Newton befreundet war. Er war der erste, der postulierte, dass die Kometensichtungen in den Jahren 1531, 1607 und 1682 alle von demselben Kometen waren, und sagte seine Rückkehr im Jahr 1758 voraus.
Er hatte Recht, als der Komet in der Weihnachtsnacht 1758 einen spektakulären Auftritt hatte. Diese Nacht war leider 16 Jahre nach seinem Tod.
Der Halleysche Komet hat eine Periode zwischen 74 und 79 Jahren. Die Unsicherheit beruht auf Gravitationseinflüssen, denen sie auf ihrem Weg begegnet – insbesondere auf dem Planeten Venus – und auf einem intrinsischen Antriebssystem, das alle Kometen besitzen. Wenn sich ein Komet wie der Halleysche Komet der Sonne nähert, dehnen sich die Gastaschen im Kern aus und schießen durch Schwachstellen im Kern, die einen Schub liefern, der ihn in jede Richtung schieben und Störungen in seinem. erzeugen kann Orbit.
Astronomen haben die Umlaufbahn des Halleyschen Kometen kartiert und festgestellt, dass sie stark elliptisch ist, mit einer Exzentrizität von fast 0,97. (Exzentrizität bedeutet in diesem Fall, wie lang oder rund eine Umlaufbahn ist; je näher die Exzentrizität an Null liegt, desto runder ist die Umlaufbahn.)
Wenn man bedenkt, dass die Umlaufbahn der Erde eine Exzentrizität von 0,02 hat, was sie fast kreisförmig macht, und dass die Exzentrizität von Plutos Umlaufbahn nur 0,25 beträgt, ist die Exzentrizität des Halleyschen Kometen extrem. Im Aphel liegt es weit außerhalb der Umlaufbahn von Pluto und im Perihel ist es nur 0,6 AE von der Sonne entfernt.
Hinweise auf den Ursprung des Kometen
Die Bahn des Halleyschen Kometen ist nicht nur exzentrisch, sondern auch um 18 Grad zur Ebene der Ekliptik geneigt. Dies ist ein Beweis dafür, dass er nicht auf die gleiche Weise wie die Planeten entstanden ist, auch wenn er ungefähr zur gleichen Zeit zusammengewachsen ist. Es könnte sogar seinen Ursprung in einem anderen Teil der Galaxie haben und einfach von der Anziehungskraft der Sonne erfasst werden, als sie vorbeizog.
Der Halleysche Komet weist eine andere Eigenschaft auf, die sich von den Planeten unterscheidet. Es dreht sich in eine Richtung, die seiner Umlaufbahn entgegengesetzt ist. Venus ist der einzige Planet, der dies tut, und Venus dreht sich so langsam, dass Astronomen vermuten, dass sie in ihrer Vergangenheit mit etwas kollidiert ist. Die Tatsache, dass sich der Halleysche Komet in die Richtung dreht, in die er sich dreht, ist ein weiterer Beweis dafür, dass er nicht auf die gleiche Weise wie die Planeten entstanden ist.