Kometenstaub – Wikipedia

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Kometenstaub bezieht sich auf kosmischen Staub, der von einem Kometen stammt. Kometenstaub kann Hinweise auf die Herkunft der Kometen geben. Wenn die Erde eine Kometenstaubspur durchläuft, kann sie einen Meteoritenschauer erzeugen.

Physikalische Eigenschaften[edit]

Größe[edit]

Der größte Teil des Staubes von der Kometenaktivität ist Submikrometer[1] bis ungefähr Mikrometer groß.[2][3] Diese Fraktion ist jedoch nur von kurzer Dauer, da sie durch Strahlungsdruck aus dem Sonnensystem herausgeblasen werden[4][5] oder spiralförmig nach innen.[6][7]

Die nächste Größenklasse ist groß, “flauschig”[4][5] oder “Cluster-Typ”[8] Aggregate der obigen Körner. Dies sind typischerweise 20-100 Mikrometer, eine Größe, die nicht willkürlich ist, sondern beobachtet wird[9] da die porösen Aggregate zum Bruch neigen[10] oder kompakt.[8][11][12]

Größere Partikel sind Mikrometeoroide,[13][14] kein Staub.[15][16] In Ermangelung einer Definition der IAU[17][18] Gruppen entwickelten ihre eigenen Definitionen von Staub: kleiner als 100 Mikrometer,[19] 50,[20] 40,[21] 30,[22] und 20 Mikrometer,[23] und <10 μm.[24][25][26][16] Einige dieser Staub- / Mikrometeoritendefinitionen sind ungefähr oder mehrdeutig.[27][28][29] einige überlappen sich oder widersprechen sich selbst.[30][23][22]

Die IAU veröffentlichte 2017 eine formelle Erklärung. Meteoroide sind 30 Mikrometer bis 1 Meter groß, Staub ist kleiner und der Begriff “Mikrometeoroid” wird nicht empfohlen (wenn auch kein Mikrometeorit).[31] Die IMO nahm die neue Definition zur Kenntnis,[32] zeigt aber immer noch eine vorherige Definition auf ihrer Site an.[33] Der Standort der Meteoritical Society behält seine vorherige Definition von 0,001 cm bei.[34] Das AMS hat keine strenge Definition veröffentlicht.[35][36]

Komposition[edit]

Staub hat im Allgemeinen eine chondritische Zusammensetzung. Seine Monomere enthalten mafische Silikate wie Olivin und Pyroxen.[37] Silikate sind reich an Forsterit und Enstatit mit hoher Kondensationstemperatur.[27] Da diese schnell kondensieren, neigen sie dazu, sehr kleine Partikel zu bilden, ohne Tröpfchen zu verschmelzen.

Wie bei chondritischen Meteoroiden enthalten Partikel Fe (Ni) sulfid[38][39] und GEMS (Glas mit eingebettetem Metall und Sulfiden)[38]

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Es sind verschiedene Mengen an organischen Stoffen (CHON) vorhanden.[40][41][42] Obwohl organische Stoffe kosmisch reichlich vorhanden sind und in Kometen weithin vorhergesagt wurden, sind sie in den meisten Teleskopen spektral undeutlich. Organische Stoffe wurden nur während der Halley-Vorbeiflüge durch Massenspektrometrie bestätigt.[43][44] Einige organische Stoffe liegen in Form von PAK (polycyclischen aromatischen Kohlenwasserstoffen) vor.[45][19][46][47][48]

Es können sehr kleine Einschlüsse von präsolaren Körnern (PSGs) gefunden werden.[27][48]

Staub und Kometenherkunft[edit]

Mikroskopische Ansicht von Kometenstaubpartikeln

Die Modelle für die Entstehung von Kometen sind:[49]

  1. das interstellare Modell,
  2. das Modell des Sonnensystems,
  3. Urschutthaufen,
  4. Aggregation von Planetesimalen in der Staubscheibe um die Uranus-Neptun-Region,
  5. kalte Materialschalen, die vom protostellaren Wind herausgefegt wurden.

Die Bulk-Eigenschaften des Kometenstaubs wie die Dichte sowie die chemische Zusammensetzung können zwischen den Modellen unterscheiden. Zum Beispiel sind die Isotopenverhältnisse von Kometen und interstellarem Staub sehr ähnlich, was auf einen gemeinsamen Ursprung hinweist.

Das 1) interstellare Modell besagt, dass sich Eis auf Staubkörnern in der dichten Wolke vor der Sonne gebildet hat. Die Mischung aus Eis und Staub aggregierte dann ohne nennenswerte chemische Modifikation zu einem Kometen. J. Mayo Greenberg schlug diese Idee erstmals in den 1970er Jahren vor.[50][51]

Im Modell 2) des Sonnensystems verdampfte das Eis, das sich in der interstellaren Wolke gebildet hatte, zuerst als Teil der Akkretionsscheibe aus Gas und Staub um den Protosun. Das verdampfte Eis verfestigte sich später wieder und bildete Kometen. Die Kometen in diesem Modell hätten also eine andere Zusammensetzung als die Kometen, die direkt aus interstellarem Eis hergestellt wurden.

Das 3) ursprüngliche Trümmerhaufenmodell für die Kometenbildung besagt, dass Kometen in der Region agglomerieren, in der sich Jupiter gebildet hat.

Stardusts Entdeckung kristalliner Silikate im Staub des Kometen Wild 2 impliziert, dass sich der Staub oberhalb der Glastemperatur (> 1000 K) im Bereich der inneren Scheibe um einen heißen jungen Stern gebildet hat und im Sonnennebel aus den inneren Bereichen größer radial gemischt wurde Entfernung vom Stern oder den Staubpartikeln, die im Abfluss von entwickelten roten Riesen oder Überriesen kondensiert sind. Die Zusammensetzung des Staubes des Kometen Wild 2 ähnelt der Zusammensetzung des Staubes in den äußeren Bereichen der Akkretionsscheiben um neu gebildete Sterne.[52]

Ein Komet und sein Staub ermöglichen die Untersuchung des Sonnensystems jenseits der Hauptumlaufbahnen des Planeten. Kometen unterscheiden sich durch ihre Umlaufbahnen; Kometen mit langer Periode haben lange elliptische Bahnen, die zufällig zur Ebene des Sonnensystems geneigt sind und Perioden von mehr als 200 Jahren aufweisen. Kometen mit kurzer Periode sind normalerweise weniger als 30 Grad zur Ebene des Sonnensystems geneigt, drehen sich um die Sonne im gleichen Gegenuhrzeigersinn wie die Planetenbahn und haben Perioden von weniger als 200 Jahren.

Ein Komet wird auf seiner Umlaufbahn verschiedenen Bedingungen ausgesetzt sein. Bei Kometen mit langer Periode ist es die meiste Zeit so weit von der Sonne entfernt, dass es zu kalt ist, um Eis zu verdampfen. Wenn es durch die terrestrische Planetenregion geht, ist die Verdunstung schnell genug, um kleine Körner wegzublasen, aber die größten Körner können der Mitnahme widerstehen und auf dem Kometenkern zurückbleiben und die Bildung einer Staubschicht beginnen. In der Nähe der Sonne ist die Aufheiz- und Verdunstungsrate so hoch, dass kein Staub zurückgehalten werden kann. Daher kann die Dicke der Staubschichten, die die Kerne eines Kometen bedecken, anzeigen, wie nahe und wie oft sich das Perihel eines Kometen zur Sonne bewegt. Wenn sich auf einem Kometen dicke Staubschichten ansammeln, kann es zu häufigen Perihelpassagen kommen, die sich der Sonne nicht zu nahe nähern.

Eine dicke Ansammlung von Staubschichten könnte eine gute Beschreibung aller kurzperiodischen Kometen sein, da angenommen wird, dass sich Staubschichten mit Dicken in der Größenordnung von Metern auf den Oberflächen kurzperiodischer Kometenkerne angesammelt haben. Die Ansammlung von Staubschichten im Laufe der Zeit würde den physikalischen Charakter des kurzperiodischen Kometen verändern. Eine Staubschicht hemmt sowohl die Erwärmung des Kometeneises durch die Sonne (der Staub ist durch Sonnenlicht und einen schlechten Wärmeleiter undurchdringlich) als auch verlangsamt den Verlust von Gasen aus dem darunter liegenden Kern. Ein Kometenkern in einer für kurzperiodische Kometen typischen Umlaufbahn würde seine Verdunstungsrate schnell so weit verringern, dass weder ein Koma noch ein Schwanz nachweisbar wären und Astronomen als erdnaher Asteroid mit niedriger Albedo erscheinen könnten.

Weitere Baugruppen und Körper[edit]

Staubpartikel, unterstützt von Eis und organischen Stoffen, bilden “Aggregate” [27][38][53] (seltener “Agglomerate”[54]) von 30 bis Hunderten von Mikrometern. Diese sind flauschig,[19][55] aufgrund der unvollständigen Packung von (großen) Staubpartikeln vom Cluster-Typ und ihrer anschließenden unvollständigen Packung in Aggregate.[56]

Die nächste Größenklasse sind Kieselsteine ​​im Maßstab von Millimetern bis Zentimetern.[57][58][59] Kieselsteine ​​wurden bei 103P / Hartley 2 abgeleitet,[60] und direkt bei 67P / Churyumov-Gerasimenko abgebildet.[59][57] Die astrophysikalische Verwendung des Wortes “Kiesel” unterscheidet sich von seiner geologischen Bedeutung.[61] Der nächstgrößere geologische Begriff “Kopfsteinpflaster” wurde von Rosetta-Wissenschaftlern übersprungen.[62]

Noch größere Körper sind “Felsbrocken” (im Dezimeterbereich und darüber) oder “Brocken”. Diese sind im Koma selten zu sehen, da der Gasdruck oft nicht ausreicht, um sie auf eine signifikante Höhe oder Fluchtgeschwindigkeit zu heben.[63][64][65]

Die Bausteine ​​der Kometen sind die mutmaßlichen Kometen,[66] analog zu planetesimal. Ob die tatsächlichen Kometesimalen / Planetesimalen Kieselsteine ​​waren,[67] Boulder-Skala,[68] oder auf andere Weise war ein Schlüsselthema in der Sonnensystem- und Exoplanetenforschung.[55][69][70][71]

(Mis) Verwendung des Begriffs “Staub”[edit]

Bestenfalls ist “Staub” ein Sammelbegriff für den nicht gasförmigen Teil des Komas und des Schwanzes (der Schwänze). Im schlimmsten Fall handelt es sich bei dem Begriff um eine englische Verwendung, die von Astronomen auf diesem Gebiet gut verstanden wird, jedoch nicht von der Öffentlichkeit, Lehrern und Wissenschaftlern aus anderen Bereichen.[72] Die größeren Feststoffe werden besser als “Trümmer” bezeichnet.[73][74][64] oder für alle Nichtgase die allgemeinen “Teilchen”[75][76][44] oder “Körner”.[77][56][22]

Komet 2P / Encke[edit]

Encke ist offiziell ein staubarmer, gasreicher Komet.[6][78][79] Encke emittiert tatsächlich den größten Teil seiner festen Masse als Meteoroiden oder “Felsen”.[6] kein Staub. ISO hat keinen Infrarotnachweis eines klassischen Kometenstaubschwanzes aufgrund kleiner Partikel gemessen.[80]

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