Das Weltraumteleskop James Webb kann in die tiefen Weiten des Weltalls schauen und Galaxien entdecken, die es in einem so frühen Stadium unseres Universum gar nicht geben dürfte. Manchmal wird das JWST (James Webb Space Telescope) auch für die Suche nach Besonderheiten in unserem Sonnensystem eingesetzt. Es tastet somit unsere direkte Nachbarschaft ab. 

Und bei einer solchen Tour durch unsere stellare Siedlung konnte eine Forschungsgruppe zum ersten Mal Wasserdampf und andere Gase um einen Kometen nachweisen. Einen Kometen, der sich im Asteroidengürtel zwischen Mars und Jupiter befindet und zudem noch ein Hauptgürtelkomet ist. Damit ist klar: Wir haben Wasser in Eisform aus unserem ursprünglichen Sonnensystem gefunden. Und dieses Eis ist bis heute erhalten geblieben. 

Eine Aufnahme des Kometen 238P/Read im dunklen Weltraum. Dieses Foto stammt von der NIRCam-Kamera des Weltraumteleskopes James Webb. Bildrechte: NASA, ESA

Der Asteroidengürtel ist in neun Familiengruppen unterteilt, in denen die Objekte Bedingungen wie Bahnneigung oder eine ähnliche Umlaufbahn teilen. Die meisten Asteroiden sind in der inneren, mittleren und äußeren Hauptgruppe zu finden. Hauptgürtelkometen sind eine relativ neue Klassifizierung und der Komet Read war einer der drei Kometen, die ursprünglich zur Einführung dieser Kategorie verwendet wurden. 

Zuvor dachte man, dass Kometen ihren Ursprung im Kuipergürtel und in der Oortschen Wolke jenseits der Neptunbahn haben. Denn bisher gingen Forschende davon aus, dass nur dort, weit abseits der Sonne ihr Eis konserviert werden kann. 

Bereits im Februar 2023 hatte eine andere internationale Forschungsgruppe unter Beteiligung von Geowissenschaftlern der Universität Heidelberg eine neue Klasse von Asteroiden beschrieben. Sie bewegen sich im Asteroidengürtel und sind ähnlich wasserreich wie der Zwergplanet Ceres. Die Forschenden schließen anhand ihres Computermodells darauf, dass die entdeckten Asteroiden kurz nach ihrer Entstehung aus den äußeren Regionen unseres Sonnensystems in den heutigen Asteroidengürtel verschoben wurden. 

Entwicklung der Struktur des Asteroideninneren von links nach rechts sowie die erhaltenen endgültigen Strukturen: (a) Asteroiden entstehen als lose Agglomerate aus trockenen Staub- und Eispartikeln; (b) die Erwärmung des Inneren löst Hydratation und fortschreitende Verdichtung aus; (c) Streifeinschläge entfernen dann die verbleibende lose Oberflächenschicht und legen eine hydratisierte Oberfläche frei; (d) einige Asteroiden entwickeln sich zu einem Stadium, das durch vollständig verdichtete zentrale Regionen gekennzeichnet ist. Die endgültigen Strukturen reichen von Strukturen, die durchgehend porös sind bis hin zu vollständig verdichteten Innenräumen, die von hochporösen Außenschichten überlagert werden. Bildrechte: Driss Takir, Wladimir Neumann, Sean N. Raymond, Joshua P. Emery & Mario Trieloff

Mithilfe der Infrarot-Daten des NASA-Infrarotteleskops des Mauna Kea Observatoriums in Hawaii (USA) konnten die Forschenden die neue Asteroiden-Klasse entdecken. Der Astrophysiker Driss Takir am NASA Johnson Space Center und Hauptautor der Studie, erklärt, dass sie "Ceres-ähnliche Asteroiden mit einem Durchmesser von bis zu 100 Kilometern, die sich derzeit in einer begrenzten Region zwischen Mars und Jupiter in der Nähe der Umlaufbahn von Ceres befinden", nun identifizieren können.

Wie bei Ceres enthalten auch diese Asteroiden an ihrer Oberfläche Mineralien, die durch die Wechselwirkung mit flüssigem Wasser entstanden sind. Diese kleinen Asteroiden sind recht porös – eine weitere Gemeinsamkeit mit dem Zwergplaneten Ceres. "Kurz nach der Entstehung der Asteroiden waren die Temperaturen noch nicht hoch genug, um sie in eine kompakte Gesteinsstruktur umzuwandeln – sie behielten den porösen und primitiven Charakter bei, der für die sonnenfernen äußeren Eisplaneten typisch ist", erklärt Wladimir Neumann. Er war für die Computermodellierung der thermischen Entwicklung der kleinen Körper an der Universität Heidelberg zuständig. 

Mit neuen Teleskopen, egal ob auf der Erde oder im Weltall, können wir unser Sonnensystem besser erforschen und vielleicht auch herausfinden, wo sich noch überall Wasser befindet. "Unsere wasserdurchtränkte Welt, in der es von Leben nur so wimmelt und die nach unserem Wissen einzigartig im Universum ist, stellt ein Rätsel dar – wir wissen nicht, wie all das Wasser hierher kam", erklärt Stefanie Milam in der Studie um den Kometen Read. Sie ist die stellvertretende Projektwissenschaftlerin für Planetenforschung bei Webb. Vermutlich ist all das Wasser auf der Erde von solchen Kometen wie Read gekommen und vor Milliarden von Jahren in einem regelrechten Bombardement auf die Erde eingeschlagen. 

Wenn das gefrorene Material sich der Sonne nähert, fängt es an zu verdampfen. Das verschafft Kometen im Weltall ihre charakteristische Koma und ihren strömenden Schweif. Als Koma wird die nebulöse Hülle um den Kern eines Kometen bezeichnet. Diese entsteht, wenn der Komet auf seiner stark elliptischen Umlaufbahn nahe an der Sonne vorbeizieht und erwärmt wird. Durch diese Eigenschaft unterscheiden sich Kometen von steinernen Asteroiden. 

"In der Vergangenheit haben wir Objekte im Hauptgürtel gesehen, die alle Merkmale von Kometen aufwiesen, aber erst mit diesen präzisen Spektraldaten von Webb können wir sagen, dass es sich definitiv um Wassereis handelt, das diesen Effekt hervorruft", erklärte der Astronom Michael Kelley von der University of Maryland. Er ist der Hauptautor der Studie. "Mit den Webb-Beobachtungen des Kometen Read können wir nun zeigen, dass Wassereis aus dem frühen Sonnensystem im Asteroidengürtel erhalten sein kann."

Jedoch stellte der Komet Read die Astronomen und Astronominnen vor ein Rätsel. Sie fanden kein Kohlendioxid in den Spektraldaten, was sehr merkwürdig war. Normalerweise hätten zehn Prozent des flüchtigen Materials in einem Kometen aus Kohlendioxid bestehen müssen.

Die Spektraldaten der Kometen 238P/Read (weiß) und 109 P/Hartley 2 (hellblau), erfasst vom Weltraumteleskop James Webb. Bildrechte: NASA, ESA

"Der lange Aufenthalt im Asteroidengürtel könnte dafür verantwortlich sein – Kohlendioxid verdampft leichter als Wassereis und könnte über Milliarden von Jahren versickern", so Kelley. Alternativ könnte sich der Komet Read auch in einer besonders warmen Zone des Sonnensystems gebildet haben, in der kein Kohlendioxid vorhanden war. 

Die Forschenden wollen nun herausfinden, ob es auch anderen Kometen im Asteroidengürtel an Kohlendioxid fehlt. Milam könnte sich sogar eine Probensammelmission bei einem wasserreichen Kometen vorstellen.  

Bisherige Probensammelmissionen zu Asteroiden sind immerhin auch geglückt. So hat die Nasa mit ihrer Raumsonde Osiris-Rex bereits eine Probe vom Asteroiden Bennu eingesammelt. Am 24. September 2023 soll die Kapsel mit der Probe an der Erde abgeworfen werden, bevor die Raumsonde zu ihrem nächsten Ziel, dem Asteroiden Apophis, aufbricht.  

Die japanische Raumsonde Hayabusa-2 konnte bereits eine Probe von dem Asteroiden Ryugu zur Erde bringen. Weniger erfolgreich war die europäische Rosetta-Mission, deren Kontakt kurz nach der Landung auf dem Kometen 67P/Tschurjumow-Gerasimenko abbrach.