Die physische Beschaffenheit der Kometen

Die physische Beschaffenheit der Kometen.

Von Volkmar Müller.

„Zu allen Zeiten wurden die Kometen den merkwürdigsten und räthselhaftesten Erscheinungen beigesellt, welche sich der menschlichen Betrachtung am Himmelsgewölbe darboten.“ So spricht sich Friedrich Zöllner^[1], der berühmte Schöpfer der neuen elektrischen Kometentheorie, über diese interessanten Himmelskörper aus. „Theils,“ fährt er fort, „ihr plötzliches und scheinbar unvermitteltes Auftauchen aus den Tiefen des Weltraumes, theils ihr eigenartiges, von allen andern Himmelskörpern so wesentlich abweichendes Aussehen machte sie seit den frühesten Zeiten zum Gegenstande besonderen Nachdenkens. In der That, sie bilden für das unbewaffnete Auge die einzige Ausnahme von jener an allen übrigen Gestirnen beobachteten scheinbaren Ruhe und majestätischen Gleichförmigkeit der Bewegung. Nicht nur, daß sie selber ihren Ort unter den übrigen Gestirnen schnell verändern, sondern auch die wunderbar wechselnden Gestalten ihrer Schweife und deren Richtung mußten sie für jede unbefangene Betrachtung als Körper ganz verschiedener Art und Herkunft, im Vergleich zu den übrigen Körpern des Weltalls, erscheinen lassen.“

Und wahrlich ein seltsames Volk sind sie, diese „himmlischen Vagabonden“, wie sie regellos zerstreut, mannigfaltig an Gestalt und Größe, flüchtig in ihrem innersten Wesen, sich launenhaft bald in eine bedenkliche Nähe der Sonne wagen, bald trotzig in endlose Fernen hinausschweifen. Der Erforschung der Kometen hat die Wissenschaft in neuerer Zeit hohe Aufmerksamkeit zugewendet.

Erwiesen ist es nun durch dieselbe, daß wir in ihnen keine Weltkörper vor uns haben, die sich durch jene Stabilität auszeichnen, welche den Planeten eigen ist. Die Kometen neigen vielmehr zu Extremem. Sie bewegen sich nur kurze Zeit in der Nähe der Sonne, schweifen aber dann wieder viele Jahre, Jahrhunderte, Jahrtausende hindurch in Entfernungen umher, bis wohin die Strahlen des Tagesgestirns keine nennenswerthe Erleuchtung mehr tragen. Sorgfältige Beobachtungen über den Kern, den Nebel und den Schweif der Kometen haben neue und überraschende Einblicke in die Physik des Himmels eröffnet; allerdings war man früher rasch bereit, bei Erklärung jener räthselhaften Phänomene zu einer neuen Naturkraft oder zu künstlich im Laboratorium erzeugten Wirkungen seine Zuflucht zu nehmen. Aber weder bei Kepler, Newton, Olbers, Bessel noch bei John Herschel ist eine Annahme zu finden, welche sich auf Hypothesen über neue, bisher unbekannte Kräfte bezieht. Kepler und Newton waren vielmehr zuerst bestrebt, die räthselhaften Erscheinungen der Kometen auf allgemein bekannte und an der Erdoberfläche unter ganz gewöhnlichen Verhältnissen beobachtete Thatsachen zurückzuführen.

Kepler entdeckte in einsamer und mühevoller Gedankenarbeit Gesetze, die ein Verstandesbedürfniß der Menschheit befriedigten und deshalb seinen Namen unsterblich machten. Ihm, der den Weltenraum so voller Kometen bevölkert sieht, wie das Meer voller Fische, erscheint der Entstehungsproceß eines Kometen als „eine Verdichtung der die Himmelsräume erfüllenden überall durchgängigen und ledigen Lufft“, ähnlich wie die Entstehung eines Flüssigkeitstropfens in einer gesättigten Dampfatmosphäre.

Nach den Arbeiten von Kepler (1607) und Newton (1680) verging mehr als ein Jahrhundert, ohne daß trotz zahlreicher und zum Theil sorgfältiger Monographien etwas Wesentliches zu Tage gefördert worden wäre, was der Wissenschaft die Lösung des Problems über die physische Beschaffenheit der Kometen hätte näher bringen können.

Erst im Beginn des gegenwärtigen Jahrhunderts traten zwei Männer hervor, deren Arbeiten in wahrhaft classischer und um übertroffener Weise das Fundament zur Kometentheorie der Jetztzeit legten: Olbers und Bessel.

„Ich weiß nicht,“ sagt Olbers, der Begründer der elektrischen Kometentheorie, „woher diese Repulsivkraft (Abstoßungskraft), oder bestimmter zu reden woher dieses Bestreben der Schweifmaterie, sich von der Sonne und dem Kometenkerne zu entfernen, entsteht, genug, daß die Beobachtung es deutlich zeigt. Enthalten kann man sich indessen schwerlich, dabei an etwas unseren elektrischen Anziehungen und Abstoßungen Analoges zu denken. Warum sollte auch diese mächtige Naturkraft, von der wir in unserer feuchten stets leitenden Atmosphäre schon so bedeutende Wirkungen sehen, nicht im großen Weltall nach einem weit über unsere kleinlichen Begriffe gehenden Maßstabe wirksam sein?

Mir scheint aus der Form des Kometenschweifes deutlich zu folgen, daß die von dem Kometen und seiner eigenthümlichen Atmosphäre entwickelten Dämpfe sowohl von diesem wie von der Sonne abgestoßen werden. Sie müssen sich also dort anhäufen, wo die Repulsivkraft des Kometen von der Repulsivkraft der Sonne überwogen zu werden anfängt.“

Und auf Olbers (1812) folgt Bessel (1836) mit seinem Ausspruche: „Ich glaube, daß das Ausströmen des Schweifes des Kometen ein rein elektrisches Phänomen ist: Körperchen auf dem Kometen und der Komet selbst werden durch den Uebergang von größerer zu geringerer Entfernung von der Sonne elektrisirt und dadurch abgestoßen. Wenn man doch das Licht des Schweifes prüfen könnte, um dadurch zu erfahren ob es elektrisch ist!“

John Herschel (1847) stellt die von Olbers und Bessel vermuthete Repulsion der Schweiftheilchen durch die elektrisch geladene Sonne gleichfalls als eine der natürlichsten Annahmen hin. Außerdem aber behandelt Herschel in sehr scharfsinniger Weise die Veränderungen der Dunsthüllen des Kopfes und erklärt dieselben aus der Annahme, daß die Hüllen Nebel und Dämpfe von tropfbarer Flüssigkeit seien.

Die Anschauungen Herschel’s bilden gleichsam den Uebergang zur Theorie Friedrich Zöllner’s über die Kometenphänomene, welche er zuerst in der am 5. Mai 1871 abgehaltenen Sitzung der Königlich Sächsischen Gesellschaft der Wissenschaften zu Leipzig vortrug; veröffentlicht hat er diese Theorie in Berichten jener Gesellschaft, sowie in seinem Buche über die „Natur der Kometen“ und vor Kurzem in Verbindung mit seinen neuesten Forschungen über diesen Gegenstand im zweiten Bande seiner „Wissenschaftlichen Abhandlungen“ (Leipzig, Staackmann 1878). Wer sich über den gedachten Stoff eingehender unterrichten will, mag auf das Studium der betreffenden Abschnitte der letzterwähnten Schrift verwiesen sein.

Zöllner betrachtet in Uebereinstimmung mit Olbers, Bessel und J. Herschel die Schweife und nebelartigen Hüllen der Kometen als an der Oberfläche der Kerne durch Verdampfung tropfbar flüssiger Massen erzeugte Dunst- und Nebelmassen. Er nimmt in Folge dieser Betrachtung an, daß die einzelnen Theile oder Elemente der Dünste wenigstens an der Quelle ihres Ursprungs, also in unmittelbarer Nähe ihrer Entwickelungsflüssigkeit bezüglich ihrer allgemeinen Eigenschaften mit denjenigen Elementen übereinstimmen, welche wir in den Dämpfen und Dünsten ähnlicher Flüssigkeiten an der Erdoberfläche beobachten. Die am allgemeinsten verbreiteten kosmischen Flüssigkeiten sind aber Wasser und flüchtige Kohlenwasserstoffe (z. B. Petroleum) im Innern von Weltkörpern, welche sich in einem ähnlichen Entwickelungsstadium wie unsere Erde befinden. Dem entsprechend, setzt Zöllner bei seiner Kometentheorie die Oberfläche des Kometenkernes, aus dem sich Dunsthülle und Schweif entwickeln, als ein Gemisch von Wasser und Kohlenwasserstoffen voraus. Das Vorhandensein der letzteren Stoffe wird durch die zuerst von dem Engländer Huggins entdeckte Uebereinstimmung der Kometenspectra mit den Spectren von Kohlenwasserstoffen im höchsten Grade wahrscheinlich gemacht.

Am Schlusse seiner umfangreichen und eingehenden Untersuchungen gelangt Zöllner zu dem Resultate: „daß es zur Erklärung der wesentlichsten Erscheinungen der Kometen nicht der Annahme einer neuer bisher unbekannten repulsiven (abstoßenden) Naturkraft bedarf, sondern daß es vollkommen genügt, der Sonnenoberfläche selbst quantitativ nur diejenigen elektrischen Eigenschaften beizulegen, welche die directe Beobachtung an der Erdoberfläche nachzuweisen im Stande ist.“

Wie bereits oben angedeutet, hat die Spectralanalyse auf dem Gebiete der Kometenforschung eine großartige Entdeckung geliefert, durch die wir zu der Ueberzeugung gelangt sind, daß das Licht der Kometenkerne identisch mit dem Lichte des elektrischen Funkens ist, der durch Benzindämpfe schlägt, wodurch das Vorhandensein von Kohlenstoff in der Masse des Kometen constatirt wurde. Eine wie subtile Feinheit die Materie des Kometen besitzt, ist leicht daraus zu erkennen, daß man sogar durch die mehr als 20,000 Meilen messende Dicke des Kometenschweifs die kleinsten Sterne ohne Lichtverlust durchschimmern sieht, wobei jedoch noch keinerlei Ablenkung des Lichtstrahls beobachtet wird.

Die befolgende Figur (vergl. Seite 500), welche wir dem erwähnten Werke Zöllner’s „Ueber die Natur der Kometen“ entnehmen, stellt nach einer Zeichnung des verstorbenen Astronomen Pape den Schweif des glänzenden Donati’schen Kometen vom Jahre 1858 dar, durch welchen hindurch man mit ungeschwächtem Glanze die Sterne erblickte. Bei diesem Kometen erschien der Schweif stets gekrümmt und war mit der convexen Seite nach derjenigen Richtung hingewendet, nach welcher sich der Komet bewegte. Die voranschreitende Seite des Schweifes war außerdem viel schärfer begrenzt, als die entgegengesetzte, concave, sodaß es schien, als ob der Kometenschweif äußere Widerstände zu überwinden hätte und seine Masse durch dieselben zurückgedrängt worden wäre.

Die Kometen unterscheiden sich nur quantitativ, nicht qualitativ von den Stoffen der Erde, eine Ansicht, welche bereits Newton vor 200 Jahren in seinen unsterblichen „Principien der Naturwissenschaft“ mit folgenden Worten ausgesprochen hat: „Ich muß mich sehr irren, wenn die Kometen nicht Körper von derselben Art wie die Planeten sind. Die Köpfe der Kometen sind von sehr großen Atmosphären umgeben, und diese müssen unten dichter sein. Die Aenderungen, welche man an den Kometen wahrnimmst zeigen sich in den Wolken dieser Atmosphären und nicht an den Körpern selbst. Ebenso würde ohne Zweifel die von den Planeten aus gesehene Erde nur durch das Licht der sie umgebenden und verbergenden Wolken glänzen.“

Ueber den gemeinsamen Ursprung der Kometen und Sternschnuppenschwärme und die hierdurch bedingte Uebereinstimmung ihrer Bahnen, welche Schiaparelli 1866 entdeckte, spricht sich Zöllner in einer Abhandlung vom 12. December 1872 wie folgt aus: „Würde unsere Erde jemals durch einen ähnlicher Proceß in einzelne Stücke zertrümmert, durch welchen sich Olbers die kleinen Planeten entstanden dachte, so müßten sich neben den zahlreichen festen Fragmenten auch Theile der gegenwärtigen Meere und der im Inneren gebildeten flüssigen Kohlenwasserstoffverbindungen zu einzelnen Flüssigkeitskugeln gruppiren, die den Bewohnern anderer Welten den Anblick kometenartiger mit wechselnder Dunsthülle umgebener Körper darböten.“

Daß die Verflüchtigung sich an dem der Sonne gerade zugewandten Theile der flüssigen Oberfläche am frühesten zeigt, auch daß sie sich durch größere Annäherung an die Sonne und durch längere Dauer ihrer Wirkung vermehrt und sich über einen immer größer werdenden Theil der Oberfläche ausbreitet, ist einleuchtend. Die Schweiftheilchen in unmittelbarer Nähe des Kometenkerns, wo sich die Dämpfe aus der durch die Sonne erwärmten Flüssigkeitsoberfläche entwickeln, entsprechen den Wasserbläschen sich condensirender Dämpfe an der Erdoberfläche; wenn nun diese Theilchen sich vom Kern entfernen und damit in Räume von stets geringerer Dampfspannung gelangen, verkleinern sie sich nothwendig immer mehr und mehr.

„Es sind nicht immer dieselben Theilchen,“ sagt Olbers, „welche wir in dem Kometenschweife schimmern sehen. Nein! unaufhörlich entwickeln sich neue Stoffe von seinem Körper und seiner eigenthümlichen Atmosphäre, die mit erstaunenswürdiger Geschwindigkeit von den Kometen abwärts strömen, um sich endlich in den weiten Himmelsraum zu verlieren.“

Die Dicke der Kometenschweife kann nach Tausenden von Meilen gemessen werden, wie dünn dagegen die Schweifmaterie selbst ist, zeigt sich an ihrer Durchsichtigkeit.

Die Schweifelemente selbst bestehen nach der Zöllner’schen Theorie aus schwach elektrisirten Dampftheilchen und lassen sich, wie bemerkt, mit den einzelnen Nebelbläschen einer zarten Wolke in luftverdünnten Räumen wie in sehr hoch gelegenen Theilen unserer Atmosphäre vergleichen.

Der Donati’sche Komet von 1858.

Auch die nebebelartigen Hüllen am Kopfe des Kometen entstehen durch den Verdampfungsproceß an der Oberfläche des flüssigen Kerns. Das Licht der Kometenschweife besteht theils aus reflectirtem Sonnenlichte, theils aus elektrischem Lichte, welches alle elektrische Ausgleichungprocesse begleitet.

Die ungeheuren Geschwindigkeiten, mit denen die Kometenschweife von dem Kerne gleichsam hervorschießen und sich in wenigen Tagen über Strecken von vielen Millionen von Meilen ausbreiten, ist als eine wirklich mechanische Bewegung der elektrisirten Dampftheilchen aufzufassen, die sich unter dem Einflusse der elektrischen Abstoßung der Sonne mit beschleunigter Geschwindigkeit von derselben entfernen.

Mit der Entfernung von der Sonne nehmen die Schweife rasch ab, und die Kometen schrumpfen nach und nach zu einer bloßen Nebelmasse zusammen, die sich dann auch den stärksten Ferngläsern entzieht. Rasch verschwunden, wie erschienen, läßt der flammende Stern nur ein Bild in der Erinnerung zurück.

Betrachtet man die Geschichte der menschlichen Ideenentwickelung über die Natur und Bedeutung der Kometen, so offenbart sich in ihr der übereinstimmende Charakterzug aller Fortschritte der Erkenntniß im Gebiete der Natur. In unentwickeltem Zustande der Völker waren sie, wie Blitz und Donner, der Gegenstand staunender Bewunderung, gemischt mit sclavischer Furcht vor den Launen einer zürnenden Gottheit. Heute sind sie Erscheinungen, welche denselben Gesetzen unterworfen und aus denselben Stoffen gebildet sind, wie die Körper unserer täglichen Umgebung.

Die Kraft, welche den Fall des Apfels bewirkt, wurde für Newton der Schlüssel zur Erklärung aller himmlischen Bewegungen; das Spectroskop lehrte uns in unermeßlich weit entfernten Sternen dieselben Stoffe kennen, aus welchen unsere Erde und unser eigner Leib besteht. So zieht der Genius der fortschreitenden Menschheit durch geläuterte Erkenntniß der Natur den Himmel zur Erde herab. Der sklavischen Furcht folgt die befreiende Herrschaft himmlischer Gesetze und die trostreiche Ueberzeugung von der Einheit und Harmonie des gesammten Universums. Derjenige Theil der Astronomie aber, welcher sich in unseren Tagen mit unerwarteten Erfolgen der Fortsetzung dieser menschlichen Culturarbeit besonders in Deutschland unterzogen, ist die Astrophysik. Ueber das Verhältniß dieses neuen Theiles der Astronomie zu dem bisherigen Gebiete astronomischer Forschung spricht sich Zöllner in seinen vor sechszehn Jahren erschienenen „Photometrischen Untersuchungen, mit besonderer Rücksicht auf die physische Beschaffenheit der Himmelskörper“ wörtlich wie folgt aus:

„Sowohl die heutige Entwickelungsphase der Astronomie, als auch das täglich sich steigernde Interesse für die Anwendung rein physikalischer Methoden auf astronomische Objecte, scheinen anzudeuten, daß bereits gegenwärtig alle Elemente zur Bildung jenes neuen Theiles der Astronomie vorhanden sind. Derselbe dürfte vielleicht nicht unpassend mit dem Namen ‚Astrophysik‘ belegt werden, zum Unterschiede von dem bisher in Deutschland als ‚physische Astronomie‘ bezeichneten Theile. War es die Aufgabe der letzteren, unter Voraussetzung der Allgemeinheit einer Eigenschaft der Materie (der Schwerkraft) alle Ortsveränderungen der Gestirne zu erklären, so wird es die Aufgabe der Astrophysik sein, unter Voraussetzung der Allgemeinheit mehrerer Eigenschaften der Materie alle übrigen Unterschiede und Veränderungen der Himmelskörper zu erklären. Mit Rücksicht auf die Natur der hierbei anzuwendenden Methoden läßt sich die Astrophysik auch als eine Vereinigung der Physik und Chemie mit der Astronomie betrachten, und sie erscheint von diesem Gesichtspunkte aus als das nothwendige Resultat einer allgemeinen Entwickelung, welche beim stetigen Fortschritt der Wissenschaften bereits auch auf anderen Gebieten ähnliche Verschmelzungen ursprünglich getrennter Disciplinen zu einer höheren und allgemeineren Einheit herbeigeführt hat.“

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1. In der Vorrede zu seiner Schrift: „Ueber die Natur der Kometen. Beiträge zur Geschichte und Theorie der Erkenntniß“.