NEOWISE für Nerds: Spektren, Natriumschweif, Komafarbe

Der Komet C/2020 F3 (NEOWISE) hat nach dem Perihel diesen Monat nicht nur Pretty Pictures ohne Ende produziert (Links hier, hier, hier, hier und hier), sondern auch eine Reihe interessante Fragen aufgeworfen. So zeigen – mit verblüffend einfacher Technik erstellte – Spektren von Torsten Hansen, wie die am 13. Juli noch starken (nicht aufgelösten) Natrium-Linien fünf Nächte später praktisch verschwunden waren: Das kann man auch in einer Spektren-Galerie seit dem 9. Juli nachvollziehen, es gibt ferner Spektren an vier Stellen in und bei der Koma am 17. Juli (die hier diskutiert werden), ein Spektrum vom 16. Juli mit bereits schwachem Na und ein sensationell detailreiches Echelle-Spektrum vom Abend des 15. Juli, als die Linien noch da waren – alles ebenfalls von Amateurastronomen. Ein Verschwinden des Natriums im Spektrum ist übrigens auch dem Großen Kometen von 1882 passiert: interessante Physik offensichtlich, aber es kommt noch besser!

Bei der Hansen-Methode wird nämlich auch der Schweif mit spektroskopiert – und am 13. wie 18. Juli ist eine Komponente aus neutralem Natrium zu erkennen. Solch ein Natriumschweif wurde vermutlich zum ersten Mal beim Kometen C/1910 A1 (nicht dem Halleyschen) und sicher bei C/1957 P1 (Mrkos) gesehen und insbesondere bei C/1995 O1 (Hale-Bopp) intensiv untersucht (s.u.), aber ein Nachweis mit einfachen Amateurmitteln war zumindest dem Autor bisher nicht bekannt. Derzeit gibt es große Diskussionen in der Kometenszene, ob im oder beim Plasmaschweif von NEOWISE immer wieder mal fotografierte bräunlich-rötliche Filamente derselbe Natriumschweif sein könnten, aber das in Plasmaschweifen zuweilen präsente Ion H2O+ (u.a. prominent beim Kometen Kohoutek nachgewiesen) bleibt ein anderer Kandidat.

Ein wichtiger Datenpunkt ist auch diese Aufnahme von Bernd Gährken vom Morgen des 18. Juli durch einen engbandigen Natrium-Filter: „Bei 3 nm Halbwertsbreite ist das Bild schon sehr dunkel und das Ergebnis ist entsprechend verrauscht. Dennoch ist an der Position des Ionenschweifs der Natriumschweif schwach zu sehen. Eine Kontinuumsaufnahme für ein Differenzbild war zwar nicht mehr möglich, dennoch ist die Sache wohl eindeutig, da sich im Ionenschweif sonst keine passenden Linien befinden, die 589 nm überdecken, und der Staubschweif eine andere Position hat.“

Über einen Nachweis des Natrium-Schweifs bereits am 8. Juli hatten übrigens Spezialisten für Na-Forschung im Sonnensystem berichtet: Das neutrale Atom wird vom Strahlungsdruck der Sonne aus der Koma fortgedrückt (wobei ein resonanter Streu-Prozess hilft, der es auch per Fluoreszenz besonders stark leuchten lässt) und entfernt sich wesentlich geradliniger und in einer schmaleren Struktur als der Staubschweif und fast genau in Antisolarrichtung. (Für Physiker: Das Beta beträgt um die 80, während es für Staubteilchen unter 1 liegt.)

Zum Vergleich: Das war der Natriumschweif des Kometen Hale-Bopp – das Entdeckungs-Bild vom 16. April 1997 (der schmale Schweif ganz links auf dem linken Bild durch einen Na-Filter mit 1.5 nm FWHM, rechts unmittelbar davor ein breitbandiges Bild mit Plasma- und Staubschweif). Es wurde sogleich in einem Press Release der Isaac Newton Group of Telescopes und zusammen mit ersten Folge-Beobachtungen in einem ESO-Hale-Bopp-Newsticker am 23. April und 30. April diskutiert und bald darauf zusammen mit weiteren Untersuchungen im Paper Cremonese et al., Neutral sodium from comet Hale-Bopp: a third type of tail, Ap. J. Lett. 490 [1997] L199-202 eingeordnet; sogar bis in Enzyklopädien hat es es gebracht.

Überraschenderweise wurde bei Hale-Bopp aber gleich noch ein anderer Natrium-Schweif entdeckt: Dieser – beschrieben im Paper Wilson et al., Three Tails of Comet Hale-Bopp, Geophys. Res. Lett. 25 [1998] 225-8 und auf einer spartanischen Webseite zu sehen – ist diffuser als der oben diskutierte und liegt mehr auf dem Staubschweif, was den Nachweis erschwert. Und trat einen Monat vor dem schmalen Na-Schweif auf, der damals nicht vorhanden war. In den Papers Cremonese, Hale-Bopp and its Sodium Tails, Space Science Reviews 90 [1999] 83-9, und Cremonese et al., Neutral Sodium Tails in Comets, Adv. Space Res. 29 [2002] 1187-97 wird die diffuse Variante auf Freisetzung des Natriums von Staubteilchen im Staubschweif zurückgeführt, während die Atome des schlankeren Natriumschweifs durch andere Prozesse schon in der Koma entstehen … die auch Jahrzehnte später immer noch Gegenstand der Forschung waren. Und interessante Verbindungen mit der Natrium-Exosphäre des Planeten (!) Merkur und den Mechanismen ihrer Entstehung haben könnten.

Bliebe noch ein mit ganz einfachen Mitteln zu beobachtendes Phänomen an NEOWISE, über das in der vergangenen Nacht 18./19. Juli viele visuelle Beobachter berichteten und das auch auf Fotos auffällt: Die Koma ist deutlich grüner geworden. Das könnte im Zusammenhang mit dem Verschwinden der Natrium-Emission stehen und auf eine Verwandlung der Koma fort von einer erfreulich staubreichen – der wir den schönen Staubschweif verdank(t)en – zu einer gasreicheren hindeuten. Hier fünf ausgewählt hoch vergrößerte und kurz belichtete Aufnahmen des Autors, vom Morgen des 11., 12. und 13. Juli und zweimal dem Abend des 18. Juli: Da ist tatsächlich eine Grünverfärbung zu erkennen, v.a. auf dem vorletzten verwackelten Bild, die vorher nicht da war. [Daniel Fischer]