Hale-Bopp - Eine visuelle Detailstudie 

Nur wenige Amateurastronomen pflegen noch die Kunst, das im Fernrohr Beobachtete mit Papier und Bleistift zu registrieren. Doch manche Details heller Kometen können nur so dokumentiert werden.


Noch in vielen Jahren wird von ihm die Rede sein, dem "Großen Kometen von 1997". Unbestritten ist, daß er zum meistphotographierten Kometen aller Zeiten wurde. Auf dem Höhepunkt der Euphorie überschwemmten Tausende von Amateur und Profiaufnahmen von C/1995 O1 (Hale-Bopp) die Datenautobahnen des Internet. Spektakulär war nicht nur sein atemberaubender Gesamteindruck am Himmel; von surrealer Schönheit erwiesen sich auch die kernnahen Regionen der Koma. Ihr Detailreichtum entfaltete sich bei der visuellen Beobachtung mit dem Amateurteleskop weitaus eindrucksvoller, als bei der Betrachtung hochprozessierter CCD-Bilder.

Plädoyer für die visuelle Beobachtung

Im Zeitalter von CCD, adaptiver Optik und Hubble-Teleskop wird die visuelle Beobachtung von Planeten, Kometen und anderen Himmelsobjekten nur noch von Amateurastronomen betrieben. Und selbst hier sind es wenige. die sich dieser Disziplin
ausschließlich widmen oder bestrebt sind, sie zu etablieren. Die häufigsten Vorurteile, die gegen die visuelle Beobachtungstechnik zu hören sind, lauten: antiquiert, unzuverlässig, subjektiv. Bei kritischer Betrachtung trifft aber nur letzteres zu, denn Subjektivität ist keineswegs mit Unzuverlässigkeit gleichzusetzen. Man könnte genauso über die Subjektivität von Photographie und CCD-Technik debattieren, beispielsweise über den subtilen Grat zwischen Bildbearbeitung und Bildmanipulation.

Ein Relikt der Vergangenheit ist die visuelle Beobachtung gewiß nicht. Sie besitzt selbst heute noch in begrenztem Umfang wissenschaftliche Relevanz, z. B. bei der Dokumentation von Phänomenen, die sich aus technischen Gründen nur mit deutlichen Qualitätseinbußen photographieren lassen. So können erfahrene visuelle Beobachter bei Planeten weitaus mehr Einzelheiten dokumentieren, als es die Photographie mit normalen Amateurmitteln gestattet. Ein Grund dafür ist die Fähigkeit des Gesichtssinnes, die wiederkehrenden Augenblicke geringster Luftunruhe nutzen zu können. Überdies werden die Bildinformationen im Gehirn in "Echtzeit" verarbeitet. Die Photographie summiert stattdessen stur auf, wodurch je nach Qualität des Seeings feine Einzelheiten mehr oder weniger stark verwischen.

Das allgegenwärtige Problem der Luftunruhe vermag die CCD-Technik besser zu umgehen als die konventionelle Photographie, dank der hohen Empfindlichkeit der Kameras und den daraus resultierenden kurzen Belichtungszeiten. Dennoch haben beide Aufnahmetechniken gegenüber der visuellen Beobachtung einen gemeinsamen Nachteil, denn Emulsion und CCD-Chip verfügen über einen erheblich geringeren Kontrastumfang als das Auge. So sehen wir als Folge der nichtlinearen Informationsverarbeitung im Gehirn die Kontraste benachbarter Flächen stets überhöht. Ohne diese Eigenschaft des Gesichtssinnes wäre keine visuelle Photometrie möglich. Das erlaubt die Wahrnehmung relativ geringer Helligkeitsunterschiede auch noch bei starkem Gesamtkontrast. Photographie und CCD-Technik sind hier auf die Künste der Bildbearbeitung angewiesen, wie z. B. Kontrastverstärkung durch Unschärfemaskierung.

In der Kometenbeobachtung ist das Auge den digitalen und konventionellen Aufnahmetechniken häufig überlegen, insbesondere bei der Durchführung von Detailstudien der Koma. Schon mit Amateurfernrohren kann man im Kometenkopf visuell Einzelheiten erkennen, die sich nur schwach gegen das Leuchten der Koma abheben. Auf Photos und CCD-Bildern gehen diese Details sehr oft in der Helligkeit der Koma unter. Selbst mit den heutigen Bildbearbeitungsmethoden ist es ausgesprochen schwierig, sämtliche Einzelheiten zu reproduzieren, die mit dem Auge am Fernrohr noch zu erkennen sind. In der Tat suche ich noch immer nach dem "ultimativen" CCD-Bild der kernnahen Strukturen von Hale-Bopp, das auch nur annähernd an die Qualität des visuellen Eindrucks in einem großen Amateurteleskop heranreicht. Bisher genügt nur eine professionelle Aufnahme vom Pic-du-Midi-Observatorium, die am 15. April 1997 mit dem dortigen 1-m-Spiegel gewonnen wurde, diesem Anspruch (siehe SuW 36, 526 [6/1997]).

Der "kometarische Rasensprenger"

Visuell konnte man bereits mit einem dreizölligen Refraktor innerhalb der Koma geschwungene Bögen oder Wellen von außerordentlicher Helligkeit beobachten, die durch dunkle Zwischenräume voneinander getrennt waren. Diese Gebilde schienen auf die sonnenzugewandte Seite der Koma begrenzt zu sein. Im Grunde sind solche konzentrischen Schalen ("Enveloppen"), die im englischen Sprachgebrauch "shells" genannt werden, keine Seltenheit bei hellen Kometen. Zeichnungen des Kometen Donati aus dem Jahr 1858 zeigen ähnliche Formen. Dieser stieß in bestimmten Abständen eine Serie von hellen Halos ab, die sich eine nach der anderen auf der sonnenzugewandten Seite des Kometenkopfes ausdehnten.

Hale-Bopp zeigte am 4. Februar 1997 auf gefilterten CCD-Bildern vom Pic du Midi zehn solcher Enveloppen. Dabei reichte die äußerste bis in 150.000 Kilometer Entfernung vom Kern (vgl. SuW 36, 324 [4/1997]). Über die Langlebigkeit dieser Strukturen wurde viel diskutiert, z. B. wurde in Erwägung gezogen, daß hydrodynamische Effekte dafür verantwortlich sein könnten. Aus dem ca. 40 Kilometer großen Kern des Kometen strömten riesige Mengen Staub, die von den gasförmigen Bestandteilen mitgerissen wurden. Zum Zeitpunkt der größten Aktivität stieß der Kern in jeder Sekunde schätzungsweise 40 Tonnen dieser im Durchschnitt nur 1
mm kleinen Staubkörner aus. Durch die Rotation des Kerns wurden diese Staubausbrüche zu Spiralen verdreht, vergleichbar mit einem rotierenden Rasensprenger. Die Enveloppen dehnten sich mit einer Geschwindigkeit von 300 m/s aus, um sich schließlich in der äußeren Koma und dem Staubschweif zu verlieren.

Der Komet war Ende März hell genug, um von den Astronomen des Observatoriums auf dem Pic du Midi am Tage beobachtet werden zu können. Durch Kombination von 1.100 CCD-Bildern, die jeweils in Abständen von zehn Minuten aufgenommen wurden, gelang eine Beobachtung der Kernstrukturen über eine volle Rotationsperiode. Auf diese Weise ließ sich die Rotationszeit des Kerns präzise zu 11,47 Stunden bestimmen. Mit dem spanischen 1,5-m-Teleskop auf Teneriffa ergab sich am 22. April bei Beobachtungen im nahen Infrarot ein Wert von 11,20 ± 0,04 Stunden. Diese geringfügig abweichenden Werte widersprechen sich nicht, da es für einen frei rotierenden Körper mehrere Trägheitsachsen gibt, wenngleich ein solcher zwangsläufig eine Taumelbewegung ausführt. Bei Hale-Bopp kam der Umstand hinzu, daß die Staubfontänen vom Kern in verschiedenen Winkeln abströmten. Das Zusammenspiel dieser Faktoren hatte zur Folge, daß sich zwei sich gegenseitig überlagernde Schalensysteme ausbildeten. Auf den CCD-Aufnahmen vom Pic du Midi ist festzustellen, daß die einzelnen Enveloppen an den "Enden" breiter sind als an ihren Scheitelpunkten. Dieser Überlagerungseffekt war auch visuell auffällig.

Fest steht, daß es sich um eine geschlossene Spirale handelte. Jedoch war die Intensität der shells auf der sonnenabgewandten Seite des Kometenkopfes um Größenordnungen geringer, so daß sie visuell praktisch unsichtbar blieben. Wahrscheinlich stießen die Aktivitätszentren, sobald sie durch die Rotation des Kerns in die Sonne wanderten, durch die Einwirkung des Sonnenwindes verstärkt Gas und Staub aus. Auf der sonnenabgewandten Seite, im Bereich des sogenannten "Kernschattens", verringerten sie ihre Tätigkeit stattdessen beinahe bis zur Inaktivität.

Die visuelle Zeichnung

Über den wissenschaftlichen Wert von Kometenzeichnungen kann man streiten. Zeichentechnik ist subjektiv und jede Darstellung spiegelt unweigerlich immer den persönlichen Zeichenstil des Beobachters wider, wie auch dessen Neigung zu charakteristischen Umsetzungsfehlern, insbesondere bei mangelnder Praxis. Dennoch kann die Auswertung visueller Detailstudien Aufschlüsse über Vorgänge in Kernnähe geben, die andere Aufnahmetechniken nicht gestatten. 

Hale-Bopp visuell

Da abzusehen war, daß nur konsequent durchgeführte Detailbeobachtungen die Feststellung von etwaigen Veränderungen erlauben würden, hatte ich während der Sichtbarkeitsperiode von Mitte Februar bis Anfang Mai 1997 bei jeder sich bietenden Gelegenheit visuelle Detailzeichnungen angefertigt. So entstanden insgesamt 53 Darstellungen der kernnahen Regionen (gelegentlich bis zu fünf Einzelzeichnungen pro Abend), sowie 10 Übersichtszeichnungen. Die Beobachtungen wurden fast ausnahmslos mit einem 305/2100-mm-Newton-Teleskop auf äquatorialer Montierung gewonnen.

Abb. 1: Hale-Bopp am 7. April 1997, 20:10-20:47 UT, gezeichnet nach visuellen Beobachtungen an einem 457/1850-mm-Newtonteleskop; Vergrößerung V = 58fach bei 8 mm Austrittspupille.


Abb. 1 zeigt den visuellen Eindruck des Kometen vom 7. April, wie er sich unter einem dunklen Landhimmel in einem großen Teleskop (457/1850-mm-Newton) bei Beobachtung mit maximaler Austrittspupille bot. Mit einem solch großen Gerät ließ sich freilich nur ein kleiner Ausschnitt des Kometen im Gesichtsfeld einfangen, zumal der Gasschweif eine Länge von 20° erreichte. An eine formatfüllende Beobachtung war da nicht mehr zu denken, aber eine Annäherung an den Gesamteindruck ließ sich durch langsames "Abfahren" per manueller Nachführung erzielen (ein alter "Deep-Sky-Trick"). Die Zeichnung deckt immerhin ein Gebiet von ca. 2°,5 Größe ab, wobei sich das tatsächliche Gesichtsfeld im Okular auf 1°,3 beläuft. Bei 58facher Vergrößerung waren die charakteristischen Enveloppen in der hellen Koma andeutungsweise aufgelöst zu sehen, jedoch aufgrund ihrer Kompaktheit nicht in die Zeichnung übertragbar.

Beim Abfahren des Kometen mit 8 mm Austrittspupille offenbarte sich im Teleskop eine enorme Vielfalt an Details. So erschien neben einem gleichförmigen Staubschweif ein ungeahnt faseriger und filamentärer Gasschweif, in dem sogar die von hochaufgelösten Photographien her bekannten Schweifstrahlen und -wolken wahrgenommen werden konnten. Die farblichen Unterschiede zwischen den einzelnen Komponenten des Kometen zeigten sich visuell nur angedeutet. Dennoch waren der Staubschweif und die westliche Hälfte der Koma rötlichbraun, der Ansatz des Gasschweifes und die Osthälfte der Koma hingegen bläulich. Im Apex schien die Koma von eher grünlicher Färbung. Die nähere Umgebung des Kometen am 7. April beeindruckte nicht weniger, denn an diesem Abend stand Hale-Bopp in der Nähe des Offenen Sternhaufens M 34 im Perseus, der oben rechts im Bild zu sehen ist. Der schwache NW-Ausläufer des Staubschweifes überdeckt den Sternhaufen teilweise.



Die Metamorphose im März

Abb. 2: Hale-Bopp am 16. Februar 1997, 04:15-04:22 UT, gezeichnet nach Beobachtungen an einem 305/2100-mm-Newton-Teleskop bei 105facher Vergrößerung und 3 mm Austrittspupille. Mit dieser Instrumentierung wurden alle folgenden Beobachtungen durchgeführt.

Die erste Detailzeichnung des Kometen (Abb. 2) stammt vom frühen Morgen des 16. Februar. Zu diesem Zeitpunkt war sein visuelles Erscheinungsbild noch ein völlig anderes. So zeigte sich damals eine parabelförmig geschwungene Koma mit zwei breiten, jetartigen Fontänen, die vom "false nucleus" (wie die zentrale sternförmige Kondensation genannt wird) in entgegengesetzte Richtungen ausgingen. Dieses Bild änderte sich in den ersten Märztagen dramatisch, als unverhofft die konzentrischen Enveloppen und ein einzelner breiter Staubstreamer auf den Plan traten. Abb. 3 dokumentiert die erste überwältigende Beobachtung dieser Details am 2. März. Angesichts jener visuellen Eindrücke emotionsfrei zu bleiben, war mir damals nicht mehr möglich.

Abb. 3: Hale-Bopp am 2. März 1997; 04:20-04:45 UT



Veränderungen in der Koma

Den Höhepunkt erreichte die Beobachtungstätigkeit in der ersten Aprilhälfte. Bei guten Wetterbedingungen konnten vier bis fünf (angedeutet), ansonsten drei filigrane Enveloppen gesehen werden. Die gewonnenen Aufzeichnungen legen dar, daß es entgegen anderslautenden Beschreibungen keineswegs nur marginale Variationen in der inneren Koma gab. Mehr noch: Hale-Bopp darf ohne weiteres als Musterbeispiel eines turbulenten Kometen betrachtet werden. Eine Sequenz von sechs Zeichnungen dokumentiert die Veränderungen in den kernnahen Regionen, insbesondere der beiden inneren Staubschalen, in einem Zeitraum von ca. einer Woche (7. April bis 15. April). Auf der ersten Zeichnung (Abb. 4) vom 7. April ist eine winzige Einbuchtung unmittelbar neben dem Kern zu sehen. Von mir zunächst als Kontrastphänomen interpretiert, zeigte sich dieses Detail am folgenden Abend (Abb. 5) überraschenderweise breiter und zum Kernschatten hin geöffnet. Der Gedanke lag nahe: Sollte dies etwa die "Geburt" einer neuen Enveloppe sein? 

Abb. 4: Hale-Bopp am 7. April 1997; 19:15-19:35 UT

Abb. 5: Hale-Bopp am 8. April 1997; 19:35-20:05 UT

Abb. 6: Hale-Bopp am 10. April 1997; 19:25-20:00 UT

Abb. 7: Hale-Bopp am 11. April 1997; 19:30-19:55 UT

Abb. 8: Hale-Bopp am 13. April 1997; 19:35-20:10 UT

Abb. 9: Hale-Bopp am 15. April 1997; 19:20-19:40 UT



Der Abstand zwischen dem Kern und dem äußeren Rand der neuentstandenen Staubschale nahm auch am 10. April (Abb. 6) weiter zu. Am 11. April (Abb. 7) zeigte sie sich voll ausgebildet, während sich am Kern schon die nächste Schale in Form eines kleinen, aber sehr hellen "Hakens" andeutete. Diese Entwicklung setzte sich am 13. April (Abb. 8) fort. Abb. 9 zeigt die Situation am 15. April; man sieht bereits wieder einen ähnlichen Zustand wie am Anfang der Sequenz. Sollte sich aufgrund dieser Beobachtungen abschätzen lassen, daß sich jeweils im Abstand von acht bis zehn Tagen eine neue sichtbare "Zwiebelschale" bildet? Tatsächlich war ein analoger Ablauf auch in den folgenden Nächten bis zum Ende der Beobachtungsserie feststellbar. Auf der letzten Zeichnung ist überdies ein kleines abgesprengtes Fragment am Außenrand der innersten Enveloppe zu sehen, deutlich von der innersten Staubschale getrennt. Vergleiche mit anderen Beobachtungen bestätigen, daß es sich hierbei um ein reales Phänomen handelt. Die Kondensation erschien bei allen Vergrößerungen hell und flächig, zum Pseudokern hin mit unscharfen Konturen.

Während der Sichtbarkeitsperiode verlagerte sich der Pseudokern mit dem gesamten Schalensystem langsam von Nordwesten an die Spitze der Koma. Von einer geschlossenen Spiralstruktur war jedoch bis zuletzt nichts zu erkennen. Lediglich in der Nacht vom 11. auf den 12. März zeigte der Kometenkern eine ungewöhnliche Aktivität, die sich in Form eines heftigen Staubausbruchs äußerte. Mehrere visuelle und CCD-Beobachtungen dokumentieren die innerste Enveloppe als vollständig geschlossenen Ring (vgl. SuW 36, 496 [5/1997] und SuW 36, 692 [7/1997]). Bedauerlicherweise konnte ich wegen der schlechten örtlichen Wetterverhältnisse keine entsprechende Beobachtung gewinnen.