Quelle: WWU (upm/kk) 14. September 2023.

14. September 2023 – Seit dem 20. Oktober 2018 ist das Raumschiff BepiColombo auf dem Weg zum Merkur. Mit an Bord ist das Infrarot-Spektrometer „MERTIS“, das ein Planetologen-Team um Prof. Dr. Harald Hiesinger von der Universität Münster mit dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Berlin und Industriepartnern über viele Jahre entwickelt hat. Die Mission hat das Ziel, den sonnennahsten Planeten zu erkunden und Hinweise auf seine Geschichte sowie zur Entstehung des Sonnensystems zu liefern. Im September tagt das internationale Forschungsteam in Münster, um sich über den Stand der Mission auszutauschen. Kathrin Kottke sprach mit Harald Hiesinger über die Rolle der Universität Münster bei dieser jahrelangen Reise ins Weltall.

Seit über vier Jahren ist das Raumschiff BepiColombo im All unterwegs. Ende 2025 soll es in die Merkur-Umlaufbahn eindringen und damit seine finale Destination erreichen. Warum ausgerechnet zum Merkur?
Harald Hiesinger: Der Merkur ist ein Planet der Extreme, über den wir bislang wenig wissen, der uns aber sehr viel über die Entstehung unseres Sonnensystems verraten kann. Er umkreist die Sonne in einer Entfernung von ‚nur‘ 58 bis 69 Millionen Kilometern. Zum Vergleich: Bei der Erde beläuft sich die Distanz auf rund 150 Millionen Kilometer. Die Oberfläche der Merkurs erreicht daher Temperaturen von bis zu 430 Grad Celsius. Dennoch existieren vermutlich Krater, deren Böden aufgrund des Orbits im permanenten Schatten liegen und Temperaturen von bis zu minus 170 Grad Celsius aufweisen. Zudem ist er der kleinste Planet in unserem Sonnensystem, wobei er eine sehr hohe Dichte hat – was auf schweres Material im Inneren schließen lässt, etwa Eisen oder Nickel. Wegen seiner Nähe zur Sonne, kann er von der Erde aus nur schwer beobachtet werden. Wir erhoffen uns von der BepiColombo-Mission neue Erkenntnisse.

Mit an Bord ist das von Ihnen über viele Jahre entwickelte MERTIS-Instrument. Was genau ist das für ein Gerät?
Harald Hiesinger: MERTIS steht für ‚Mercury Radiometer and Thermal Infrared Spectrometer‘, ein miniaturisiertes Infrarotspektrometer, das nur circa 37 Zentimeter lang und 20 Zentimeter breit ist und ein Gewicht von etwas mehr als drei Kilogramm hat. Die hochkomplexe Technik musste in kleinster Feinarbeit zusammengesetzt werden und extremen Bedingungen standhalten – etwa dem Start der Rakete, das Durchdringen der Erdatmosphäre sowie der kosmischen und extremen Sonnenstrahlung.

Wie funktioniert das Gerät?
Harald Hiesinger: MERTIS nutzt die emittierte Wärmestrahlung, das sogenannte thermische Infrarot, um Informationen über die Oberfläche des Planeten zu erhalten, etwa über die gesteinsbildenden Minerale. Die räumliche Auflösung beträgt dabei global etwa 500 Meter. Dadurch können wir die mineralogische Zusammensetzung der Merkuroberfläche sowie die gesteinsbildenden Minerale untersuchen. Gleichzeitig wird das integrierte Mikro-Radiometer die Temperatur und die thermische Leitfähigkeit messen. Wir wollen insbesondere Daten zur vulkanischen und tektonischen Evolution des Planeten und zu seiner Impaktgeschichte – also Einschläge von Himmelskörpern auf dem Merkur – sammeln und auswerten.

Gab es Probleme beim Zusammenbau oder während der bisherigen Zeit im All?
Harald Hiesinger: Beim Bau, der im DLR in Berlin erfolgte, mussten wir Teile immer mal wieder austauschen und neu justieren. Auch den Härtetest auf einer Rüttelplatte hat MERTIS zunächst nicht überstanden, weil das Material an einigen Stellen gebrochen ist. Nachdem die Probleme behoben waren und viele Komponenten doppelt verbaut wurden – falls zum Beispiel ein Netzteil ausfällt – wurde MERTIS mit den anderen Instrumenten an das Raumschiff gebaut. Im Weltraum ist bislang alles ohne größere Probleme verlaufen. Wir wissen auf die Sekunde genau, wo sich das Raumschiff befindet und wie es ihm geht. Beim Start der Ariane-5-Rakete in Kourou in Französisch-Guayana ist mir aber nochmal kurz das Herz stehen geblieben.

Was ist denn passiert?
Harald Hiesinger: Ich hatte die große Ehre, beim Start der Mission live vor Ort zu sein. In etwa fünf Kilometer Entfernung sahen wir, wie die Trägerrakete zündete. Da es schon dunkel war, nahmen wir zunächst nur einen großen Feuerball wahr, und es wirkte, als sei die Rakete explodiert. Zum Glück war dem nicht so. Kurze Zeit später erwischte mich die Druckwelle mit voller Wucht. Bei der Zündung wird eine gewaltige Energie freigesetzt. Das war ein Gänsehautmoment…

… den Sie vermutlich nicht so schnell vergessen werden!
Harald Hiesinger: Nein, sicherlich nicht. Für mich und meinem Kollegen Dr. Jörn Helbert vom DLR in Berlin, ist ein großer Traum in Erfüllung gegangen, Teil dieser Mission zu sein. Nun hoffen wir alle, dass die Mission erfolgreich weiterläuft und wir unsere Daten ab dem 5. Dezember 2025 erhalten – das ist der Zeitpunkt, an dem BepiColombo in die rund 430 bis 1.500 Kilometer von der Planetenoberfläche entfernte Umlaufbahn eintritt.

Im September findet die BepiColombo-Tagung in Münster statt. Wer kommt hier zusammen?
Harald Hiesinger: Wir erwarten Gäste aus Japan und ganz Europa – alle Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler, die an BepiColombo beteiligt sind. Besonders wichtig ist mir, dass Studierende an der Tagung teilnehmen, sich mit den Experten vernetzen und Teil dieses Forschungsabenteuers werden. Immerhin werden sie zukünftig solche Missionen leiten und begleiten. Die Tagung in Münster ist eine tolle Gelegenheit für den Nachwuchs mit den führenden Experten der BepiColombo-Mission ins Gespräch zu kommen.

Über welche Themen werden Sie sprechen?
Harald Hiesinger: Wie es dem Raumschiff geht, ob technisch alles funktioniert und ob wir im Zeitplan sind. Zudem tauschen wir uns über die Daten aus, die bereits gesammelt wurden – beispielweise bei den Vorbeiflügen an Erde, Venus und Merkur. Und auch zukünftige Strategien für den Betrieb des Raumschiffs und die exakte Durchführung der Mission werden diskutiert.

Informationen zur BepiColombo Mission
Die BepiColombo Mission ist ein Gemeinschaftsprojekt der ESA (European Space Agency) und der JAXA (Japan Aerospace Exploration Agency). Sie ist bis jetzt die dritte unbemannte wissenschaftliche Mission zum Merkur – benannt ist sie nach dem italienischen Mathematiker und Ingenieur Giuseppe Colombo (1920 – 1984), dessen Spitzname „Bepi“ lautet. Die Flugzeit beträgt bis zum Erreichen der Zielorbits etwa sieben Jahre. Während der „Reise“ wird die Stromversorgung über große Solarzellen sichergestellt. Die Kommunikation wird mit einer Hochleistungsantenne (high gain antenna, HGA) sowie einer Mittelleistungsantenne (medium gain antenna, MGA) aufrechterhalten. Sämtliche Kommunikation zwischen der Raumsonde und der Erde findet mittels TM/TC statt (Telemetrie/Telekommando, telemetry/telecommand) statt.

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• BepiColombo auf Ariane 5 ECA

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Quelle: Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung 18. Juli 2023.

18. Juli 2023 – Die Polarlichter des Merkurs sind nicht wie die der Erde mit dem bloßen Auge sichtbar, sondern strahlen ausschließlich Röntgenlicht aus. In der heutigen Ausgabe der Fachzeitschrift Nature Communications beschreibt eine Forschergruppe, zu der auch Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung in Göttingen zählen, wie Sonnenwind-Elektronen auf dem Planeten prasseln und so das hochenergetische Leuchten auslösen. Dafür wertete das Team Daten aus, welche die europäisch-japanische Raumsonde BepiColombo bei ihrem Vorbeiflug am Merkur Anfang Oktober 2021 aufgenommen hatte. Die Auswertungen zeichnen erstmals detailliert nach, wie die Polarlichter des sonnennächsten Planeten entstehen. Zudem legen die Daten nahe, dass trotz unterschiedlichster Bedingungen im Sonnensystem, Polarlichter immer auf denselben Prozess zurückzuführen sind.

Neben der Erde schmücken sich auch andere Planeten im Sonnensystem mit einem auffälligen Leuchten über ihren Polarregionen. Die gewaltigen Polarlichter des Jupiters etwa erstrecken sich über eine Fläche mit einem Durchmesser von mehr als 40.000 Kilometern. Dass am Nord- und Südpol des Merkurs extrem energiereiche Röntgenpolarlichter auftreten können, hatten bereits die amerikanischen Raumsonden Mariner 10 in den 70er Jahren des vergangenen Jahrhunderts und MESSENGER in der Zeit von 2011 bis 2015 beobachtet. Wie auf der Erde lösen geladene Teilchen des Sonnenwinds, die im Magnetfeld des Planeten eingefangen werden, das Phänomen aus. Während auf der Erde die Sonnenwind-Teilchen jedoch auf die Atmosphäre treffen und dort Moleküle ionisieren, bietet der Merkur keine solch schützende Hülle. Ihn umgibt nur eine so genannte Exosphäre, eine ausgesprochen dünne Gasschicht. Die Sonnenwindteilchen treffen deshalb direkt auf die Oberfläche des Planeten.

Vorbeiflug mit guter Sicht
„Wie genau die Polarlichter des Merkurs entstehen, war bisher nicht geklärt“, so MPS-Wissenschaftler Dr. Markus Fränz, Koautor der aktuellen Studie und Mitglied im Team des BepiColombo-Instruments Mercury Plasma Particle Experiment (MPPE). Die Flugbahnen von Mariner 10 und MESSENGER ließen lediglich einen Blick auf die Nordhalbkugel des Planeten zu. Zudem konnten beide Missionen nicht die Elektronen in der Umgebung des Merkurs untersuchen. Ein vollständiges Bild des Entstehungsprozesses konnte sich so nicht ergeben. Die neuen Messdaten von BepiColombo schaffen nun eine völlig neue Situation.

Im Oktober 2018 startete die Merkursonde BepiColombo ins All und wird 2025 in eine Umlaufbahn um den Merkur einschwenken. Bis zur Ankunft stehen insgesamt sechs Vorbeiflüge am Zielplaneten im Missionsplan; der erste ereignete sich im Oktober 2021. Aus einer Entfernung von etwa 200 Kilometern hatte dabei das Instrument MPPE Gelegenheit, Verteilung und Energien der Teilchen in der Umgebung des Merkur genau zu bestimmen. Das Instrument besteht aus mehreren Sensoren, von denen jeder auf Teilchen einer bestimmten Sorte und Geschwindigkeit spezialisiert ist. Das MPS hat zu Entwicklung und Bau des Massenspektrometers von MPPE beigetragen.

Ein „Regen“ aus Elektronen
Beim Vorbeiflug vor 21 Monaten konnte MPPE erstmals Messungen über der nördlichen Nachtseite sowie erstmals über der Tagseite der Südhalbkugel durchführen und so die Struktur der Magnetosphäre, des Einflussbereichs des planetaren Magnetfeldes, und ihrer Grenze, der Magnetopause, bestimmen. Wie bei der Erde ist die Merkur-Magnetosphäre auf der sonnenabgewandten Seite zu einem langen Schwanz verzerrt; auf der sonnenzugewandten Seite zeigte sie sich stark gestaucht. „Der Sonnenwind muss zum Zeitpunkt der Messungen besonders kräftig gewesen sein“, folgert MPS-Wissenschaftler Dr. Norbert Krupp, ebenfalls Koautor der Studie und Mitglied des MPPE-Teams.

Zudem konnte MPPE den Entstehungsprozess der Merkur-Polarlichter genau nachverfolgen. Aus dem Schwanz der Magnetosphäre kommend bewegen sich hochenergetische Elektronen entlang der Magnetfeldlinien auf den Planeten zu. Dort „regnen“ sie auf ihn hinunter und wechselwirken so an den Polen mit dem Material an seiner Oberfläche. Dabei werden Moleküle ionisiert, die ihrerseits als Folge hochenergetische Röntgenstrahlung abstrahlen.

„Zum ersten Mal konnten wir beobachten, wie Elektronen in der Magnetosphäre des Merkurs beschleunigt und auf die Planetenoberfläche geschleudert werden. Obwohl die Magnetosphäre des Merkurs viel kleiner ist als die der Erde und eine andere Struktur und Dynamik aufweist, haben wir die Bestätigung, dass der Mechanismus, der Polarlichter erzeugt, im gesamten Sonnensystem der gleiche ist“, so Erstautorin Dr. Sae Aizawa vom Institut de Recherche en Astrophysique et Planétologie im französischen Toulouse. Seit Kurzem forscht die Wissenschaftlerin am Institute of Space and Astronautical Science der japanischen Weltraumbehörde JAXA und an der Universität von Pisa in Italien.

In den nächsten Jahren wir BepiColombo noch dreimal dicht am Merkur vorbeifliegen. Die nächste Begegnung ist für September nächsten Jahres (2024) geplant.

Originalveröffentlichung
Sae Aizawa et al.: Direct evidence of substorm-related impulsive injections of electrons at Mercury, Nature Communications, 18. Juli 2023, dx.doi.org/10.1038/s41467-023-39565-4,
https://www.nature.com/articles/s41467-023-39565-4,
pdf: https://www.nature.com/articles/s41467-023-39565-4.pdf.

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• BepiColombo auf Ariane 5 ECA

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Quelle: ESA.

28. September 2021 – Nach dem letzten Vorbeiflug an der Venus im August steht am 1. Oktober um 23:34 Uhr UTC (2. Oktober um 01:34 Uhr MESZ) die nächste spannende Begegnung mit dem Merkur an. Die Raumsonde wird in einer Höhe von etwa 200 km an dem Planeten vorbeifliegen und dabei Bilder und wissenschaftliche Daten erfassen, die den Wissenschaftlern einen ersten Vorgeschmack auf die Hauptmission geben werden.

Die Mission besteht aus zwei wissenschaftlichen Orbitern, die im Jahr 2025 mit dem Merkur-Transfermodul in komplementäre Umlaufbahnen um den Planeten gebracht werden sollen. Der von der ESA geleitete Merkur-Planetenorbiter und der von der JAXA geleitete Merkur-Magnetosphären-Orbiter, Mio, werden alle Aspekte dieses geheimnisvollen inneren Planeten untersuchen, von seinen Prozessen im Kern bis zu seiner Oberfläche, dem Magnetfeld und der Exosphäre, um die Entstehung und Entwicklung eines Planeten in der Nähe seines Muttersterns besser zu verstehen.

BepiColombo wird insgesamt neun Vorbeiflüge an Planeten absolvieren: einen an der Erde, zwei an der Venus und sechs am Merkur, um zusammen mit dem solarelektrischen Antriebssystem der Sonde in die Merkurumlaufbahn zu gelangen.

Vorbereitung auf die Merkur-Mission
Vorbeiflüge unter Ausnutzung der Gravitation erfordern eine äußerst präzise Navigation im Weltraum, um sicherzustellen, dass sich die Sonde auf der richtigen Flugbahn befindet.

Eine Woche nach dem letzten Vorbeiflug von BepiColombo am 10. August wurde ein Korrekturmanöver durchgeführt, um die Sonde für diesen ersten Vorbeiflug am Merkur in einer Höhe von 200 km etwas besser auszurichten. Gegenwärtig wird der Vorbeiflug am innersten Planeten in 198 km Höhe vorhergesagt, und kleine Anpassungen können nach dem Vorbeiflug mit Hilfe des solarelektrischen Antriebs leicht vorgenommen werden.

Da BepiColombo mehr als 100 Millionen Kilometer von der Erde entfernt ist und das Licht 350 Sekunden (etwa sechs Minuten) braucht, um sie zu erreichen, ist es keine leichte Aufgabe, das Ziel bis auf zwei Kilometer genau zu treffen.

„Es ist unseren bemerkenswerten Bodenstationen zu verdanken, dass wir die Position unserer Sonde so genau kennen. Mit diesen Informationen weiß das Team für Flugdynamik im ESOC genau, wie viel wir manövrieren müssen, um an der richtigen Stelle für die Gravitationshilfe von Merkur zu sein“, erklärt Elsa Montagnon, Spacecraft Operations Manager für die Mission.

„Wie so oft wurde die Flugbahn unserer Mission so sorgfältig geplant, dass für den bevorstehenden Vorbeiflug keine weiteren Korrekturmanöver zu erwarten sind. BepiColombo ist auf Kurs.“

Erster Anblick von Merkur
Während der Vorbeiflüge ist es nicht möglich, hochauflösende Bilder mit der Hauptkamera aufzunehmen, da diese während des Vorbeiflugs durch das Transfermodul verdeckt wird. Zwei der drei Überwachungskameras (MCAMs) von BepiColombo werden jedoch ab etwa fünf Minuten nach dem Zeitpunkt der dichten Annäherung und bis zu vier Stunden danach Bilder aufnehmen. Da BepiColombo auf der Nachtseite des Planeten ankommt, sind die Bedingungen nicht ideal, um Bilder direkt bei der größten Annäherung aufzunehmen. Daher wird das nächste Bild aus einer Entfernung von etwa 1000 km aufgenommen.

Das erste Bild, das per Downlink gesendet wird, wird etwa 30 Minuten nach der größten Annäherung aufgenommen und wird voraussichtlich am Samstagmorgen gegen 08:00 Uhr MESZ für die Öffentlichkeit verfügbar sein. Die Bilder der dichten Annäherung und die nachfolgenden Bilder werden im Laufe des Samstagmorgens nacheinander übertragen.

Die Kameras liefern Schwarz-Weiß-Schnappschüsse in einer Auflösung von 1024 x 1024 Pixeln und sind auf dem Merkur-Transfermodul so positioniert, dass sie auch die Solaranlagen und Antennen der Raumsonde erfassen. Da die Sonde während des Vorbeiflugs ihre Ausrichtung ändert, wird der Merkur hinter den Strukturelementen der Sonde vorbeiziehen.

Grundsätzlich wird MCAM-2 in Richtung der nördlichen Hemisphäre des Merkurs zeigen, während MCAM-3 in Richtung der südlichen Hemisphäre zeigen wird. Während der halben Stunde nach der dichten Annäherung werden die Bilder abwechselnd von den beiden Kameras aufgenommen. Später werden die Aufnahmen von MCAM-3 gemacht.

Bei den Aufnahmen aus nächster Nähe sollte es möglich sein, große Einschlagkrater auf der Oberfläche des Planeten zu erkennen. Die Oberfläche von Merkur ist mit Kratern übersät, ähnlich wie der Erdmond, was die 4,6 Milliarden Jahre alte Geschichte des Planeten belegt. Die Kartierung der Merkuroberfläche und die Analyse ihrer Zusammensetzung werden den Wissenschaftlern helfen, mehr über seine Entstehung und Entwicklung zu erfahren.

Obwohl BepiColombo für die Vorbeiflüge eine „aufeinander gesteckte“ Flugkonfiguration hat, werden einige der wissenschaftlichen Instrumente auf beiden Planetenorbitern betrieben werden können, was einen ersten Eindruck von der magnetischen, Plasma- und Teilchenumgebung des Planeten vermitteln wird.

„Wir freuen uns sehr auf die ersten Ergebnisse aus Messungen, die so nahe an der Oberfläche des Merkurs durchgeführt wurden“, sagt Johannes Benkhoff, Projektwissenschaftler für BepiColombo bei der ESA. „Als ich im Januar 2008 meine Arbeit als Projektwissenschaftler an BepiColombo aufnahm, nahm die NASA-Mission MESSENGER ihren ersten Vorbeiflug an Merkur vor. Jetzt sind wir an der Reihe. Das ist ein fantastisches Gefühl!“

Zur Feier des Namensgebers von BepiColombo
Der bevorstehende erste Merkurvorbeiflug fällt auf den 101. Geburtstag von Giuseppe „Bepi“ Colombo (2. Oktober 1920 – 20. Februar 1984), einem italienischen Wissenschaftler und Ingenieur, nach dem die BepiColombo-Mission benannt ist. Colombo erkannte, dass die Schwerkraft eines Planeten durch die sorgfältige Wahl des Vorbeiflugpunkts einer Raumsonde beim Vorbeiflug an einem Planeten dieser zu weiteren Vorbeiflügen verhelfen kann. Seine interplanetaren Berechnungen ermöglichten es der NASA-Raumsonde Mariner 10, drei Vorbeiflüge am Merkur statt einem durchzuführen, indem sie einen Vorbeiflug an der Venus nutzte, um die Flugbahn der Sonde zu ändern. Dies war die erste von vielen Raumsonden, die ein solches Manöver, das von der Schwerkraft unterstützt wurde, nutzten.

Nach der Mission von Mariner 10 in den Jahren 1974-75 flog die NASA-Raumsonde MESSENGER in den Jahren 2008-09 dreimal am Merkur vorbei und umkreiste den Planeten vier Jahre lang (2011-2015). Die BepiColombo-Mission wird auf den Erfolgen ihrer Vorgänger aufbauen und das bisher beste Verständnis des innersten Planeten des Sonnensystems liefern.

Den Vorbeiflug verfolgen
Folgen Sie auf dem Kurznachrichtendienst Twitter @Esaoperations und @bepicolombo zusammen mit @ESA_Bepi, @ESA_MTM und @JAXA_MMO für Updates.

Das erste Bild wird voraussichtlich am frühen Samstagmorgen des 2. Oktober (wahrscheinlich um 08:00 Uhr MESZ) veröffentlicht; weitere Bilder können im Laufe des Tages am Samstag und/oder Montag, dem 4. Oktober, veröffentlicht werden. In der Woche nach dem Vorbeiflug werden möglicherweise zusätzliche wissenschaftliche Kommentare veröffentlicht werden. Die Zeiten können sich je nach den tatsächlichen Ereignissen auf der Raumsonde und der Verfügbarkeit der Bilder ändern.

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• BepiColombo auf Ariane 5 ECA

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Quelle: ESA.

Die BepiColombo-Raumsonde startete im Jahr 2018 ins All und befindet sich auf einer siebenjährigen Reise zum kleinsten und sonnennächsten Planeten, der um die Sonne kreist. Die Erforschung des Merkurs verspricht wichtige Hinweise auf die Bildung und Entwicklung des gesamten Sonnensystems.

Das heutige Manöver war der erste von insgesamt neun Vorbeiflügen an Planeten. Es wird, zusammen mit dem solarelektrischen Ionenantrieb von BepiColombo, der Raumsonde dabei helfen, ihren Zielorbit um den Merkur zu erreichen. Die nächsten zwei Vorbeiflüge finden an der Venus statt, woraufhin sechs weitere um den Merkur herum durchgeführt werden.

Während des Manövers wurde die Gravitation der Erde genutzt, um die Flugbahn der Raumsonde anzupassen. Ein aktives Eingreifen, etwa das Zünden der Triebwerke, war hierfür zwar nicht notwendig, dennoch umfasste der Vorbeiflug 34 kritische Minuten – und zwar kurz nach BepiColombos größter Annäherung an unseren Planeten, als die Raumsonde durch den Schatten der Erde flog.

„Diese Eklipse war der heikelste Abschnitt des Manövers. Die Raumsonde durchflog den Schatten unseres Heimatplaneten und wurde zum ersten Mal seit ihrem Start nicht mit direktem Sonnenlicht versorgt“, sagt Elsa Montagnon, Leiterin des BepiColombo-Flugkontrollteams bei der ESA.

Zur Vorbereitung auf diese planmäßige Verdunkelungsphase hatten die Verantwortlichen die Batterien der Raumsonde vollständig aufgeladen sowie sämtliche Komponenten im Voraus auf Betriebstemperatur gebracht. Während der Eklipse selbst, zwischen 07:01 und 07:35 MESZ, wurde die Temperatur der Bordsysteme genauestens überwacht.

„Es ist immer sehr aufregend, zu wissen, dass die Solarpaneele gerade kein Sonnenlicht auffangen. Als wir dann sahen, wie die Solarpaneele wieder hochfuhren, um Strom zu erzeugen, wussten wir, dass BepiColombo den Erdschatten endlich hinter sich gelassen hatte und nun bereit war, die interplanetare Reise fortzusetzen“, so Montagnon weiter.

Weltraumoperationen sind im ESA-Satellitenkontrollzentrum in Darmstadt zwar niemals Routineangelegenheiten, aber der heutige Vorbeiflug hatte eine zusätzliche Herausforderung in petto. Das Manöver, das schon lange im Voraus programmiert worden war und nicht verschoben werden konnte, musste mit reduzierter Mitarbeiteranzahl vor Ort durchgeführt werden – ein Resultat der von der ESA beschlossenen Maßnahmen im Zuge der derzeitigen Coronavirus-Pandemie. Trotz dieser Einschränkungen wurde der Vorbeiflug erfolgreich absolviert.

Während BepiColombo an unserem Heimatplaneten vorbeisauste, waren die meisten wissenschaftlichen Instrumente an Bord des ESA-Merkur-Planetenorbiters (Mercury Planetary Orbiter, kurz MPO) – eine der beiden wissenschaftlichen Raumsonden, die Bestandteil dieser Mission sind – eingeschaltet. Darüber hinaus waren einige der Sensoren der zweiten Missionskomponente, nämlich des JAXA-Magnetosphärenorbiters (Mercury Magnetospheric Orbiter, kurz MIO), aktiviert.

Wissenschaftler werden nun die während des Vorbeiflugs gesammelten Daten, darunter Fotografien des Mondes und Messungen des Erdmagnetfelds, nutzen, um die Instrumente zu kalibrieren. Diese werden ab 2026 den Merkur untersuchen und sollen dazu beitragen, das Rätsel um die Entstehung dieses „verbrannten“ Planeten zu lösen.

„Vor einigen Monaten hätte natürlich noch niemand erahnen können, unter welchen Umständen die heutige Operation stattfinden würde“, sagt Johannes Benkhoff, ESA-Projektwissenschaftler für BepiColombo, der das Manöver von seinem Zuhause in den Niederlanden aus verfolgte – wie zahlreiche andere Wissenschaftler der 16 Instrumententeams der Mission auch. Diese sind derzeit über ganz Europa und Japan verstreut.

„Wir sind alle hocherfreut, dass der Vorbeiflug geklappt hat und wir währenddessen mehrere wissenschaftliche Instrumente in Betrieb hatten. Nun sind wir gespannt auf die Daten und deren Analyse, die auch sehr nützlich für die Vorbereitung des nächsten Manövers sein werden: Im Oktober fliegt BepiColombo nämlich an der Venus vorbei.“

„Japan hat ein großes Interesse an der BepiColombo-Mission. Deshalb blicken wir nun, nach dem erfolgreichen Vorbeiflug, mit Freude den wissenschaftlichen Operationen an Venus und Merkur entgegen“, sagt Go Murakami, BepiColombo-Projektwissenschaftler bei der JAXA.

Unser Zuhause aus dem Weltraum betrachtet – Bilder der Erde
Die Kameras auf BepiColombo haben eine Reihe von Bildern von unserem Heimatplaneten aufgenommen – und zwar am 9. April, vor dem Vorbeiflug, und dann erneut heute, kurz vor Ende des Manövers. Die Fotografien zeigen die Erde in einer Zeit, die für die Menschen in Europa und weltweit äußerst schwierig ist.

„Diese Selfies aus dem All erfüllen mich mit Demut. Sie zeigen unseren Planeten, unser gemeinsames Zuhause, in einer Periode, die für viele von uns die beunruhigendste und unsicherste ist, die wir jemals erlebt haben“, sagt Günther Hasinger, ESA-Direktor für Wissenschaft, der das Manöver ebenfalls von seinem Zuhause aus (in Spanien) mitverfolgte.

„Wir sind Wissenschaftler, die Raumfahrzeuge in den Weltraum bringen, um unser Sonnensystem zu entdecken und das Universum zu erforschen – damit wir irgendwann verstehen, wie unser Kosmos entstanden ist. Aber wir sind vor allem Menschen, die sich um ihre Mitmenschen sorgen und gemeinsam mit dieser globalen Notlage umgehen. Wenn ich diese Bilder betrachte, dann muss ich daran denken, wie stark und widerstandsfähig die Menschheit ist, welche Herausforderungen wir bereits gemeinsam gemeistert haben. Ich hoffe, dass sie auch Ihnen ein kleines bisschen Hoffnung für die Zukunft bringen.“

Livestream am 10. April um 17:00 MESZ
Verfolgen Sie am 10. April um 17:00 MESZ über ESA Web TV einen Livestream mit ESA-Missionsexperten und -Wissenschaftlern aus einigen der Instrumententeams. Diese werden über den Vorbeiflug sprechen und die von den unterschiedlichen Instrumenten aufgezeichneten Daten präsentieren: https://watch.esa.int/

Updates zu den beim Vorbeiflug gesammelten wissenschaftlichen Daten sowie zu den Bildern, die die BepiColombo-Kameras aufnehmen werden, während sich die Raumsonde am 10. und 11. April von der Erde entfernt, erhalten Sie auf Twitter: @ESA_Bepi, @ESA_MTM und @BepiColombo.

Über BepiColombo
BepiColombo ist die erste europäische Mission zum Merkur. Die Raumsonde startete am 20. Oktober 2018 in den Weltraum und befindet sich auf einer siebenjährigen Reise zum kleinsten und am wenigsten erforschten erdähnlichen Planeten in unserem Sonnensystem. Die Mission ist ein von der ESA geleitetes Gemeinschaftsprojekt zwischen der ESA und der japanischen Raumfahrtbehörde JAXA. BepiColombo umfasst zwei wissenschaftliche Orbiter: den Merkur-Planetenorbiter der ESA (MPO) und den Magnetosphärenorbiter der JAXA (MIO). Nach der Ankunft am Merkur Ende 2025 müssen 15 zusätzliche Manöver durchgeführt werden, um die beiden Orbiter in ihre vorgesehenen Polarbahnen zu bringen. Anfang 2026 sollen die wissenschaftlichen Operationen beginnen. Dann werden die beiden Orbiter auf einer einjährigen nominalen Mission, die um ein weiteres Jahr verlängert werden kann, Daten sammeln. Die Mission wurde nach dem italienischen Mathematiker und Ingenieur Giuseppe (Bepi) Colombo benannt (1920-84).

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• BepiColombo auf Ariane 5 ECA

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Quelle: MPS.

Auf ihrer insgesamt siebenjährigen Reise zum sonnennächsten Planeten Merkur erreicht die europäisch-japanische Raumsonde BepiColombo am kommenden Karfreitag, 10. April, einen wichtigen Meilenstein. Durch einen nahen Vorbeiflug an der Erde ändert sie ihre Flugbahn und dringt so tiefer ins Zentrum des Sonnensystems vor. Während des Manövers werden einige der insgesamt 16 Messinstrumente eingeschaltet, darunter auch zwei, zu denen das Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung (MPS) in Göttingen beigetragen hat. Während das Kontrollzentrum der ESA in Darmstadt den Vorbeiflug wegen der aktuellen Corona-Krise mit reduzierter Besetzung durchführt, verfolgen die MPS-Wissenschaftler die Ereignisse – anders als sonst – aus dem Homeoffice.

Nur 12.700 Kilometer werden BepiColombo am 10. April um 6.25 Uhr von der Erde trennen. Ziel der kosmischen Begegnung ist es, die Merkursonde abzubremsen und ihre Flugbahn auf diese Weise so zu krümmen, dass sie auf engere Umlaufbahnen um die Sonne einschwenkt. Nach acht weiteren Vorbeiflügen dieser Art, davon zunächst zwei an der Venus und dann sechs am Merkur selbst, erreicht BepiColombo Ende 2025 die angestrebte Umlaufbahn um ihren Zielplaneten.

Den beteiligten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern bietet der bevorstehende Vorbeiflug schon jetzt eine wichtige Gelegenheit, ihre Instrumente im realistischen Messbetrieb zu testen. Bereits nach dem Start der Mission im Oktober 2018 wurden die 16 Messinstrumente nach und nach in Betrieb genommen. „Messungen im interplanetaren Raum bieten jedoch nur teilweise Bedingungen, die mit dem späteren Einsatz am Merkur vergleichbar sind“, erklärt Dr. Norbert Krupp vom MPS, der zu den Teams der Instrumente MPPE (Mercury Plasma Particle Experiment) und SERENA (Search for Exospheric Refilling and Emitting Natural Abundances Experiment) gehört. „Echte“ Messdaten ergeben sich nun erstmals beim Erdvorbeiflug. Bereits am Abend des Gründonnerstags, 9. April, beginnt das Manöver; am frühen Morgen des Karsamstags ist es abgeschlossen.

Um die Ansteckungsgefahr für ihre Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter in der aktuellen Corona-Krise zu minimieren und die deshalb gebotenen Mindestabstände zwischen Personen einzuhalten, steuert die ESA den Vorbeiflug aus ihrem Kontrollzentrum in Darmstadt mit einer kleineren Mannschaft als sonst. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der einzelnen Instrumenten-Teams, die üblicherweise bei solchen Manövern die Messungen ihres Instrumentes ebenfalls im Kontrollzentrum begleiten, reisen dieses Mal nicht an. „Den Vorbeiflug vor Ort in Darmstadt zu verfolgen, wäre natürlich ein besonderes Ereignis gewesen“, so Dr. Markus Fränz vom MPS, ebenfalls Teammitglied von SERENA und MPPE. „Aber in der aktuellen Ausnahmesituation geht es auch anders.“ Die Befehle für die jeweiligen Messinstrumente sind bereits programmiert, Änderungen während des Fluges nicht vorgesehen.

Forscher des MPS tragen zu insgesamt vier der 16 Instrumente bei, von denen allerdings nicht alle beim Vorbeiflug zum Einsatz kommen. Grund dafür ist die Konfiguration während des siebenjährigen Anflugs zum Merkur. BepiColombo besteht aus zwei autonomen Sonden, dem europäischen Mercury Planetary Orbiter (MPO) und dem japanischen Mercury Magnetospheric Orbiter (MMO, auch genannt Mio), die derzeit huckepack und auf einander gestapelt auf dem sogenannten Transfermodul reisen. Die obere Sonde MMO umgibt zudem ein Sonnenschutzschild. Am Merkur angekommen werden sich beide Sonden vom Transfermodul und voneinander trennen und dann den Planeten auf jeweils eigenen Flugbahnen umrunden.

Derzeit ist die Sicht einiger Instrumente jedoch verstellt oder zumindest stark eingeschränkt. Die Instrumente MIXS (Mercury Imaging X-Ray Spectrometer) und BELA (BepiColombo Laser-Altimeter) etwa, die das MPS mitentwickelt hat, befinden sich an der Unterseite von MPO. Diese ist in der aktuellen Konfiguration mit dem Transfermodul verbunden, so dass keines der Instrumente Messungen durchführen kann. Besser ergeht es den Instrumenten MPPE und SERENA. MPPE, für den das MPS das Massenspektrometer MSA (Mass Spectrum Analyzer) entwickelt hat, gehört zur wissenschaftlichen Nutzlast der japanischen Sonde MMO und thront somit sozusagen ganz oben auf dem Raumsonden-Stapel aus Transfermodul, MPO und MMO. Allerdings schränkt der Sonnenschutzschild die Sicht ein. Die Ionenkamera PICAM (Planetary Ion Camera) des Experimentes SERENA genießt von der Oberseite des MPO einen unverstellten Rundumblick.

Beide Instrumente sollen am Merkur die geladenen, hochenergetischen Teilchen untersuchen, die im Magnetfeld des Planeten gefangen sind. Neben der Erde ist der Merkur der einzige erdähnliche Planet, der ein Magnetfeld besitzt. Allerdings fällt es um einen Faktor 130 bis 340 schwächer aus als das irdische Feld. Eine weitere Besonderheit: Während starker Sonnenaktivität wird die Magnetosphäre zeitweise so stark zusammengedrückt, dass große Teile der Planetenoberfläche direkt dem Sonnenwind ausgesetzt sind. Durch diesen Sonnenwindbeschuss werden Sauerstoff-, Natrium-, Magnesium- und Calziumionen von der Oberfläche freigesetzt und gelangen in die Magnetosphäre des Planeten.

„Der bevorstehende Erdvorbeiflug bietet unseren Instrumenten völlig andere Bedingungen als der Betrieb am Merkur“, so SERENA- und MPPE-Teammitglied Dr. Harald Krüger vom MPS. So sind etwa die geladenen Teilchen im Strahlungsgürtel, dem Torus hochenergetischer Teilchen um die Erde, deutlich energiereicher und konzentrierter als es am Merkur zu erwarten ist. SERENA und MPPE sind zum Teil für diese extremen „Arbeitsbedingungen“ nicht ausgelegt. Um die Instrumente beim Flug durch den Strahlungsgürtel nicht zu schädigen, werden sie deshalb in dieser Phase ausgeschaltet.

Die anderen Abschnitte des Vorbeifluges jedoch werden genutzt. Da die Eigenschaften der irdischen Magnetosphäre von anderen Forschungssatelliten bereits gut untersucht sind, bieten die Messdaten die Möglichkeit, die Instrumente vor der Ankunft am Merkur unter Weltraumbedingungen zu kalibrieren. Der nächste Vorbeiflug, dann an der Venus, steht bereits im Oktober dieses Jahres an.

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Quelle: DLR.

Raumfahrt ist Maßarbeit in höchster Präzision: In den frühen Morgenstunden am Karfreitag, dem 10. April, fliegt die ESA-Raumsonde BepiColombo mit über 30 Kilometern pro Sekunde von der Tagseite kommend auf die Erde zu. Sie wird um 6.25 Uhr MESZ über dem Südatlantik in 12.677 Kilometer Höhe den Punkt der größten Annäherung passieren und dadurch auf der Nachtseite weiter in Richtung inneres Sonnensystem fliegen, nun etwas langsamer, als sie angekommen ist.

Für Planetenforscher und Ingenieure am Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) und dem Institut für Planetologie der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster eine einmalige Gelegenheit zu einem besonderen Experiment am Erdtrabanten: Ohne Störungen durch die Erdatmosphäre wird die von der Sonne angestrahlte Vorderseite des Mondes mit dem am DLR entwickelten und gebauten Spektrometer MERTIS (Mercury Radiometer and Thermal Infrared Spectrometer) schon am 9. April erstmals in den Wellenlängen des thermalen Infrarot beobachtet und auf ihre mineralogische Zusammensetzung untersucht. Am Merkur wird MERTIS die Zusammensetzung und die Mineralogie der Oberfläche und das Planeteninnere des Merkur untersuchen. Die wissenschaftliche Auswertung der Daten wird dann gemeinsam an den beteiligten Instituten in Münster, Berlin, Göttingen und Dortmund sowie mehreren europäischen und amerikanischen Standorten stattfinden.

Das sogenannte Flyby-Manöver an der Erde dient vor allem dazu, BepiColombo ohne den Einsatz von Treibstoff ein wenig abzubremsen, um die Raumsonde auf einen Kurs zur Venus zu bringen. Während die Sonde auf ihrer spiralförmigen Bahn durchs innere Sonnensystem mit einer Geschwindigkeit von 30,4 Kilometer pro Sekunde auf die Erde zu fliegt, verlässt BepiColombo die Erde nach dem Richtungswechsel mit einer Geschwindigkeit von nur noch etwa 25 Kilometer pro Sekunde. Mit zwei nachfolgenden Nahvorbeiflügen an der Venus (der erste Vorbeiflug am inneren Nachbarplaneten der Erde wird bereits am 16. Oktober 2020 stattfinden) wird BepiColombo dann auf einer Flugbahn sein, die zum Ziel der sechsjährigen Reise führt, einer Umlaufbahn um den innersten Planeten des Sonnensystems Merkur. Wegen der enormen Anziehungskraft der Sonne und der begrenzten Transportkapazität der Trägerraketen sind Planetenmissionen ins innere und äußere Sonnensystem nur mit enorm komplexen Flugbahnen zu meistern.

Einmalige Beobachtungsmöglichkeit der Mondvorderseite
„Die Beobachtung des Mondes mit unserem Spektrometer MERTIS an Bord von BepiColombo ist eine einmalige Gelegenheit“, freut sich Dr. Jörn Helbert vom DLR-Institut für Planetenforschung, mitverantwortlich für das MERTIS-Instrument. „Wir werden die der Erde zugewandte Mondvorderseite spektroskopisch erstmals in den Wellenlängen des thermalen Infrarot untersuchen. Ohne die störende Erdatmosphäre ergibt die Perspektive aus dem Weltraum einen wertvollen neuen Datensatz für die Mondforschung. Außerdem ist dies eine hervorragende Gelegenheit zu testen wie gut unser Instrument funktioniert und Erfahrungen zu sammeln für den Betrieb am Merkur.“ Ein besonderer Praxistest ist auch die aktuelle Situation im Zusammenhang mit der Corona-Pandemie. „Unser Team wird aus dem Homeoffice das MERTIS-Instrument betreuen und die Daten prozessieren und auswerten“ ergänzt Helbert. „Dies wurde in den letzten Tagen schon einige Male getestet und die ‚Datenauswertung am Küchentisch‘ scheint gut zu funktionieren.“

MERTIS ist ein bildgebendes Infrarot-Spektrometer und Radiometer mit zwei ungekühlten Strahlungssensoren, die für Wellenlängen zwischen 7 und 14 beziehungsweise 7 und 40 Mikrometern empfindlich sind. Auf dem Merkur wird MERTIS im mittleren Infrarot die gesteinsbildenden Minerale mit einer räumlichen Auflösung von einem halben Kilometer identifizieren. „Eine so detaillierte Auflösung werden wir bei der Beobachtung des Mondes nicht erhalten können“, erläutert Gisbert Peter, MERTIS-Projektmanager vom DLR-Institut für Optische Sensorsysteme, das für die Konzeption und den Bau von MERTIS verantwortlich war. „Es ist ja zum Teil ein astronomischer oder geometrischer ‚Zufall‘ und vor allem gute Planung, dass wir am Tag vor dem Vorbeiflug an der Erde den Mond im Gesichtsfeld des Spektrometers haben werden. Und immerhin: MERTIS wird aus Entfernungen zwischen 740.000 und 680.000 Kilometern für vier Stunden den Mond beobachten. Hier wird das mit 3,3 Kilogramm sehr kompakte Instrument das erste Mal im Orbit seine einzigartigen optischen Eigenschaften demonstrieren können.“ Drei kleine Kameras an der Außenseite der ESA-Sonde werden zusätzlich Fotos der Erde bei der Annäherung von BepiColombo aufnehmen.

„Der Mond und der gar nicht mal viel größere Planet Merkur haben Oberflächen, die in vielerlei Hinsicht ähnlich sind“, erklärt Prof. Harald Hiesinger von der Universität Münster, wissenschaftlicher Leiter des MERTIS-Experiments. Er freut sich nach Jahrzehnten der Mondforschung ganz besonders auf die jetzt anstehenden Messungen. „Wir bekommen zum einen neue Informationen zu gesteinsbildenden Mineralen und den Temperaturen auf der Mondoberfläche und können die Ergebnisse später mit denen am Merkur vergleichen.“ Sowohl der Mond als auch der Merkur sind zwei fundamental wichtige Körper für unser Verständnis des gesamten Sonnensystems. Hiesinger ergänzt: Von den Beobachtungen mit MERTIS erhoffe ich viele aufregende Ergebnisse. Nach rund 20 Jahren intensiver Vorbereitungen ist es am Donnerstag endlich soweit – unser langes Warten hat ein Ende und wir erhalten die ersten wissenschaftlichen Daten aus dem Weltraum.“

Erst die dritte Raumsonde mit Ziel Merkur
BepiColombo ist am 20. Oktober 2018 an Bord einer Ariane-5-Trägerrakete vom europäischen Weltraumbahnhof Kourou gestartet. Es ist das bisher umfangreichste europäische Projekt zur Erforschung eines Planeten des Sonnensystems. Die Mission besteht aus zwei Sonden, die den Merkur auf unterschiedlichen Umlaufbahnen umkreisen werden: dem europäischen Mercury Planetary Orbiter (MPO) der Europäischen Weltraumorganisation ESA und dem japanischen Mercury Magnetospheric Orbiter (MMO). Zuvor hatten nur die beiden NASA-Raumsonden Mariner 10 Mitte der 1970er Jahre und MESSENGER von 2011 bis 2015 den kleinsten und gleichzeitig sonnennächsten Planeten untersucht.

Während MPO darauf ausgelegt ist, Oberfläche und Zusammensetzung des Planeten zu analysieren, erkundet MMO dessen Magnetosphäre. Weitere Ziele der Mission sind die Erforschung des Sonnenwindes, des inneren Aufbaus und des planetaren Umfeldes von Merkur sowie dessen Wechselwirkungen mit der sonnennahen Umgebung. Die Wissenschaftler erhoffen sich darüber hinaus Erkenntnisse zur Entstehung des gesamten Sonnensystems und der erdähnlichen Planeten im Besonderen. Bis zum Erreichen der Merkurumlaufbahn befinden sich die beiden Sonden an Bord des Mercury Composite Spacecraft (MCS), das die Orbiter mit Energie versorgt und sie mit Hilfe eines speziellen Schutzschildes, der MMO Sunshield and Interface Structure (MOSIF), vor den extremen Temperaturen zwischen 430 Grad Celsius auf der Tagseite und minus 180 Grad Celsius auf der Nachtseite des Merkurs schützt. Nach sechs Vorbeiflügen an seinem Ziel wird BepiColombo am 5. Dezember 2025 schließlich in eine Merkurumlaufbahn gelangen.

Jonglieren mit Geschwindigkeit und Gravitation
Flyby-Manöver, auch ‚Gravity-Assist-Manöver’ genannt, sind heute in der Raumfahrt zur Routine geworden. Sie dienen dazu, ohne den Einsatz von Treibstoff und unter Ausnutzung der Anziehungskraft von Planeten eine Änderung der Flugrichtung und Geschwindigkeit von Raumsonden zu bewirken. Wenn Raumsonden das Schwerefeld der Erde verlassen und ein fernes Ziel im Sonnensystem erreichen sollen, ist für die Beschleunigung, für Richtungsänderungen, aber auch für das Abbremsen am Ziel viel Energie erforderlich. Diese in Form von Treibstoff für Raketentriebwerke mitzuführen ist oft unwirtschaftlich und würde zwangsläufig den Umfang von mitgeführter Nutzlast verringern oder ist technisch schlicht unmöglich.

Nahvorbeiflüge an Planeten eröffnen eine elegante technische Lösung – durch die Kräfte der Natur: Bewegt sich eine Raumsonde auf einen Planeten zu, überwiegt ab einer bestimmten Entfernung dessen Anziehungskraft gegenüber der ansonsten alle Bewegungen beeinflussenden Sonne. Ein Flyby ist dann gewissermaßen das Jonglieren von zwei Energieformen – der Bewegungsenergie der Raumsonde und der Lageenergie des Planeten, der mit seiner um ein Vielfaches größeren Masse das kleine Raumschiff anzieht, wenn es in seine Nähe kommt. Bei diesem Jonglieren kann, je nachdem, wie schnell die Raumsonde ist und wie nahe sie dem Planeten kommt, Energie vom Planeten auf die Sonde übergehen: Dann wird sie schneller (und der Planet unmerklich langsamer). Oder aber Bewegungsenergie wird von der Sonde auf den Planeten übertragen, was diese abbremst (und den Planeten dafür unmerklich beschleunigt). Gegenüber dem Planeten ändert sich beim Flyby die Geschwindigkeit der Sonde vorher/nachher nicht, es wird nur deren Flugbahn um einen gewissen Winkel umgelenkt. Da sich aber der Planet auf einer Bahn um die Sonne befindet, bewirkt diese Winkeländerung der Sondenbahn eine Beschleunigung oder Abbremsung der Sonde (und minimal des Planeten) auf ihrer Bahn um die Sonne.

Die raffinierte Flugbahn-Lösung des Giuseppe ‚Bepi‘ Colombo
Zum ersten Mal wurden Flyby-Manöver entlang einer Planetenbahn bei der Mission Mariner 10 angewandt, um nach dem ersten Vorbeiflug am Planeten Merkur noch zwei weitere Nahvorbeiflüge zu ermöglichen. Die Berechnungen stellte der italienische Ingenieur und Mathematiker Giuseppe ‚Bepi‘ Colombo an. Colombo, Professor an der Universität seiner Heimatstadt Padua, war 1970 zu einer Konferenz zur Vorbereitung der Mariner-10-Mission an das Jet Propulsion Laboratory der NASA ins kalifornische Pasadena eingeladen. Dort sah er den ursprünglichen Missionsplan und erkannte, dass mit einem hoch präzise ausgeführten ersten Vorbeiflug zwei weitere Nahvorbeiflüge am Merkur möglich waren: Ihm zu Ehren wurde die nun fliegende große europäisch-japanische Merkur-Mission benannt.

Von den 15 Instrumenten, die sich an Bord der beiden Raumsonden befinden, wurden drei zu wesentlichen Anteilen in Deutschland entwickelt: BELA (BepiColombo Laser Altimeter), MPO-MAG (MPO Magnetometer) und MERTIS. Das DLR-Laserexperiment BELA wird erst an seinem Ziel, dem Merkur, eingesetzt werden. Das Magnetometer hingegen kommt beim Flug durch das weit ins All reichende Magnetfeld der Erde bereits jetzt für Messungen zum Einsatz. Gefördert vom DLR-Raumfahrtmanagement wurde es am Institut für Geophysik und Extraterrestrische Physik der Technischen Universität Braunschweig in Zusammenarbeit mit dem Weltrauminstitut Graz und dem Imperial College London entwickelt und gebaut.

Die letzte Gelegenheit, ‚Bepi‘ zu beobachten – aber nicht in Deutschland
Raumfahrtenthusiasten sind natürlich an der Frage interessiert, ob sie Gelegenheit haben, BepiColombo vor seinem Abschied auf dem Weg ins innere Sonnensystem während des Flybys ein letztes Mal am Himmel beobachten zu können: Die Frage kann tatsächlich mit Ja beantwortet werden. Der Wermutstropfen ist allerdings die Einschränkung, dass dies nur südlich von 30 Grad Nord über dem Atlantik, in Südamerika, in Mexiko und mit Einschränkungen über Texas und Kalifornien möglich sein wird. Mit am besten sichtbar werden die vom Sonnenlicht angestrahlten Solarpanele vermutlich über der Europäischen Südsternwarte in der klaren Luft der Anden Chiles sein. In Mitteleuropa bleibt der Trost, dass es in der Nacht vom 7. auf den 8. April einen außerordentlich großen Vollmond, populär gerne als ‚Supermond‘ bezeichnet, zu sehen geben wird.

Enge europäisch-japanische Zusammenarbeit
Die Gesamtleitung der Mission liegt bei der Europäischen Weltraumorganisation ESA, die auch für Entwicklung und Bau des Mercury Planetary Orbiter zuständig war. Der Mercury Magnetospheric Orbiter wurde von der japanischen Raumfahrtagentur JAXA beigesteuert. Koordiniert und überwiegend finanziert wird der deutsche Beitrag zu BepiColombo vom DLR-Raumfahrtmanagement mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie (BMWi). Wesentlich finanziert wurden die beiden Instrumente BELA und MERTIS, die zu großen Anteilen an den DLR-Instituten für Planetenforschung und Optische Sensorsysteme in Berlin-Adlershof entwickelt wurden, aus Mitteln des DLR für Forschung und Technologie. Finanziell gefördert wird die Mission außerdem von der Westfälischen-Wilhelms-Universität Münster und der Technischen Universität Braunschweig und vom Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung (MPS) in Göttingen. Der industrielle Teil der Sonde wurde von einem europäischen Industrie-Konsortium unter der Federführung der Firma Airbus Defence and Space realisiert.

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Quelle: ESA.

Die Ingenieurinnen und Ingenieure des ESA-Satellitenkontrollzentrums in Darmstadt bereiten einen Vorbeiflug der europäisch-japanischen Merkur-Mission BepiColombo an der Erde vor, um mit Hilfe der Schwerkraft Schwung für die weitere Reise zu holen. Das Manöver, bei dem die Mission ihre Flugbahn durch die Erdanziehung anpassen wird, erfolgt im Rahmen von Einschränkungen durch die Coronavirus-Pandemie.

BepiColombo startetete im Oktober 2018 und umkreist derzeit die Sonne in einer ähnlichen Entfernung wie die Erde. Am 10. April, gegen 06:25 Uhr (MESZ), wird sich die Sonde der Erde in einer Entfernung von nur 12.700 km nähern. Das entspricht weniger als der Hälfte der Höhe der europäischen Navigationssatelliten Galileo. Das Manöver wird die BepiColombo-Raumsonde verlangsamen und ihre Flugbahn in Richtung des Zentrums des Sonnensystems krümmen, wodurch ihre Umlaufbahn um die Sonne enger wird.

„Das ist das letzte Mal, dass wir BepiColombo von der Erde aus sehen werden“, sagt Joe Zender, stellvertretender Projektwissenschaftler für BepiColombo bei der ESA. „Danach wird sie tiefer in das innere Sonnensystem eindringen.“

Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Mission planen, den Vorbeiflug zu nutzen, um einige der 11 Instrumente an Bord des Mercury Planetary Orbiter (MPO) der ESA zu testen, einer der europäischen Komponenten der Mission, die zusammen mit dem Mercury Magnetospheric Orbiter (Mio) der Japanischen Raumfahrtagentur JAXA zum innersten Planeten des Sonnensystems fliegt. Die beiden wissenschaftlichen Orbiter sitzen übereinander auf dem Mercury Transfer Module (MTM) der ESA, Mio oben versteckt hinter dem schützenden Sonnenschild, das Transfermodul vor einigen der MPO-Instrumente. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler erwarten, dass sie Daten von acht der 11 wissenschaftlichen Nutzlasten erhalten können. Mios Sicht wird größtenteils durch den Sonnenschild verdeckt, aber einige seiner Sensoren werden auch während des Vorbeiflugs eingeschaltet sein.

Das Manöver wird jedoch mit begrenztem Personal im ESA-Kontrollzentrum durchgeführt, wo die Ingenieurinnen und Ingenieure als Reaktion auf die Coronavirus-Pandemie die derzeit in ganz Europa geltenden sozialen Distanzierungsregeln einhalten müssen.

„Der Vorbeiflug an der Erde ist eine Phase, in der wir täglichen Kontakt mit der Raumsonde brauchen“, sagt Elsa Montagnon, BepiColombo Spacecraft Operations Manager bei der ESA. „Dies ist etwas, das wir nicht aufschieben können. BepiColombo wird so oder so an der Erde vorbeifliegen.“

Die Coronavirus-Bedrohung zwingt das Team, mit minimaler persönlicher Interaktion im Kontrollzentrum zu arbeiten und gleichzeitig sicherzustellen, dass alle Schritte im Prozess ordnungsgemäß abgedeckt werden.

„In den kritischen zwei Wochen vor der nächsten Annäherung an die Erde müssen wir Sicherheitsbefehle hochladen, um das Raumfahrzeug auf unerwartete Probleme vorzubereiten“, sagt Christoph Steiger, stellvertretender BepiColombo Spacecraft Operations Manager. „Zum Beispiel müssen wir das Transfermodul auf die 34-minütige Sonnenfinsternis vorbereiten, um eine Entladung der Batterie zu verhindern, wenn die Solarpaneele kein Sonnenlicht bekommen.“

Der Flugbetrieb kann weiterhin wie geplant durchgeführt werden, erfordert allerdings mehr Anstrengung und Aufmerksamkeit als in einer normalen Situation.

Johannes Benkhoff, BepiColombo-Projektwissenschaftler der ESA, hofft, dass die Wissenschaftsteams trotz der schwierigen Umstände in der Lage sein werden, die MPO-Instrumente für Tests und Kalibrierung einzuschalten.

„Das PHEBUS-Spektroskop wird zum Beispiel den Mond als Kalibrierungsziel verwenden, um dann später am Merkur bessere Daten zu erzeugen“, sagt Benkhoff. „Wir wollen auch einige Messungen des Sonnenwindes und seiner Wechselwirkung mit dem Erdmagnetfeld durchführen. Der Hauptzweck der Instrumente in diesem Stadium ist jedoch das Testen und Kalibrieren. Wenn wir die Daten auch für wissenschaftliche Untersuchungen nutzen können, ist das ein Bonus.

BepiColombo hat auch drei GoPro-ähnliche „Selfie“-Kameras an Bord, die auf dem Transfermodul montiert sind und Aufnahmen machen werden, während sich die Sonde der Erde nähert. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler haben die Kameras Anfang März aktiviert und einige Schnappschüsse des Erde-Mond-Systems aus der zur Erde gerichteten Position von BepiColombo gemacht.

„Wir werden sehen, wie sich die Erde nähert und größer wird“, sagt Joe. „Wenn sie am nächsten ist, werden wir einige Bilder aufnehmen, und dann planen wir, eine ganze Reihe von Aufnahmen über mehrere Stunden hinweg zu machen und das Erde-Mond-System zu betrachten, während es immer kleiner und kleiner wird, bis wir es ganz aus dem Blickwinkel verlieren.

Frank Budnik, BepiColombo-Flugdynamik-Manager der ESA: „Solange alle Teammitglieder gesund sind und das Raumfahrzeug weiterhin nominelle Leistungen erbringt, kann alles wie geplant ablaufen.“

Der Vorbeiflug an der Erde am 10. April ist nur das erste von neun sogenannten gravity assist Manövern, die BepiColombo auf der siebenjährigen Reise zum Merkur erwarten. Im Oktober wird die Sonde den ersten von zwei Vorbeiflügen an der Venus durchführen. Die letzten sechs Manöver zur Verringerung der Umlaufbahn werden die Schwerkraft von BepiColombos Ziel, dem Merkur, nutzen.

BepiColombo wird Ende 2025 am Merkur eintreffen. Die wissenschaftliche Mission wird drei Monate später beginnen, nachdem sich Mio und das MPO vom Transfermodul getrennt haben und in ihre jeweiligen Zielumlaufbahnen eintreten. Gemeinsam werden die beiden Orbiter den Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern helfen, die Entwicklung des Merkurs, des am wenigsten erforschten der vier Gesteinsplaneten im Sonnensystem und des sonnennächsten Planeten, zu beleuchten. 

Das Wissen über die Zusammensetzung des Merkurs, die geologischen Prozesse auf seiner Oberfläche und die umgebende Umwelt wird den Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern helfen, einige grundlegende Fragen nicht nur über den Merkur, sondern auch über die Entstehung und Entwicklung des gesamten Sonnensystems zu beantworten.

Amateurastronomen, die mit kleinen Teleskopen ausgestattet sind, werden BepiColombo während des Vorbeiflugs beobachten können, wenn sie sich in südlichen Breitengraden befinden. Beobachtungen in Südeuropa könnten kurzzeitig möglich sein. Die beste Sicht wird jedoch nur von der südlichen Hemisphäre aus gegeben sein.

Auf der Reise zum Merkur nutzt BepiColombo die Schwerkraft der Erde, der Venus und des Merkurs, um seine Flugbahn anzupassen (Animation: ESA – European Space Agency, CC BY-SA 3.0 IGO):

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• BepiColombo auf Ariane 5 ECA

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Quelle: Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung

Oktober 2019 – Wer ihn in diesem Jahr verpasst, wird dreizehn Jahre auf den nächsten warten müssen… Die Rede ist vom Merkurtransit, einer Konstellation, bei der Merkur an der Sonne vorbeizieht und von der Erde aus (mit Teleskopen) als schwarzer Fleck auf der Sonnenscheibe zu sehen ist. Am Montag, 11. November 2019, wird dieses Himmelsphänomen über Europa zu beobachten sein. Mit Vorträgen, Shows im mobilen Planetarium, Beobachtungen des Transits mit Sonnenteleskopen und weiteren Aktionen bieten das Institut für Astrophysik der Universität Göttingen (IAG), das Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung (MPS) und der Förderkreis Planetarium Göttingen (FPG) in der Zeit von 13 bis 18 Uhr am Nordcampus ein umfangreiches Rahmenprogramm für das Schauspiel am Himmel.

Merkur ist der kleinste und sonnennächste Planet. Etwa alle 116 Tage überholt er auf seiner Innenbahn die Erde. Aber nur wenn dieses in der Nähe der Schnittlinie zwischen Merkur- und Erdbahnebene geschieht, kommt es zu einem Merkurtransit. Dies passiert etwa 13 bis 14 Mal im Jahrhundert und ist aufgrund der Bahngeometrie nur zwischen dem 6. und dem 11. Mai oder zwischen dem 6. und dem 15. November möglich. Während der letzte Merkurtransit vor etwas mehr als drei Jahren zu sehen war, wird der nächste erst für 2032 erwartet.

Der diesjährige Transit beginnt in der Mittagszeit. Um 13.35 Uhr schiebt sich der Planet vor die Sonne. Die Mitte der Sonnenscheibe erreicht er um 16.19 Uhr. Wenige Minuten später geht die Sonne unter.

Wegen der geringen Größe des Merkurs wird dies alles nur mit Hilfe von Teleskopen zu sehen sein. Auf der Beobachtungsplattform des IAG stehen deshalb drei Sonnenteleskope bereit, die den Besucherinnen und Besuchern einen gefahrlosen und hochaufgelösten Blick auf die Sonne ermöglichen. Nach Sonnenuntergang lassen sich von dort auch die Planeten Venus, Jupiter und Saturn ausmachen.

Auch am benachbarten MPS dreht sich an diesem Nachmittag alles um Sonne, Merkur und Planetentransite. Um 15 Uhr beantwortet MPS-Wissenschaftler Dr. René Heller in einem Vortrag für Kinder und Jugendliche die Frage „Wie findet man einen Exoplaneten?“ Bei der Suche nach solchen Planeten außerhalb unseres eigenen Sonnensystems setzen Forscherinnen und Forscher auf Transite: Wenn der Planet vor seinem Stern vorbeizieht, verdunkelt sich der Stern leicht – und verrät so seinen planetaren Begleiter. Die Entdeckung des ersten Exoplaneten vor 24 Jahren wurde vor wenigen Wochen mit dem Nobelpreis für Physik ausgezeichnet.

Ebenfalls für Kinder geeignet sind die Shows im mobilen Planetarium des FPG, das im Foyer des MPS aufgebaut sein wird. Um 13 Uhr und 16 Uhr laufen mit „Das Phantom des Universums“ und „Europas Weg zu den Sternen“ Shows, die sich an Kinder ab 10 Jahren sowie an Jugendliche und Erwachsene richten. Während die erste Show die Besucherinnen und Besucher auf die Suche nach der geheimnisvollen Dunklen Materie führt, nimmt die zweite die Zuschauerinnen und Zuschauer mit auf eine epische Reise hinter die Kulissen des leistungsstärksten bodenbasierten Observatoriums der Welt. Um 14 Uhr kommen die jüngeren Weltraumbegeisterten zu ihrem Recht. Die Show „Polaris – Das Rätsel der Polarnacht“ entführt Kinder ab einem Alter von 5 Jahren auf eine spannende Reise um die Erde, zum Mars und zum Saturn.

Nach Sonnenuntergang um 17 Uhr bietet Prof. Dr. Wolfgang Müller von der Hochschule für Angewandte Wissenschaft und Kunst (HAWK) einen Vortrag zum Thema „Planetentransite und die Vermessung des Weltalls“. Dabei spannt er einen breiten Bogen von historischen Expeditionen zur Beobachtung von Venus-Transits bis zum Nobelpreis für die Entdeckung der beschleunigten Expansion des Universums.

Zudem werden Live-Bilder des Merkurtransits aufgenommen von der NASA-Raumsonde Solar Dynamics Observatory gezeigt, die gemeinsame Astro-AG des Otto-Hahn-Gymnasiums und des Felix-Klein-Gymnasiums ist mit einem Stand vertreten und es gibt Waffeln und Getränke.

Für die Vorträge und Planetariumshows ist keine Anmeldung erforderlich. Der Eintritt ist kostenlos. Für die Vorstellungen im Planetarium werden Einlasskarten vor Ort ausgegeben. Nach Beginn der Vorstellungen ist kein Einlass möglich.

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Autor: Thomas Geuking, Quelle: ESA.

Mit dem Start von BepiColombo hat eine anspruchsvolle Mission zu einem außergewöhnlichen Planeten begonnen. Merkur, der innerste Planet unseres Sonnensystems, umkreist die Sonne mit gut 58 Millionen Kilometern Entfernung. Er gehört zum inneren Teil unseres Planetensystems, den sog. terrestrischen Planeten zu denen auch die Erde zählt. Mit einem Durchmesser von 4.878 Kilometern ist er der kleinste Planet im Sonnensystem und nur wenig größer als unser Erdmond. Eine der Besonderheiten Merkurs ist sein globales Magnetfeld, was ihn unter den terrestrischen Planeten zu einer Ausnahme macht. Zwar besitzt auch die Erde ein globales Magnetfeld, Mars und Venus jedoch nicht, obwohl diese sehr viel massereicher als Merkur sind. Das Magnetfeld der Erde wird durch den flüssigen Eisenkern erzeugt, eigentlich ist Merkur dafür aber zu klein. Hier soll die aktuelle Mission ebenso neue Erkenntnisse liefern, wie auch zur Entstehung des gesamten Sonnensystems.

Durch seine Nähe zur Sonne ist Merkur von der Erde nicht nur schwer zu beobachten, sondern auch schwer zu erreichen und zu erforschen. Im Vergleich zu anderen Missionen, wie z.B. zum Mars ist der Merkur für BepiColombo nur durch ein langwieriges Abbremsmanöver erreichbar. Um überhaupt in eine Umlaufbahn um Merkur einschwenken zu können verläuft der Flug nicht geradlinig, sondern in großen elliptischen Bahnen. Diese führen einmal an der Erde vorbei, dann zweimal an der Venus und gleich sechsmal am Merkur selbst. Insgesamt wird die Reise zum Merkur 7 Jahre in Anspruch nehmen. Läuft alles nach Plan erreicht die Mission im Dezember 2025 ihr Ziel. Die Verhältnisse am Merkur stellen eine weitere große Herausforderung an die Sonden dar. Aufgrund der Nähe zur Sonne herrschen auf Merkur extreme Temperaturen zwischen 430 Grad Celsius auf der Tagseite und minus 180 Grad Celsius auf der Nachtseite. Auch die Sonneneinstrahlung ist im Vergleich zu unserer Erde bis zu 10-mal stärker. Dies hat zur Folge, dass man zum Beispiel die Solarpaneele nicht direkt auf die Sonne ausrichten kann, wie man es im Erdorbit tut, sondern kippen muss sonst würden sie einfach schmelzen. BepiColombo ist die bisher aufwendigste Mission in der Geschichte der ESA.

Davor haben erst zwei Raumsonden den Merkur besucht. Im Jahre 1974 und 1975 gelangen Mariner 10 (NASA) drei Vorbeiflüge am Merkur. Von 2011 und 2015 untersuchte dann die Sonde MESSENGER (NASA) unseren Nachbarplaneten.

Benannt wurde die Mission nach dem italienischen Mathematiker und Ingenieur Giuseppe Colombo (1920 – 1984), Spitzname „Bepi“. Er gehörte zu den Initiatoren der Giotto-Mission zum Kometen Halley und erwarb sich besondere Anerkennung durch die Berechnung der Flugbahn der Sonde MARINER 10 zum Merkur, bei der zum ersten Mal ein sogenanntes Swing-by Manöver eingesetzt wurde um Kurs und Geschwindigkeit eines Raumfahrzeuges durch den nahen Vorbeiflug an einem großen Himmelskörper (z.B. einem Planeten) zu beeinflussen.

Missionsübersicht:
BepiColombo hat eine sehr lange Projektgeschichte, die bereits 1993 mit einem ersten Entwurf einer Mission zum Merkur begann. Die nun gestartete Mission ist ein Eckpfeiler des „Horizon 2000+/Cosmic Vision“- Programms der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) und wird unter Ihrer Gesamtleitung als Gemeinschaftsprojekt mit der Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA) und zahlreichen internationalen Institutionen und Universitäten durchgeführt.

Die Mission besteht in Flugkonfiguration aus vier Teilen:
Einer zentralen Antriebseinheit, genannt MTM (Mercury Transport Module). Darauf montiert sind die beiden Sonden, diese sind der europäische „Mercury Planetary Orbiter“ (MPO) und der japanische „Mercury Magnetospheric Orbiter“ (MMO). Sie sind übereinander montiert und durch ein Hitzeschild dem MMO-Sunshield-and-Interface-Struktur (MOSIF) elektrisch und mechanisch miteinander verbunden.

Das MTM besitzt zwei Antriebssysteme, ein chemisches mit 24 Treibwerken mit je 10 N Schub und vier elektrische Ionentriebwerke die eine Schubkraft von je 75 bis 145 mN liefern. Das chemische System ist für schnelle Bahnänderungen verantwortlich, während die Ionenantriebe für das Abbremsen der Gerätekombination in Richtung Merkurbahn zuständig sind. Zur Stromversorgung werden 2 Solarzellenpaneele am MTM mit einer Fläche von 42 Querdrahtmetern eingesetzt. Vor dem endgültigen Erreichen der Merkurumlaufbahn im Dezember 2025 wird das MTM dann abgetrennt. Das Gesamtpaket hat beim Start eine Masse von 4,1 t.

Die polaren Umlaufbahnen um den Merkur werden mit dem chemischen Antriebssystem des Mercury Planetary Orbiter (MPO) erreicht. Für den MPO ist ein polarer Orbit (Überflug über die Pole des Merkurs), der die Form einer Ellipse haben soll, vorgesehen. Dabei beträgt das Apoherm 1508 km (größter Abstand zur Merkuroberfläche) und das Periherm 400 km (kleinster Abstand zur Merkuroberfläche) Während des Einschenkens in die Umlaufbahn wird der „Mercury Magnetospheric Orbiter“ in einem lang gestreckten Orbit freigesetzt mit einem Periherm von 590 km und einem Apoherm von 11.640 km. Beide Umlaufbahnen sind aufeinander abgestimmt.

Daten der Raumsonden:

Mercury Planetary Orbiter (MPO)
Stabilisierung: 3-Achsen stabilisiert
Umlaufbahn: Polare Umlaufbahn, Dauer 2,3 h, 480 × 1500 km
Raumfahrzeug Masse: 1150 kg (im Merkurorbit)
Nutzlast Masse: 80 kg
Nutzlastleistung: 100-150 W
Datenvolumen (Downlink): 1550 Gbits/Jahr
Äquivalente durchschnittliche Datenrate: 50 kbit/s

Mercury Magnetospheric Orbiter (MMO)
Stabilisierung: 15 U/min spin-stabilisiert
Umlaufbahn: Polare Umlaufbahn, Dauer 9,3 h 590 × 11 640 km

Raumfahrzeug Masse: 275 kg (im Merkurorbit)
Nutzlast Masse: 45 kg
Nutzlastleistung: 90 W
Datenvolumen (Downlink): 160 Gbits/Jahr
Äquivalente durchschnittliche Datenrate: 5 kbit/s

Wissenschaftliche Experimente:

Mercury Planetary Orbiter (MPO):

BepiColombo Laser Höhenmesser (BELA)
Erfassung der Topographie des Merkurs, um ein Modell des Geländes zu erstellen.

Italian Spring Accelerometer (ISA)
Beschleunigungsmesser, seine Daten dienen mit anderen Instrumenten zur Charakterisierung der inneren Struktur des Merkurs und zur Überprüfung Einsteins Allgemeiner Relativitätstheorie.

Magnetic Field Investigation (MPO-MAG)
Messung des Magnetfeldes des Merkur (seine Magnetosphäre und wie diese mit dem Sonnenwind interagiert) um zu verstehen wie dieses erzeugt und aufrechterhalten wird und damit die innere Struktur und Entwicklung des Planeten besser zu verstehen.

Mercury Radiometer and Thermal Imaging Spectrometer (MERTIS)
Infrarotdetektor und -spektrometer, dient der Erforschung der Oberflächenzusammensetzung und Mineralogie des Merkurs (wichtig für das Verständnis der Planetenentstehung).

Mercury Gamma-ray and Neutron Spectrometer (MGNS)
Das Hauptziel des Gamma und Neutron Spektrometers ist die elementare Zusammensetzung unterscheidbarer Regionen über die gesamte Oberfläche des Merkur zu bestimmen.

Mercury Imaging X-ray Spectrometer (MIXS)
Röntgenspektrometer zur Messung der Fluoreszenz-Röntgenstrahlung um die atomare Oberflächenzusammensetzung des Merkurs mit hoher räumlicher Auflösung abzubilden.

Mercury Orbiter Radio science Experiment (MORE)
Ka-Band-Transponder. Experiment um die Größe, die innere Struktur und den physikalischen Zustand des Kerns zu erforschen.

Probing of Hermean Exosphere by Ultraviolet Spectroscopy (PHEBUS)
Ein Ultraviolett-Spektrometer, es soll dazu dienen die Zusammensetzung, Dynamik und Eigenschaften von Merkurs Exosphäre zu verstehen und nach möglichem Wassereis in Kratern an den Polen zu suchen.

Search for Exosphere Refilling and Emitted Neutral Abundance (SERENA)
Ein Teilchendetektor und -spektrometer, es soll untersuchen wie Gas innerhalb und zwischen verschiedenen Regionen des Merkurs und seiner kosmischen Umgebung (Oberfläche, Exosphäre, Magnetosphäre, Sonnenwind) interagiert.

Spectrometers and Imagers for MPO BepiColombo Integrated Observatory System (SYMBIO-SYS)
Kamerasystem für Stereo-, Hochauflösungs- und Multispektralaufnahmen um die Geologie, das Alter, die Geophysik und die Zusammensetzung der Merkuroberfläche abzubilden und spektral zu untersuchen und mögliche Anzeichen auf Vulkanismus und Tektonik zu erforschen.

Solar Intensity X-ray Spectrometer (SIXS)
Röntgen- und Partikeldetektoren um die Umgebung des Merkurs kontinuierlich zu überwachen und Partikel zu beobachten, die von der Sonne kommen (Röntgenstrahlen).

Mercury Magnetospheric Orbiter (MMO)

Mercury Magnetometer (MMO-MAG)
Magnetometer zur Charakterisierung der magnetischen Umgebung des Merkurs und der Wechselwirkungen zwischen dem Magnetfeld, der Magnetosphäre und dem Sonnenwind.

Mercury Plasma Particle Experiment (MPPE)
Plasmapartikel-Experiment (MPPE) um das Material in der Magnetosphäre des Merkurs zu erforschen (hochenergetische und niederenergetische Partikel).

Mercury Plasma Wave Instrument (PWI)
Instrument um die Struktur und Dynamik der Magnetosphäre zu analysieren.

Mercury Sodium Atmospheric Spectral Imager (MSASI)
Instrument um den Natriumgehalt der Atmosphäre des Merkurs in der Exosphäre zu untersuchen.

Mercury Dust Monitor (MDM)
Instrument um die Menge und Verteilung von Staub in der Umlaufbahn des Merkurs zu beobachten.

Zusammenfassung der Forschungsziele:
BepiColombo wird sich auf die Erforschung des Ursprungs und der Entwicklung des Merkurs konzentrieren, dies beinhaltet:
-die planetaren Eigenschaften: Form, Inneres, Krater, Struktur, Geologie, Zusammensetzung,
-die Restatmosphäre des Merkurs (Exosphäre): Zusammensetzung und Dynamik,
-das Magnetfeld des Merkurs (Magnetosphäre): Struktur, Dynamik und Ursprung
-und einen Test der einsteinschen allgemeinen Relativitätstheorie.

Dabei erwarten die Wissenschaftler Antworten auf folgende Fragen:
Ist der Kern des Merkurs flüssig oder fest?
Ist Merkur tektonisch aktiv?
Welche Materialien enthalten die permanent in Dunkelheit liegenden Krater an den Polen?
Wie setzt sich Merkurs Exosphäre genau zusammen?

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• BepiColombo auf Ariane 5 ECA

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Ein Beitrag von Thomas Weyrauch. Quelle: University of Arizona.

Michael Sori, Mitarbeiter im Lunar and Planetary Laboratory der UA, nutzte neuste mathematische Modelle und kam mit ihrer Hilfe auf eine Dicke von Merkurs Kruste von rund 25,75 Kilometern. Gleichzeitig ermittelte er, dass die durchschnittliche Dichte der Kruste über der von Aluminium liegen müsse. Seine Erkenntnisse veröffentlichte Sori in der Studie „A Thin, Dense Crust for Mercury“ („Eine dünne, dichte Kruste für Merkur“).

Sori benutzte für seine Berechnungen Daten, die Messenger geliefert hatte. Das mathematische Modell, das Sori verwendete, geht auf Isamu Matsuyama und Douglas Hemingway zurück, ersterer ist Professor am Lunar and Planetary Laboratory der UA, letzterer Wissenschaftler an der University of California (UC).

Die neuen Berechnungsergebnisse stützen die Annahme, dass die Kruste Merkurs im wesentlichen durch vulkanische Aktivität geformt wurde. Ein besseres Verständnis der Krustenbildung könnte auch zu einem besseren Verständnis der Entstehung des Planeten mit seiner eigentümlichen Struktur führen. Laut Sori hat Merkur beispielsweise den im Verhältnis zu seinen Gesamtabmessungen größten Kern aller Planeten in unserem Sonnensystem.

Der Kern von Merkur nimmt derzeitigen Annahmen zufolge rund 60 Prozent des Volumens des Planten ein. Der Erdkern beansprucht dagegen nur rund 15 Prozent des Erdvolumens.

Warum ist der Kern Merkurs so groß? Sori denkt, dass Merkur nach einem anfangs normal verlaufendem Entstehungsprozess auf Grund heftiger Einschläge große Teile seiner Kruste und seines Mantels verloren haben könnte. Für vorstellbar hält Sori auch, dass während der Entstehung Merkurs in relativer Sonnennähe der Einfluss des Sterns maßgeblichen Einfluss auf den Entstehungsprozess hatte. Sonnenwind könnte Material weggeblasen haben. Deshalb hätte Merkur dann früh in seiner Entwicklung einen bezogen auf sein Gesamtvolumen anteilig sehr großen Kern gehabt. Bis dato jedenfalls gibt es keine allgemein akzeptierte Antwort auf die Frage.

Als die Planeten im Sonnensystem und der Mond der Erde entstanden, bildeten sich ihre Krusten aus Mantelmaterial, das an die Oberfläche quoll und sich dort im Verlauf von Millionen von Jahren verteilte. Die Menge von Krustenmaterial repräsentiert den Anteil an Mantelmaterial, das an der Oberfläche schließlich zu Fels erstarrte.

Vor Soris Studie nahmen führende Wissenschaftler an, rund 11 Prozent von Merkurs ursprünglichem Mantel seien in felsige Kruste verwandelt worden. Beim Erdmond besteht die Kruste nach derzeitigen Erkenntnisstand aus rund 7 Prozent des Materials seines ursprünglichen Mantels. Laut Sori war der unterschiedliche Mantelmaterialanteil auf Grund der unterschiedlichen Entstehungsbedingungen der beiden Himmelskörper nicht notwendigerweise auffällig.

Die Kruste des Mondes bildete sich, als weniger dichtes mineralisches Material an die Oberfläche eines Ozeans aus flüssigem Fels (Magma) drang. Dichteres flüssiges Material bildete den Mantel. Oben auf dem Magmaozean kühlte sich aufgeschwommenes Material ab und bildete eine harte Kruste, die auf dem Mantel schwimmt. Die Kruste Merkurs dagegen ist gekennzeichnet durch eine riesige Anzahl von Vulkanausbrüchen, welche immer wieder heißes Magma an die Oberfläche beförderten und so eine relativ ebene, von erkalteter Lava geformte Kruste bildeten.

Warum der Krustenmaterialanteil bei Merkur höher liegen sollte war eine Eigentümlichkeit, der auf den Grund zu gehen bisher niemandem gelungen war. Jetzt könnte die Angelegenheit zu den Akten gelegt werden: Nach Soris Untersuchungen dürfte der Krustenmaterialanteil auch bei Merkur im Bereich von 7 Prozent des ursprünglichen Mantels liegen.

Sori nutze bei seinen Untersuchungen Abschätzungen von Dicke und Dichte der Kruste Merkurs, wofür er herausfinden musste, auf welchen Mechanismen der Gleichgewichtszustand (Isostasie) zwischen den Massen der Kruste und des Mantels darunter basiert.

Die natürlichste Form, die ein Himmelskörper theoretisch einnehmen kann, ist eine ideale Kugel, bei der alle Punkte der Oberfläche gleich weit vom Kern des Körpers entfernt sind. Isostasie sorgt aber dafür, dass Strukturen wie Berge und Täler an der Oberfläche erhalten bleiben.

Isostasie verursacht einen auf gleichgroße Oberflächenanteile bezogenen Massenausgleich. Ist die Masse eines Oberflächenanteils größer, wird solange Material auf die Kruste befördert, bis alle Anteile wieder die gleiche Masse besitzen.

Die Pratt-Isostasie unterstellt, dass die Kruste eines Planeten Dichte-Variationen ausweist. Ein mit Bergen bedeckter Oberflächenanteil könnte deshalb die gleiche Masse wie ein gleich großer Oberflächenanteil mit flacher Oberfläche haben, wenn das Material, aus dem die Berge auf der Kruste bestehen, weniger dicht ist als das des flachen Landes. Die Grenze zum Mantel sei bei allen Oberflächenanteilen unabhängig von Gestalt und Dichte auf dem selben Niveau.

Vor Sori hat kein Wissenschaftler untersucht, ob bei Merkur Pratt-Isostasie vorliegt oder nicht. Sori nun hatte die Möglichkeit, auf eine topographische Karte Merkurs, also auf einen Katalog mit Daten zu Merkurs Oberflächenstrukturen, zuzugreifen. Eine Karte zu Daten der Dichteverteilung an Merkurs Oberfläche fehlte. Vorhanden waren aber Messdaten von Messenger zur Verteilung chemischer Elemente auf der Oberfläche Merkurs. Mit ihrer Hilfe erstellte Sori ein Modell für die Dichteverteilung.

Bekannt ist, aus welchen Mineralen Fels üblicherweise besteht, und aus welchen chemischen Elementen sich diese Minerale zusammensetzen. In einem bestimmten Mineral ist ein bestimmtes Element anteilig in einer bestimmten Menge enthalten. Weil auch die Dichte der Minerale bekannt ist, wurde die Erstellung einer Karte zur Dichteverteilung möglich.

Beim Vergleich der Karten zu Dichteverteilung und zur Topographie trat Erstaunliches zu Tage. Man hätte erwarten könnte, das an Stellen der Oberfläche, für die die Topographische Karte Berge zeigen, auf der Karte für die Dichte-Variationen weniger dichtes Material an gezeigte wird, und für Stellen mit Tälern Material mit höherer Dichte. Beim Vergleich der Karten fiel jedoch auf, dass sich dichtes Material auch in Bergregionen fand, und weniger dichtes in Gebieten mit Tälern.

Die durch Messenger erfassten Daten zur Verteilung chemischer Elemente und das von Sori daraus entwickelte Modell zur Dichteverteilung passen offensichtlich nicht zur Annahme, dass es auf Merkur Pratt-Isostasie gibt. Liegt also eine andere Form von Isostasie vor?

Die Airy-Isostasie geht davon aus, dass die Höhe oder Mächtigkeit von Krustenabschnitten abhängig von der Topographie der Oberfläche erheblich variiert. Dort, wo an der Planetenoberfläche ein Berg zu sehen ist, könnte es am unteren Ende der Kruste ein Art nach unten zeigende Wurzel geben. Dabei könnten Berg und Wurzel genau die Masse an Mantelmaterial verdrängen, die sie selbst zusammen besitzen, genau so wie ein Eisberg mit seinen über und unter Wasser liegenden Bereichen und Massen in Summe die gleiche Masse an Wasser verdrängt. Auf Merkur sollte die Kruste in tiefliegenden Bereichen wie Kratern recht dünn sein, der Mantel nicht weit entfernt von der Oberfläche. Ein gebirgiger Planetenausschnitt würde die gleiche Dichte haben wie einer mit Kratern an der Oberfläche.

Für eine zweidimensionale Betrachtung funktionierte die beschriebene Betrachtungsweise laut Sori perfekt, für einen sphärischen Körper jedoch nicht wirklich gut. Eine jüngst von Isamu Matsuyama und Douglas Hemingway entwickelte Formel half aber. Sie verwendet den Druck, den die Kruste auf den Mantel ausübt, um die Mächtigkeit der Kruste zu bestimmen, statt eine Beziehung der Massen von Krusten- und Mantelanteilen, und liefert damit genauere Daten.

Sori ist sich sicher, dass sich seine Einschätzung zur Dicke der Kruste, die sich insbesondere auf Merkurs Nordhalbkugel bezieht, bestätigen wird, wenn weitere Daten am Merkur gesammelt werden können. Hinsichtlich seiner Abschätzung zur Dichte der Kruste ist Sori indes nicht so sicher.

Messenger hat zur Nordhalbkugel Merkurs deutlich mehr Daten erfasst als zur Südhalbkugel. Sori glaubt, dass sich die Abschätzung der Dichte der Oberfläche noch ändern wird, wenn mehr Daten zur gesamten Oberfläche vorliegen. Eine Anschlussstudie hält er schon jetzt für erforderlich.

Die nächste Raumsonde, die Merkur erreichen wird, ist BepiColombo. Das Raumfahrzeug entstand in einer Zusammenarbeit der Europäischen Raumfahrtagentur (European Space Agency, ESA) und der japanischen Agentur für Luft- und Raumfahrtforschung (Japan Aerospace Exploration Agency, JAXA). Es soll nach derzeitigem Planungsstand am 5. Oktober 2018 auf einer Ariane-5-ECA-Rakete gestartet werden. Einen Orbit um Merkur würde BepiColombo, wenn alles gut geht, dann am 5. Dezember 2025 erreichen.

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• Planet Merkur

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Autor: Star-Light .

Der Merkur ist der innerste Planet unseres Sonnensystems und damit der Sonne am nächsten. Er ist benannt nach dem römischen Gott des Handels.
Außerdem ist Merkur der kleinste Planet mit Sonnensystem mit 4.880 km Durchmesser. Nimmt man einen Kreis mit dem Äquatordurchmesser der Erde haben zweieinhalb Merkure nebeneinander darin Platz. Lange dachte man der Merkur umkreist die Sonne in einer gebundenen Rotation. Das würde bedeuten, dass er der Sonne immer dieselbe Seite zuwendet weil die Eigendrehung genau so lang dauert wie ein Umlauf um die Sonne. Heute weiß man, dass der Merkur in 59 Erdtagen einmal um sich selbst kreist und 88 Tage für einen Sonnenumlauf benötigt.

Merkur fehlt eine dichte Atmosphäre, die für eine Temperaturverteilung sorgen könnte. Auf der sonnenzugewandten Seite kann die Temperatur auf über 400 Grad Celsius steigen und auf der abgewandten Seite auf unter -170 Grad fallen. Jahreszeiten, wie auf der Erde, gibt es auf Merkur nicht. Seine Achse ist gegenüber der Ekliptikebene nur um 2,11 Grad geneigt. Eine weitere Besonderheit ist die hohe Bahnexzentrizität. Das bedeutet Merkur bewegt sich nicht in einer Kreisbahn um die Sonne, sondern in einer eher elliptischen Bahn. Diese verschiebt sich auch noch alle 100 Jahre um 1,56 Grad und ist gegenüber der Erdumlaufbahn um 7 Grad geneigt. Die NASA hat Zahlen, Daten und Fakten zum Merkur im Mercury Fact Sheet in englischer Sprache zusammengestellt.

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Ein Beitrag von Martin Knipfer. Quelle: JHU/APL, ESA, DLR.

Vor fast elf Jahren, am 3. August 2004, startete am Weltraumbahnhof in Cape Canaveral eine Delta II-Rakete. Bei ihrer Nutzlast handelte es sich um eine Raumsonde der US-amerikanischen Luft- und Raumfahrtagentur NASA mit einer Masse von etwa einer Tonne: MESSENGER (Mercury Surface, Space Environment, Geochemistry and Ranging). Ihr Ziel war Merkur, der sonnennächste Planet unseres Sonnensystems. Bei ihm handelt es sich um einen Gesteinsplaneten, der den extremen Bedingungen in der Nähe der Sonne ausgesetzt ist, nämlich hohen Temperaturen und starker Strahlung. Um sich hiervor zu schützen, verfügte MESSENGER über einen Sonnenschild mit dem Abmessungen 2 x 2,5 Metern, lediglich die Solarzellen und der Ausleger des Magnetometers ragten heraus. Die Sonde selbst verfügte neben den für Raumsonden üblichen Komponenten wie Kommunikationssystemen, einem Antrieb oder der Steuerelektronik über insgesamt sieben verschiedene wissenschaftliche Instrumente, um den Planeten näher zu erforschen:

– Mercury Dual Imaging System (MDIS): Hierbei handelte es sich um eine Weitwinkel- und Schmalwinkelkamera, mit der Nahaufnahmen einzelner, interessanter Gebiete und Stereobilder für eine topografische Erfassung der Oberfläche im sichtbarem Licht gemacht werden sollten. – Gamma-Ray and Neutron Spectrometer (GRNS): Mit diesem Instrument sollte die chemische Zusammensetzung des Merkur bestimmt werden. Dazu verfügte es über zwei Spektrometer, das eine erfasste Gammastrahlung, das andere Niedrigenergie-Neutronen.

– Magnetometer (MAG): Dieses Instrument war auf einem Ausleger angebracht, damit keine Störungen durch das Magnetfeld der Sonde auftreten. Mit ihm sollte die Magnetosphere des Merkur vermessen werden. – Mercury Laser Altimeter (MLA): Das MLA sollte Laserpulse aussenden, aus deren Laufzeit sich dann Rückschlüsse auf die Topografie der Oberfläche ergeben sollten. – Mercury Atmospheric and Surface Composition Spectrometer (MASCS): Mit diesem Spektrometer sollte die Zusammensetzung der Merkur-Atmosphäre analysiert werden. – Energetic Particle and Plasma Spectrometer (EPPS): Mit diesem Instrument sollte die Verteilung und Beschaffenheit von geladenen Teilchen in der Atmosphäre erforscht werden. – X-Ray Spectrometer (XRS): Elemente auf der Oberfläche des Merkur können durch die Strahlung der Sonne angeregt und dabei Röntgenstrahlung aussenden. Diese Röntgenstrahlung kann von XRS aufgespürt werden, wodurch erneut die chemische Zusammensetzung des Planeten genauer untersucht werden sollte. Daneben konnte noch die Kommunikationsantenne an Bord dazu verwendet werden, um mithilfe des Dopplereffekts auf minimale Geschwindigkeitsveränderungen der Sonde und so auf die Verteilung der Masse des Planeten zu schließen.

Nach dem Start wurde 2005 ein Swingby an der Erde durchgeführt, um Schwung für die Reise zum Merkur zu holen. Es folgten zwei Flybys an der Venus 2006 und 2007, während denen auch das erste Mal während des Fluges die Instrumente von MESSENGER aktiviert wurden. Dann, am 14. Januar 2008, erreichte die Raumsonde zum ersten Mal den Merkur. Dieses Mal flog sie noch an ihm mit einem Abstand von etwa 200 km vorbei, genauso wie im Oktober 2008 und im September 2009. Bei diesen Swing-Bys wurden nicht nur die Geschwindigkeit von MESSENGER abgebaut, sondern auch erste Messungen durchgeführt und die Oberfläche teilweise kartographiert. Lediglich bei dem letzten Swing-By konnten keine Daten gesammelt werden, weil die Sonde sich unerwartet in den abgesicherten Modus schaltete. Knapp zwei Jahre später, am 18. März 2011, war es dann soweit: MESSENGER zündete sein Haupttriebwerk. Durch diese Geschwindigkeitsänderung um 862,4 m/s gelang es der Raumsonde, in eine Umlaufbahn um den Merkur einzuschwenken. Im April begann dann die erste wissenschaftliche Untersuchungskampagne, die zunächst ein Jahr dauern sollte. Im März 2012 und 2013 wurde diese bis zum März 2015 verlängert.

Nach dieser äußerst erfolgreichen Mission stand diesen April das Ende bevor: Die Raumsonde sollte auf dem Merkur einschlagen. Mit den letzten Tropfen Treibstoff wurde die Umlaufbahn in insgesamt sieben Manövern ein letztes Mal angehoben. Nachdem das Hydrazin aufgebraucht war, begann man bei den letzten vier Manövern, stattdessen den Heliumvorrat zu verwenden. Die letzte dieser Bahnanhebungen wurde am 28. April durchgeführt. Da diese letzten Orbits nur noch in geringer Höhe (5 bis 35 Kilometer) über der Oberfläche stattfanden, gelang es den Wissenschaftlern, noch ein paar letzte Nahaufnahmen von Merkur zu machen. Allen Bemühungen zum Trotz war es dann in den Abendstunden des 30. Aprils soweit: Durch die Schwerkraft der Sonne wurde MESSENGERs Umlaufbahn so stark gestört, dass die Raumsonde planmäßig mit einer Geschwindigkeit von 3, 91 km/s auf die Oberfläche des Planeten stürzte, den sie so lange umrundet hatte. Dieser Einschlag fand auf der sonnenabgewandten Seite des Merkur statt, vermutlich entstand bei dem Aufprall ein neuer Krater mit einem Durchmesser von etwa 16 Metern.

Wegen der harschen Bedingungen in seiner Nähe stattete neben MESSENGER bisher nur eine andere Raumsonde Merkur einen Besuch ab: Mariner 10 1974. Anders als MESSENGER schwenkte diese nicht in eine Umlaufbahn um den Planeten ein, sondern flog nur dreimal an ihm vorbei. Dabei konnten lediglich 45 % seiner gesamten Oberfläche fotografiert werden. Auch eine Erforschung durch erdgebundene Teleskope gestaltet sich als schwierig. MESSENGER gelang es dagegen während seiner Mission, die gesamte Oberfläche des Merkur zu kartographieren. Fast 256.000 Bilder wurden zur Erde gesendet, zehn Terrabyte Daten gesammelt. Auch wurden Ende 2013 die beiden Kometen ISON und Encke vom Merkurorbit heraus beobachtet. Darüber hinaus gelang es MESSENGER, zahlreiche neue Erkenntnisse über den Merkur zu gewinnen:

Vulkanismus: Bisher ist man davon ausgegangen, dass Merkur wegen seiner geringen Größe geologisch weitgehend inaktiv war. Durch MESSENGER kam man nun zu einem anderen Schluss: XRS fand große Mengen Schwefel auf der Oberfläche, größtenteils auf der Nordhalbkugel. Auch konnten auf Bildern Gebiete erkannt werden, die offensichtlich durch vulkanische Aktivität geprägt wurden. Dort fanden sich große, glatte Flächen und sogar Vulkankrater. Der Grund dafür könnte darin liegen, dass Merkur über einen außergewöhnlich großen und dichten Kern aus Nickel und Eisen verfügt. Darüber existiert eine dünne Gesteinskruste. Da sich der Kern im Inneren des Planeten abkühlt und sich so zusammenzieht, „schrumpft“ Merkur jährlich um einige Kilometer.

Eis in Kratern: An dem Nordpol finden sich zahlreiche Krater, in die nie ein Sonnenstrahl trifft. Bereits bei ihrer Entdeckung wurde vermutet, dass sie aufgrund der Kälte in ihrem Inneren Wassereis enthalten könnten. Inzwischen gilt diese Theorie als bestätigt: Das Arecibo-Radioteleskop und das MLA-Instrument hat in den Kratern reflexierende Flächen ausfindig gemacht, mit dem GNRS konnte überschüssiger Wasserstoff in den Kratern gemessen werden und die Temperaturen sind niedrig genug. Über den Eisschichten existiert eine 10 bis 20 cm dicke Schicht aus dunklen, organischen Materialien, die das Eis isolieren. Sie ist wahrscheinlich durch Einschläge von Kometen und Asteroiden entstanden. Auch glaubt man mittlerweile, optische Aufnahmen des Wassereises gemacht zu haben. Insgesamt existieren wohl einer bis 100 Milliarden Kubikmeter Wassereis auf dem Merkur.

Magnetfeld: Bereits in den 70ern wies Mariner 10 ein Magnetfeld auf dem Merkur nach, das etwa ein Prozent der Stärke des Erdmagnetfelds besaß. Ungewöhnlich ist es, dass dieses Magnetfeld asymmetrisch ist: Es ist auf der Südhalbkugel wesentlich stärker als auf der Nordhalbkugel. Da ein Magnetfeld für gewöhnlich durch Zirkulationen geschmolzener Materialien in einem Metallkern entstehen, müsste Merkurs Magnetfeld wesentlich stärker sein. Der Ursprung von Merkurs Magnetfeld ist also weiterhin unklar, genauso wie für seine Asymmetrie.

MESSENGER wird nicht die letzte Mission zum Merkur darstellen: Es wird bereits an einer weiteren Raumsonde zu dem sonnennächsten Planeten gearbeitet, BepiColombo. Diese wird nicht mehr nur aus einer Raumsonde, sondern gleich aus zwei Orbitern und einer Transferstufe bestehen. Beide Orbiter werden auf der Transferstufe, die über einen chemischen und einen solar-elektrischen Antrieb verfügt, angebracht sein: Oben unter einem Sonnenschild der MMO-Magnetosphärenorbiter (Mercury Magnetospheric Orbiter, drallstabilisiert, Kaltgastriebwerke), darunter der MPO-Fernerkundungsorbiter (Mercury Planetary Orbiter, dreiachsenstabilisiert, Hydrazinantrieb). Die Transferstufe und der MPO werden von der europäischen Raumfahrtagentur ESA gebaut, der MMO von der japanischen JAXA. Nach mehreren Vorbeiflügen an der Erde, der Venus und dem Merkur wird die Transferstufe abgeworfen und beide Orbiter schwenken mithilfe ihres eigenen Antriebs in eine Merkurumlaufbahn ein. 2017 soll die Raumsonde auf einer Ariane 5-Rakete starten, 2024 sollen die Orbiter in den Orbit einschwenken. Wer weiß, vielleicht finden sie sogar den Einschlagskrater von MESSENGER?

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Der Beitrag Tschüss, MESSENGER! erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Stephan Keller. Quelle: Johns Hopkins University / NASA.

Die MESSENGER Sonde hat vor wenigen Tagen ein Bahnmanöver zur Anhebung des Periels durchgeführt. Dies war das erste von insgesamt vier Manövern zur Verlängerung der Lebensdauer der Sonde. Die nächsten Manöver finden im September, Oktober und schließlich im Januar 2015 statt.
Dabei werden für einige Minuten am entferntesten Punkt von Merkur die Einstofftriebwerke gezündet. Dies hat eine Anhebung des planetennähesten Punktes zur Folge, was wiederum heißt, dass die Sonde länger um den Planeten kreisen kann, bevor sie auf der Oberfläche zerschellen wird. Leider reicht der Treibstoff nur noch für diese drei Manöver aus. Danach wird MESSENGER voraussichtlich im März 2015 auf Merkur einschlagen. Trotz dieser und anderer Schubmanöver ist im Laufe der Mission dabei der merkurnächste Punkt von etwa 200 Kilometer auf bis zu 50 Kilometer angesunken.

Was ein baldiges Ende für die Raumsonde bedeutet, ist aber gleichzeitig Glück für die Wissenschaftler, denn ja näher die Sonde und somit die Instrumente an die Oberfläche des Planeten kommen, desto höher ist deren Auflösung und sind die Daten entsprechend aussagekräftiger.

Durch die extreme Nähe der Sonde zur Oberfläche profitieren insbesondere drei Sparten: Geologie, Geochemie und planetare Gravimetrie sowie Magnetologie. Die Geologie kann die Daten der Instrumente Mercury Dual Imaging System (MDIS), Mercury Laser Altimeter (MLA) und das Mercury Atmospheric and Surface Composition Spectrometer (MASCS) am besten verwerten und dabei Rückschlüsse auf den Ursprung des Vulkanismus auf Merkur ziehen, vulkanischen Schmelzflussverläufe beobachten und auch tektonische Eigenschaften bestimmen. Darüber hinaus werden Phänomene wie die hohe Anzahl der Einschlagkrater untersucht oder die planetare Schrumpfung, welche Merkur in seiner frühen Phase durchlebte. Durch die geringere Höhe der Sonde kann all dies besser untersucht werden und selbst unerwartete Ergebnisse wie Permafrost in Kratern, der Schichtaufbau der Kraterwände und die Höhlenbildung können intensiver erforscht werden als bisher.

Der Beitrag Messengers Ende weckt Freude bei Forschern erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Ralph-Mirko Richter. Quelle: JPL, CICLOPS, JHUAPL.

Am 19. Juli 2013 wurde das aus einer Telekamera (NAC) und einer Weitwinkelkamera (WAC) bestehenden ISS-Kameraexperiment, eines der insgesamt 12 an Bord der Raumsonde Cassini befindlichen wissenschaftlichen Instrumente, dazu eingesetzt, um das Ringsystem des Saturn im Gegenlicht der Sonne abzubilden. Hierbei geriet auch unser Heimatplanet in das Aufnahmefeld der Kamera (Raumfahrer.net berichtete).

Insgesamt fertigten die beiden Kameras von Cassini 323 Aufnahmen an, welche derzeit von den Mitarbeitern der Mission bearbeitet und zu einem Gesamtporträt zusammengefügt werden. Aufgrund der Komplexität dieser Arbeit – das Mosaik teilt sich in 33 einzelne Aufnahmebereiche auf, welche jeweils mit verschiedenen Spektralfiltern abgebildet wurden – werden voraussichtlich noch mehrere Wochen vergehen, bis das gesamte Porträt des Saturn-Systems der Öffentlichkeit präsentiert werden kann. Der Teilausschnitt, auf dem die Erde erkennbar ist, wurde jedoch bereits am gestrigen Tag von der US-amerikanischen Weltraumbehörde NASA veröffentlicht.

Erde und Mond vom Saturn
Zeitgleich mit der Weitwinkelkamera wurde auch die nochmals deutlich höher auflösende NAC-Kamera dazu eingesetzt, um speziell die Erde abzubilden. Hierbei gelang es den für den Betrieb der ISS-Kamera verantwortlichen Wissenschaftlern vom Cassini Imaging Central Laboratory for Operations (kurz „CICLOPS“) erstmals, auch den Erdmond aus dem Saturnorbit heraus erfolgreich wiederzugeben.

„Auf diesem Porträt der Erde können wir zwar keine einzelnen Kontinente oder gar Menschen erkennen. Dieser kleine blaue Punkt ist jedoch eine bündige Zusammenfassung und zeigt, wo wir alle uns am 19. Juli aufgehalten haben“, so Linda Spilker, die Projektmanagerin der Cassini-Mission am Jet Propulsion Laboratory (JPL) der NASA in Pasadena/USA. „Die Cassini-Aufnahme erinnert uns daran, wie klein unser Heimatplanet in der Unendlichkeit des Alls ist und ist gleichzeitig ein Zeugnis für den Erfindungsreichtum ihrer Bewohner, welche in der Lage sind, eine Raumsonde in die Weiten des Weltalls zu schicken, den Saturn zu untersuchen und von dort aus ein Bild von der Erde anzufertigen.“
Die jetzt angefertigten Aufnahmen werden in ihrer finalen Fassung das dritte im Gegenlicht der Sonne erstellte Mosaik des Saturnsystems ergeben und dürften nicht nur für die interessierte Öffentlichkeit einen spektakulären Anblick bieten. Auf diesen Aufnahmen können die an der Cassini-Mission beteiligten Wissenschaftler besonders gut die Dichte, die Struktur und die Zusammensetzung der einzelnen Ringe analysieren, welche in der Regel aus lediglich millimetergroßen Partikeln aus Eis und Staub bestehen. Auf früher angefertigten Gegenlichtaufnahmen konnten zum Beispiel zuvor nicht bekannte Ringe entdeckt werden.
Erde und Mond vom Merkur
Aber nicht nur aus dem Saturnorbit heraus wurden am vergangenen Wochenende Aufnahmen von der Erde erstellt. Auch von der anderen Seite des Sonnensystems konnte das Erde-Mond-System erfolgreich abgebildet werden.

Bereits am 18. März 2011 trat die von der US-amerikanischen Weltraumbehörde NASA betriebene Raumsonde Messenger nach einem fast sieben Jahre dauernden Flug durch das innere Sonnensystem in eine Umlaufbahn um den Planeten Merkur ein und untersuchte diesen innersten Planeten unseres Sonnensystems in den folgenden Jahren mit den sieben an Bord der Raumsonde befindlichen wissenschaftlichen Instrumenten eingehend. Seit dem Februar 2013 wird das Kamerasystem des Orbiters, das Mercury Dual Imaging System (kurz „MDIS“) neben der Abbildung der Merkuroberfläche gelegentlich auch dazu eingesetzt, um in der Umgebung des sonnennächsten Planeten in unserem Sonnensystem nach bisher nicht entdeckten Merkur-Monden zu suchen.

Im Februar 2013 befand sich der Merkur auf seiner stark elliptischen Umlaufbahn um die Sonne im Bereich seiner größten Sonnenentfernung. Dadurch bedingt waren die Sensoren der Kamera relativ niedrigen Umgebungstemperaturen ausgesetzt, was wiederum dazu führte, dass sich das „Rauschen“ auf den Aufnahmen der MDIS-Kamera auf einen minimalen Wert beschränkte. Ein solches Rauschen vermindert die Qualität der angefertigten Aufnahmen und führt dazu, dass eventuell vorhandene Monde, welche über einen nur geringen Durchmesser verfügen dürften, auf den Aufnahmen nicht erkennbar wären. Die Kehrseite der Medaille besteht darin, dass eventuell vorhandene Merkur-Monde im Bereich des sonnenfernsten Punktes der Merkurbahn entsprechend weniger Licht von der Sonne reflektieren und somit auf Kameraaufnahmen dunkler erscheinen dürften.

Das von Clark Chapman vom SwRI geleitete Team für die Mondsuche musste deshalb entscheiden, ob man ein „Rauschen“ auf den Bildern in Kauf nimmt oder bei einem minimalen Rauschen in einer größeren Entfernung zur Sonne nach lichtschwächeren Objekten Ausschau hält. Letztere Option hat dabei den Zuschlag bekommen, führte bisher aber noch zu keinem positiven Beobachtungsergebnis. Die im Februar 2013 gesammelten Daten werden gegenwärtig immer noch von den Mitarbeitern der Messenger-Mission ausgewertet.
Inzwischen wurde die Suchmethode allerdings noch weiter verfeinert. Die MDIS-Kamera nimmt bei entsprechenden Beobachtungskampagnen innerhalb eines bestimmten Zeitraumes mehrere Bilder in unterschiedlichen Zeitintervallen auf, wobei eine möglichst lange Belichtungszeit verwendet wird. Abhängig von der Entfernung zwischen Merkur und Messenger – die Suche erfolgt bei Entfernungen, welche zwischen dem 2,5-fachen und dem 25-fachen Merkurradius liegen – beträgt der Zeitintervall zwischen den einzelnen Bildern mehrere Sekunden bis hin zu fast einer Stunde. Theoretisch, so die beteiligten Wissenschaftler, kann die Kamera auf ihrer Suche nach Merkurmonden auf diese Weise Objekte auflösen, welche über einen Durchmesser von lediglich etwa 100 Metern verfügen.

Derzeit findet eine weitere Suchkampagne nach Merkur-Monden statt. Im Rahmen dieser Kampagne bildete die Kamera von Messenger am 19. und 20. Juli auch mehrfach einen Bereich des Weltalls ab, in dem sich zu diesem Zeitpunkt die Erde befand. Aus einer Distanz von rund 98 Millionen Kilometern konnte dabei auch die MDIS-Kamera die Erde und den Mond räumlich trennen und in Schwarz-Weiß wiedergeben. Beide Objekte nehmen dabei weniger als eine Pixel ein. Aufgrund der langen Belichtungszeit wurden Erde und Mond dabei allerdings überbelichtet, weshalb die beiden Himmelskörper deutlich größer und zudem „verzerrt“ erscheinen.

Die nebenstehende Aufnahme zeigt einen Teilbereich des Himmels, welcher die Grenzregion zwischen den beiden Sternbildern Schütze und Schild bildet. Ebenfalls im Aufnahmebereich befindet sich dabei der Zwergplanet Pluto, welcher allerdings viel zu lichtschwach ist, um durch die MDIS-Kamera aufgelöst zu werden.

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Verwandte Internetseiten:

CICLOPS (engl.)

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Ein Beitrag von Roland Rischer. Quelle: Olaf Frohn, The Planetary Society, APOD.

Allein bei dem, was man zur Erforschung des Sonnensystems angekündigt, modifiziert, durchgeführt, verschoben oder verworfen hat, kann selbst der interessierte Laie und so mancher Profi schnell den Überblick verlieren. The Planetary Society veröffentlicht regelmäßig eine kompakte Visualisierung.

Raumfahrer.net bietet eine breite Abdeckung dieses Themenbereiches. Die Übersicht der Planetary Society verknüpft mit den jeweils aktuellsten Beiträgen bei Raumfahrer.net ergibt eine schnelle und in die Tiefe gehende, deutschsprachige Informationsmöglichkeit, nicht zuletzt auch wegen der weiterführenden Links. Bereits die Aufzählung der aktuellen und anstehenden Missionen in Richtung Sonne, Planeten, Monde, Kometen und Asteroiden ist beeindruckend:

Sonne

• SOHO – Solar and Heliospheric Observatory
• STEREO A und B – Solar Terrestrial Relations Observatory
• SDO – Solar Dynamics Observatory
• ACE – Advanced Composition Explorer

Merkur

• MESSENGER – Mercury Surface, Space Environment, Geochemistry and Ranging

Venus

• Venus Express
• Akatsuki

(Erd-)Mond

• ARTEMIS P1 und P2 – Acceleration, Reconnection, Turbulence and Electrodynamics of the Moon’s Interaction with the Sun
• LRO – Lunar Reconnaissance Orbiter

Mars

• Mars Express
• Mars Science Laboratory Curiosity
• Mars Exploration Rover Opportunity
• Odyssey
• MRO – Mars Reconnaissance Orbiter

Asteroiden/Kometen

• ICE – International Cometary Explorer
• Deep Impact
• Dawn
• Chang’ e 2
• Rosetta

Jupiter

• Juno

Saturn

• Cassini-Huygens

Pluto und darüber hinaus

• New Horizons
• Raumcon-Forum Voyager/Pioneer
• Pioneer 10
• Voyager 1
• Voyager 2

Geplante Starts

• 2013 LADEE – Lunar Atmosphere and Dust Environment Explorer
• 2013 MAVEN – Mars Atmosphere and Volatile Evolution
• 2013 Mars Orbiter Mission (Mangalyaan)
• 2013 Chang’e 3 (Mondlandung)
• 2014 DSCOVR – Deep Space Climate Observatory
• 2014 Hayabusa 2 (Asteroiden-Probenentnahme)
• 2015 BepiColombo (Merkur-Mission)
• 2015 Chang’e 4 (Mondlandung)
• 2015 Luna-Glob 1
• 2016 ExoMars Trace Gas Orbiter
• 2016 InSIGHT – Interior Exploration using Seismic Investigations, Geodesy and Heat Transport (Marslandung)
• 2016 OSIRIS-REx – Origins-Spectral Interpretation-Resource Identification-Security-Regolith Explorer (Asteroiden-Probenentnahme)
• 2016 Luna-Glob 2
• 2017 Solar Orbiter
• 2017 Orion EM-1 (bemannte Mondumrundung)
• 2018 Chang’e 5 (Mondlandung)
• 2018 Solar Probe Plus
• 2018 ExoMars Rover
• 2020 US Mars Rover
• 2022 JUICE – Jupiter Icy Moons Explorer

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