Quelle: ESA.

Die BepiColombo-Mission der ESA und JAXA hat den ersten von zwei erforderlichen Vorbeiflügen an der Venus absolviert, um die Mission auf Kurs zum Merkur zu bringen – dem innersten Planeten unseres Sonnensystems.

Heute Morgen erreichte BepiColombo um 05:58 Uhr MESZ mit einer Entfernung von 10.720 km den kürzesten Abstand zur Planetenoberfläche.

Die am 20. Oktober 2018 gestartete Raumsonde benötigt insgesamt neun Vorbeiflüge – einen an der Erde, zwei an der Venus und sechs am Merkur, bevor sie 2025 schließlich in ihre Umlaufbahn eintritt. Während des Vorbeiflugs wurde die Gravitation des Planeten genutzt, um die Geschwindigkeit und Flugbahn der Raumsonde anzupassen. Sie hilft außerdem BepiColombo und seinem solarelektrischen Antriebssystem, soweit abzubremsen, um in eine Merkur-Umlaufbahn steuern zu können.

Der erste Vorbeiflug fand am 10. April dieses Jahres an der Erde statt und lieferte ergreifende Bilder von unserem Heimatplaneten, als die Welt aufgrund der COVID-19-Pandemie vor einer Abschottung stand.

Fliegen mittels Telearbeit
„Für den Vorbeiflug an der Venus haben wir den Großteil unserer Vorbereitungen in den letzten drei Monaten per Telearbeit durchgeführt, wobei während des Vorbeiflugs nur ein Minimum an Personal vor Ort erforderlich war, um den sicheren Betrieb des Raumfahrzeugs zu gewährleisten“, sagt Elsa Montagnon, Leiterin des BepiColombo-Flugkontrollteams bei der ESA.

Die kleine Gruppe im Missionskontrollzentrum der ESA in Darmstadt bestand aus vier Mitgliedern des Flugkontrollteams, die sich über einen Zeitraum von 36 Stunden in zwei Gruppen aufteilten. Sie schlossen sich mit einem Manager der Bodenstation und zwei Teammitgliedern zusammen, um die Bilder zu verwalten, während sie von der Raumsonde heruntergeladen wurden.

„Der Vorbeiflug selbst war sehr erfolgreich“, bestätigt Elsa. „Der einzige Unterschied zum normalen Betrieb in der Reisephase besteht darin, dass wir in der Nähe der Venus vorübergehend die Blende eines der Sterntracker schließen müssen, von denen erwartet wird, dass sie vom Planeten geblendet werden – vergleichbar damit, wenn man die Augen schließt, um den Blick auf die Sonne zu vermeiden.

Zwei der drei Überwachungskameras an Bord des Mercury Transfer Module wurden 20 Stunden vor der größten Annäherung aktiviert und blieben bis zu 15 Minuten nach dem Vorbeiflug aktiv. Aus der Ferne sieht man die Venus als kleine Scheibe im Sichtfeld der Kamera, die sich in der Nähe der Raumsonde befindet. Während der Annäherungsphase dominiert der Planet die Sicht.”

Wissenschaftliche Messungen
Sieben der elf wissenschaftlichen Instrumente an Bord des European Mercury Planetary Orbiter und seines Instruments zur Strahlungsmessung sowie drei von fünf an Bord des japanischen Merkur-Magnetosphärenorbiters waren während des Vorbeiflugs aktiv. Während die Sensoren für die Untersuchung der felsigen, atmosphärenfreien Umgebung am Merkur ausgelegt sind, bot der Vorbeiflug eine einzigartige Gelegenheit, wertvolle wissenschaftliche Daten von der Venus zu sammeln.

„Nach dem erfolgreichen Vorbeiflug an der Erde, bei dem unsere Instrumente noch besser funktionierten als erwartet, sind wir nun gespannt, was beim Vorbeiflug an der Venus herauskommen wird“, sagt Johannes Benkhoff, ESA-Wissenschaftler des BepiColombo-Projekts.

„Wir müssen geduldig sein, während unsere Venus-Spezialisten die Daten sorgfältig prüfen, aber wir hoffen, einige Temperatur- und Dichteprofile der Atmosphäre, Informationen über die chemische Zusammensetzung und die Wolkendecke sowie über die Wechselwirkung der magnetischen Umgebung zwischen Sonne und Venus liefern zu können. Wir rechnen im nächsten Jahr mit mehr Ergebnissen, wenn die Mission beim Vorbeiflug eine kleinere Distanz erreicht.“

Beim Vorbeiflug 2021, der für den 10. August geplant ist, wird die Raumsonde in einem Abstand von nur 550 km an der Planetenoberfläche vorbeifliegen.

Teleskop-Teamarbeit
Die heutige Begegnung bot auch die Möglichkeit, simultane Messungen mit dem Akatsuki Venus Climate Orbiter, dem erdumkreisenden Hisaki Spectroscopic Planet Observatory der JAXA und mit bodengestützten Observatorien durchzuführen, um die Venus aus verschiedenen Blickwinkeln und mit unterschiedlichen Messtechniken zu untersuchen.

„Akatsuki ist derzeit die einzige Raumsonde in der Umlaufbahn der Venus, und aufgrund ihrer elliptischen Umlaufbahn war sie während des Vorbeiflugs 30 Mal weiter vom Planeten entfernt als BepiColombo, was bedeutet, dass wir die planetennahen Beobachtungen von BepiColombo mit Akatsukis Fernbeobachtungen vergleichen können“, sagt Go Murakami, JAXA’s BepiColombo Project Scientist.

„Zurzeit läuft eine groß angelegte Kampagne koordinierter Beobachtungen, an der sowohl professionelle Astronomen als auch Amateurastronomen beteiligt sind, die ein dreidimensionales Bild davon vermitteln werden, was im Laufe der Zeit in der Venusatmosphäre geschieht – etwas, das mit einer Raumsonde oder einem Teleskop allein nicht erreicht werden kann“, sagt Valeria Mangano, Vorsitzende der Venus-Flyby-Arbeitsgruppe.

Die nächsten Schritte
Während die Wissenschaftsteams mit der Analyse der neuen Daten des Vorbeiflugs beschäftigt sind, werden die Einsatzteams am 22. Oktober die Leistung des Venus-Vorbeiflugs bewerten und eine routinemäßige Flugbahnkorrektur der Raumsonde vornehmen. Der nächste dedizierte solare elektrische Antriebsbogen ist für Mai 2021 geplant.

BepiColombo wird im Oktober 2021 seinen ersten Merkur-Vorbeiflug in einer Entfernung von nur 200 km durchführen und damit einen ersten Vorgeschmack auf das liefern, was folgen wird, wenn die beiden wissenschaftlichen Orbiter der Mission in ihren speziellen Umlaufbahnen um den Planeten angekommen sind. Dort werden sie die Geheimnisse des Merkurs untersuchen und dabei zahlreiche offene Fragen der Planetenwissenschaft behandeln, wie beispielsweise: Wo im Sonnensystem ist der Merkur entstanden? Welcher Art ist das Eis in den schattigen Kratern des Merkurs? Ist der Planet noch geologisch aktiv? Wie kann ein so kleiner Planet noch ein Magnetfeld haben?

„Mit jedem abgeschlossenen Vorbeiflug kommen wir der Beantwortung einiger dieser rätselhaften Fragen über den geheimnisvollen Planeten Merkur einen Schritt näher“, fügt Johannes hinzu. „Mehr über Merkur zu erfahren, wird Licht in die Geschichte des gesamten Sonnensystems bringen und uns helfen, unseren eigenen Platz im Weltraum besser zu verstehen.“

„Während die Gravitationshilfen eine praktische Funktion haben, um uns auf Kurs zum Merkur zu bringen, sind diese kurzen Gelegenheiten zur Beobachtung der Venus wunderbar, während wir durch das Sonnensystem fliegen“, sagt Simon Plum, ESA-Missionsleiter.

„Vielen Dank an die Teams, die in den letzten Monaten hinter den Kulissen hart gearbeitet haben, um diesen Vorbeiflug zu einem Erfolg zu führen. Während wir bei der Navigation durch das Sonnensystem mit unglaublich großen Entfernungen und einer enormen Leere arbeiten, haben wir es erneut mit Sondereinsätzen unter Pandemiebedingungen zu tun, bei denen der Abstand und die Sicherheit zwischen unseren Kollegen weiterhin oberste Priorität genießen“.

Aktuelle Informationen über die bevorstehenden Aktivitäten und die Analyse wissenschaftlicher Daten erhalten Sie auf Twitter unter: @ESA_Bepi, @ESA_MTM und @BepiColombo.

Über BepiColombo
BepiColombo ist die erste europäische Mission zum Merkur. Sie wurde am 20. Oktober 2018 gestartet und befindet sich auf einer siebenjährigen Reise zum kleinsten und am wenigsten erforschten Planeten in unserem Sonnensystem. Die Mission ist ein gemeinsames Bestreben der ESA und der Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA). Geleitet wird die Mission von der ESA.

BepiColombo besteht aus zwei wissenschaftlichen Orbitern: dem Mercury Planetary Orbiter (MPO) der ESA und dem Mercury Magnetospheric Orbiter (Mio) der JAXA. Das European Mercury Transfer Module (MTM) bringt die Orbiter zum Merkur. Nach der Ankunft auf dem Merkur Ende 2025 wird sich das Raumschiff trennen, die beiden Orbiter werden anschließend in ihre jeweiligen polaren Umlaufbahnen um den Planeten manövrieren und Anfang 2026 den wissenschaftlichen Betrieb aufnehmen. Dabei werden sie während einer einjährigen nominalen Mission – mit einer möglichen Verlängerung um ein Jahr – Daten sammeln.

Die Mission ist nach dem italienischen Mathematiker und Ingenieur Giuseppe (Bepi) Colombo (1920-84) benannt.

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Quelle: MPS.

Auf ihrem Weg zum sonnennächsten Planeten Merkur ändert die europäisch-japanische Raumsonde BepiColombo am kommenden Donnerstag, 15. Oktober, erneut ihren Kurs. Nach dem Erdvorbeiflug im April diesen Jahres steht zu diesem Zweck jetzt der erste von insgesamt zwei Venus-Vorbeiflügen an. Er führt die Raumsonde, die vor zwei Jahren ins All gestartet wurde, in einem Abstand von 10720 Kilometern an unserem Nachbarplaneten vorbei. Einigen der wissenschaftlichen Instrumente an Bord, zu denen auch das Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung (MPS) in Göttingen beigetragen hat, bietet sich dabei die Gelegenheit, Messungen in der Umgebung der Venus durchzuführen.

Als Nachbarplanet der Erde ist die Venus irdischen Besuch unbemannter Raumsonden gewohnt. Seit 1961 haben zahlreiche Missionen den Planeten angesteuert; die europäische Sonde Venus Express untersuchte ihn mehr als acht Jahre lang aus einer Umlaufbahn und seit 2015 ist die japanische Raumsonde Akatsuki vor Ort. „Trotz der erfolgreichen Langzeitbeobachtungen früherer Sonden ist ein Vorbeiflug nicht nur ein kritisches Flugmanöver, sondern auch von wissenschaftlichem Interesse“, erklärt Dr. Norbert Krupp vom MPS, der zum Wissenschaftsteam von BepiColombo gehört. Selbst eine Momentaufnahme wie die bevorstehende kann neue Erkenntnisse liefern oder zumindest ältere Messungen überprüfen oder verfeinern.

Die Möglichkeit dazu bietet sich BepiColombo in den nächsten Tagen. Der kleinste Abstand von 10720 Kilometern zwischen Venusoberfläche und Sonde wird am Donnerstag, 15. Oktober, um 5.58 Uhr (MESZ) erreicht; die Messkampagnen einzelner Instrumente beginnen bis zu zwei Tagen zuvor und dauern bis zu vier Tage.

Zehn der insgesamt 16 Messinstrumente von BepiColombo werden während des Vorbeiflugs Daten sammeln. Zu ihnen gehören das Plasma-Teilchen-Experiment MPPE (Mercury Plasma Particle Experiment), für das Forscherinnen und Forscher sowie Ingenieurinnen und Ingenieure des MPS Teile des Massenspektrometer MSA (Mass Spectrum Analyzer) entwickelt und gebaut haben, sowie das Instrument SERENA (Search for Exospheric Refilling and Emitting Natural Abundances Experiment), zudem das MPS Teile der Ionen-Kamera PICAM beigesteuert hat. Die übrigen sechs Instrumente von BepiColombo bleiben während des Vorbeiflugs ausgeschaltet. Die Raumsonde besteht aus zwei getrennten Sonden, dem Mercury Planetary Orbiter (MPO) und dem Mercury Magnetospheric Orbiter (MIO), sowie einem Transfermodul, die während der Anreise zum Merkur fest miteinander verbunden sind und so die Sicht einzelner Instrumente verdecken.

„BepiColombo wird sich der Venus von der Tagseite nähern und sich nach dem Vorbeiflug noch etwa acht Stunden im Ionenschweif der Venus aufhalten“, beschreibt Dr. Markus Fränz vom MPS die Flugbahn. „Für viele Fragestellungen, die die Magnetosphäre der Venus betreffen, ist das ausgesprochen günstig“, fügt der Wissenschaftler aus dem MPPE-Team hinzu.

Anders als die Erde besitzt die Venus kein starkes Magnetfeld, das tief in ihrem Innern entsteht und den Planeten wie eine Art Schutzschild umgibt. Allerdings wechselwirkt der Sonnenwind, der stetige Teilchenstrom von der Sonne, mit den geladenen Teilchen der Venus-Ionosphäre und erzeugt so ein vergleichsweise schwaches, induziertes Magnetfeld. Die geladenen Teilchen in der Umgebung der Venus sind darin nur schwach gebunden; auf der Nachtseite reichen sie in einer Art Ionenschweif weit ins All.

Die MPS-Forscher hoffen unter anderem darauf, dort Kohlenstoff-Ionen nachzuweisen. Sie dürften allenfalls in sehr kleinen Mengen vorkommen. „Die Messinstrumente von Venus Express konnten keine Kohlenstoff-Ionen identifizieren“, erklärt Fränz, der auch an der früheren Venus-Mission beteiligt war. Die möglicherweise vorhandenen Signale wurden von denen der deutlich häufigeren Sauerstoff-Ionen überdeckt. „BepiColombos Massenspektrometer MSA ist in der Lage, genauer zwischen Ionen ähnlicher Masse zu unterscheiden. Dieses Mal könnte es klappen“, so Fränz.

In welchen Mengen Kohlenstoff-Ionen in der Venus-Magnetosphäre auftreten, ist eine wichtige Information, die hilft, zahlreiche Prozesse in der Atmosphäre des Planeten zu verstehen. Der letzte und einzige Nachweis dieser Ionen gelang vor 24 Jahren dem Instrument CELIAS (Charge, Element and Isotope Analysis System), ebenfalls unter Mitwirkung des MPS, an Bord des erdnahen Sonnenspähers SOHO (Solar and Heliospheric Observatory) der ESA und NASA. In einem ausgesprochen seltenen Ereignis erlaubte damals ein sehr konstanter Sonnenwind eine Ausdehnung des Ionenschweifes der Venus bis zur Erdbahn, sodass eine Konjunktion mit Venus die Beobachtung mit SOHO ermöglichte. „Wir sind sehr gespannt, ob wir die Kohlenstoff-Messungen von damals bestätigen können“, so Fränz.

Die Nacht des Vorbeifluges dürfte für die MPS-Forscher dennoch eine ruhige werden. „Alle Befehle für die Instrumente sind bereits programmiert, wir greifen während des Vorbeiflugs nicht mehr ins Geschehen ein“, so MPS-Wissenschaftler Dr. Harald Krüger, Mitglied des Wissenschaftsteams von BepiColombo. Die Messdaten von SERENA und MPPE werden erst einige Tage später die Erde erreichen.

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