Merkur und Missionen



Der Merkur

 Merkur
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Merkur ist der innerste der Planeten unseres Sonnensystems. Die Nähe zur Sonne macht die Erkundung des Merkur durch Satelliten problematisch, da eine relativ große Treibstoffmenge zur Abbremsung der Raumsonde vor dem Einschwenken in die Umlaufbahn mitgeführt werden muß. Daneben ergeben sich technische Probleme durch die hohe solare Strahlungsleistung in der Umgebung des Planeten.

Aus der Masse des Merkurs und dem mittleren Radius berechnet man eine mittlere Dichte von 5430 kg/m³. Dieser Wert liegt zwischen denen der Erde und der Venus. Berücksichtigt man aber die sehr viel kleinere Masse des Merkur im Vergleich zu Erde und Venus und die daher sehr viel geringere Kompression durch Eigengravitation, so erhält man eine mittlere Dichte bei Standardbedingungen von etwa 5300 kg/m³. Diese Dichte ist erheblich größer als die entsprechenden Werte der Erde und der Venus von 4000 bis 4100 kg/m³. Daraus folgert man, daß der Anteil von Eisen an der Zusammensetzung des Merkurs erheblich größer als bei den vorgenannten Planeten sein und mehr als 50 % der Masse betragen muß. Es wird heute allgemein davon ausgegangen, daß sich dieses Eisen hauptsächlich in einem großen Kern befindet.

Die Rotationsperiode des Merkurs beträgt rund 60 Erdtage. Sie befindet sich in einer 2:3 Spin-Orbit-Kopplung mit der Umlaufperiode. Der Grund für diese ungewöhnliche Kopplung ist in der großen Bahnexzentrizität von 0,206 zu suchen. Bei niedrigen Bahnexzentrizitäten führt die Gezeitenentwicklung der Rotationsperiode in der Regel zu einer 1:1 Kopplung. Die 2:3 Kopplung bei Merkur hat zur Folge, daß die Rotationswinkelgeschwindigkeit der Bahnwinkelgeschwindigkeit im Perihel entspricht und die Achse des Gezeitenbergs im Perihel auf die Sonne zeigt. Dadurch wird das Drehmoment auf Merkur minimiert und die Kopplung stabilisiert. Die Entwicklung in die 2:3 Kopplung wird erleichtert, wenn der Kern des Merkurs geschmolzen ist. Die Amplituden der Gezeiten und die Gezeitendissipationsrate eines Planeten sind größer, wenn der Kern flüssig ist. Wegen der großen Rotationsperiode des Merkurs ist die Abplattung des Planeten gering.

 Merkur - Caloris Becken
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Der bekannte Teil der Oberfläche des Merkurs ähnelt der Mondoberfläche. Aufnahmen des Merkurs zeigen kraterbedeckte Flächen mit gesättigter Kraterdichte aber auch solche, deren Kraterdichte untersättigt ist. Sättigung ist erreicht, wenn neu hinzukommende Krater die Kraterstatistik nicht mehr verändern können da sie gleichzeitig bestehende Krater überdecken. Darüber hinaus gibt es Ebenen mit relativ geringer Kraterdichte sog. "smooth plains" und sogenannte Multiringbecken. Das größte dieser Einschlagbecken ist das sogenannte Calorisbecken mit einem Durchmesser von 1550 km. Die smooth plains haben eine relativ geringe Albedo und könnten vulkanischen Ursprungs sein. Die Oberfläche zeigt weiterhin eine Reihe von Verwerfungen, die auf die Kontraktion als Folge der Abkühlung des Planeten zurückgeführt werden. Andere Rücken könnten vulkanischen Ursprungs sein.

Merkur ist neben der Erde der einzige terrestrische Planet, der ein selbst erzeugtes intrinsisches Magnetfeld besitzt. Ähnlich wie bei der Erde wird das Magnetfeld vermutlich durch Konvektionsströme im flüssigen metallischen Kern (bzw. in einem flüssigen äußeren Kern) des Merkur generiert. Der Nachweis eines Magnetfeldes des Merkurs war eines der wichtigsten Resultate der ersten Merkurmission MARINER 10.

Der kleinste Abstand zur Sonne (Perihel) beträgt 46,00×106 km (0,3075 AU), der größte (Aphel) 69,82×106 km (0,4667 AU). Das Kürzel "AU" steht hierbei für "Astronomical Unit", Astronomische Einheit, und ist die mittlere Entfernung Erde-Sonne (149,6 Mio. km). Die Bahngeschwindigkeiten sind aufgrund der Nähe zur Sonne hoch: 58,98 km/s im Perihel, 38,86 km/s im Aphel und im Mittel 47,87 km/s (172008 km/h). Umgeben ist der Merkur mit einer sehr dünnen Gasschicht (p ≈ 10-15 bar), die sich im Wesentlichen aus Sauerstoff, Natrium, Wasserstoff und Helium zusammensetzt. Aufgrund der Nähe zur Sonne und einer wenig dichten Atmosphäre herrschen Temperaturen von -183°C (Nachtseite) bis 467°C (Tagseite).

Parameter Merkur
Parameter Größe
Perihelabstand (kleinster Absatnd zur Sonne [griech. Helios]) 0,3075 AU (46,00 Millionen km)
Aphelabstand (größter Abstand zur Sonne) 0,4667 AU (69,82 Millionen km)
Siderische Periode (Dauer für einen Umlauf um die Sonne; Merkurjahr) 87,97 Tage
Rotationsdauer (Zeit für eine Drehung um die Merkur-Rotationsachse) 58,646 Tage
Merkurtag (Dauer zwischen zwei Sonnenhöchstständen) 176 Tage
Durchschnittliche Bahngeschwindigkeit (um die Sonne) 47,87 km/s (172008 km/h)
Radius (mittlerer) 2440 km
Oberfläche (bezogen auf mittleren Radius) 7,48x107 km²
Volumen (bezogen auf mittleren Radius) 6,08x1010 km³
Masse 3,30x1026 kg
Durchschnittliche Dichte 5300 kg/m³
Fluchtgeschwindigkeit 4,25 km/s
Oberflächentemperatur -183°C bis 467°C
Magnetische Feldstärke 4,9x1022 Gauß cm³
Bisherige Missionen

MARINER 10 (NASA), 1974

MESSENGER (NASA) gestartet 2004

Geplante Mission BepiColombo, ESA & JAXA, 2020

Bisherige Merkur Missionen

 MARINER 10
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Mariner 10: Mariner 10 wurde am 3. November 1973 gestartet (Atlas-Centaur-Trägerrakete) und realisierte insgesamt 3 Vorbeiflüge (29. März 1974, 21. September 1974 und 16. März 1975) am Merkur. Es konnten während der drei Vorbeiflüge u. a. insgesamt 3700 Aufnahmen von der Merkuroberfläche gemacht werden. Des Weiteren konnten grobe Erkenntnisse über die sehr dünne Atmosphäre und das Magnetfeld gemacht werden. Die MARINER 10 Sonde wog beim Start etwa 500 kg; rund 78 kg davon wogen die Instrumente an Bord. MARINER 10 war nicht dafür ausgelegt in einen stabilen Orbit um den Merkur einzuschwenken.

MESSENGER: Die MESSENGER (MErcury Surface, Space ENvironment, GEochemistry and Ranging) Sonde der NASA, die am 3. August 2004 ins All geschossen wurde (Delta II-Trägerrakete), ist die zweite unbemannte Mission zum Merkur. Am 14. Januar 2008 erfolgte der erste Vorbeiflug (minimale Höhe: 200 km) am Merkur. Zwei weitere folgten am 6. Oktober 2008 und am 29. September 2009. MESSENGER soll den Planeten Merkur untersuchen und ist mit 7 wissenschaftlichen Nutzlasten ausgestattet. Die Sonde hatte eine Startmasse von 1100 kg (600 kg davon Treibstoffe). Der Hauptkörper mißt 1,27 m x 1,42 m x 1,85 m, der Hitzeschild 1,8 m x 2,5 m. Mit ausgefahrenen Solarpanelen beträgt die Breite etwa 6 m. Das Magnetometer (MAG) ist am Ende eines 3 m langen Auslegers befestigt. Der zur Verfügung stehende Leistung (Merkurorbit) liegt bei etwa 700 W. Im März 2011 ist MESSENGER erfolgreich in den Endorbit um den Merkur eingetreten. Das anvisierte Periherm liegt bei 200 km (über der Merkuroberfläche), das Apoherm in einer Höhe von 15193 km bei einer Inklination von 80°, das Periherm liegt bei einer geographischen Breite von 60°. Für eine Umkreisung des Merkurs benötigt die Messenger Sonde etwa 12 Stunden. Link auf die NASA Homepage MESSENGER. Link Messenger Aktivitäten des Instituts für Planetenforschung.

 MESSENGER
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Instrument Meßobjekt
MDIS Mercury Dual Imaging System Oberfläche Merkur (optischer Bereich)
GRNS Gama Ray and Neutron Spectrometer Kosmische Strahlung
MAG Magnetometer Magnetfeld Merkur
MLA Mercury Laser Altimeter Topographie Merkur
MASCS Mercury Athmospheric and Surface Spectrometer Atmosphäre + Oberfläche Merkur (UV, Vis. IR)
EPPS Energetic Particle and Plasma Spectrometer Magnetfeld + Exosphäre
RS Radio Science Gravitation


Kontakt
Prof.Dr. Jürgen Oberst
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)

Institut für Planetenforschung
, Planetengeodäsie
Tel: +49 30 67055-336

Fax: +49 30 67055-402

E-Mail: Juergen.Oberst@dlr.de
Fabian Lüdicke
Institut für Planetenforschung
, Planetengeodäsie
Tel: +049 30 67055-497

E-Mail: Fabian.Luedicke@dlr.de
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