Die ESA-Mission BepiColombo ist seit Oktober 2018 auf ihrer nominal achtjährigen Reise zum sonnennächsten Planeten. An Bord befinden sich hochspezialisierte wissenschaftliche Instrumente, die dabei helfen, den bislang nur unzureichend verstandenen Himmelskörper Merkur zu erkunden.
Am 20. Oktober 2018 startete die Mission BepiColombo vom Weltraumbahnhof in Kourou in Französisch-Guayana. Das Gemeinschaftsprojekt der Europäischen Weltraumorganisation ESA und der japanischen Weltraumorganisation JAXA ist seitdem auf seiner achtjährigen Reise zum sonnennächsten Planeten, dem Merkur. Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) leistet mit zwei Instrumenten, dem Spektrometer MERTIS (Mercury Radiometer and Thermal Infrared Spectrometer) und dem Laser-Höhenmessgerät BELA (BEpiColombo Laser Altimeter) einen zentralen Beitrag zur wissenschaftlichen Nutzlast von BepiColombo. Die beiden Instrumente wurden vom DLR gebaut und während der Mission betrieben.
BepiColombo erreicht Umlaufbahn des Merkur im November 2026
Im November 2026 soll die BepiColombo-Sonde dann in die Umlaufbahn des Merkurs gelangen. Wissenschaftliche Ziele der Mission sind die Erforschung der Merkur-Oberfläche, die Einflüsse von Sonnenwinden, der innere Aufbau und die geologische Geschichte des Planeten, sowie die Wechselwirkungen mit der solaren Umgebung. Zudem sollen vergleichende Studien zur Entstehung des Sonnensystems entwickelt werden.
Wegen Sonnennähe komplizierte Route zum Merkur
Wegen der Nähe zur Sonne mit ihrer gewaltigen Anziehungskraft musste die Sonde bisher insgesamt neun Nahevorbeiflüge an der Erde, Venus und Merkur durchführen, um sich dem Planeten auf idealem Weg anzunähern. Auf dem Weg zum kleinsten Planeten des Sonnensystems, passierte die Raumsonde so einmal die Erde, zweimal den Planet Venus und ganze sechs Mal den Merkur selbst.
In den Nahevorbeiflügen, den sogenannten Swing-by-Manöver, nutzt die Raumsonde die Gravitationskraft der Planeten zur Bahnanpassung. Beispielsweise kann so die Fluggeschwindigkeit geändert werden. Die sind aus zwei Gründen wichtig, denn sie ermöglichen einerseits eine Treibstoffersparnis und sind zudem notwendig, damit die Orbiter überhaupt die Umlaufbahn um Merkur erreichen können
BepiColombo hat am 8. Januar 2025 den letzten der neun Vorbeiflüge erfolgreich durchgeführt und ist seitdem auf endgültigem Kurs zum Erreichen der Merkurumlaufbahn im November 2026.
Während der Nahvorbeiflügen waren bereits Beobachtungen des Merkurs mit dem vom DLR gebauten und gemeinsam mit der Universität Münster betriebene abbildende Spektrometer möglich. MERTIS lieferte die erste detaillierte Ansicht der Merkuroberfläche im thermischen Infrarot und zeigte dabei den Planeten zum ersten Mal in einem völlig neuen Licht.
BepiColombo besteht aus drei Komponenten
BepiColombo besteht aus drei Teilen, die auf ihrem Weg zum Merkur miteinander verbunden sind: Das „Mercury Transfer Module“ (MTM), das mit seinen Sonnenpanelen Strom für ein Ionentriebwerk erzeugt und die Mission bis zum Merkur bringt; „Mercury Planetary Orbiter“ (MPO), die europäische wissenschaftliche Komponente der Mission mit elf Instrumenten an Bord; darunter MERTIS und BELA und schließlich, aufsitzend auf den MPO, in einem Sonnenschutz (MOSIF, MMO Sunshield and Interface Structure) der japanische „Mercury Magnetospheric Orbiter“ (MIO). Am Merkur angekommen, werden die Komponenten voneinander getrennt, um auf unterschiedlichen Bahnen die umfangreichen einjährigen wissenschaftlichen Untersuchungen durchzuführen.
MERTIS analysiert Zusammensetzung und Hitzeverteilung auf dem Merkur
Das Spektrometer MERTIS dient der Kartierung der Mineralogie und der Untersuchung der Temperaturverteilung auf der Merkuroberfläche in noch nie dagewesener Detailgenauigkeit. Wissenschaftliche Ziele von MERTIS sind die Untersuchung der Zusammensetzung der Merkuroberfläche, die Erfassung gesteinsbildender Mineralien, die Kartierung der Oberflächenmineralogie sowie die Untersuchung der Oberflächentemperatur und der thermischen Trägheit. Beim Vorbeiflug am Erde-Mond-System am 10. April 2020 und bei den beiden Vorbeiflügen an der Venus am 15. Oktober 2020 und 10. August 2021 war der Einsatz des MERTIS-Instruments erfolgreich. Am 1. Dezember 2024 durfte MERTIS den Planeten zum ersten Mal während BepiColombos fünften Vorbeiflug an Merkur beobachten. Insgesamt erstellte MERTIS mehr als 1,4 Millionen Spektren der Oberfläche des Merkurs aus einer Entfernung von mehr als 37,000 Kilometern. Der erste Blick auf die MERTIS Mid-Infrarot Spektrale Daten aus der Oberfläche des Merkur zeigen die große Anzahl von Oberflächenmerkmalen, die in diesen Wellenlängen zu erkennen sind. MERTIS hatte während des fünftes Vorbeifluges am 1. Dezember 2024 die Hälfte des etwa 1.550 Kilometer großen Caloris-Einschlagsbeckens und auch Teile einer großen vulkanischen Ebene in der nördlichen Hemisphäre im Blickfeld.
BELA dient der Vermessung der Oberfläche des Merkurs
BELA ist ein Laser-Höhenmesser, der die Topografie des Planeten global vermessen wird. Unter anderem werden die ersten Höhenmessungen der südlichen Hemisphäre von Merkur mit BELA durchgeführt. Dafür werden aus einer bis zu 1400 Kilometern Entfernung zu der Merkuroberfläche zehnmal pro Sekunde Laserpulse gesendet und das von der Oberfläche reflektierte Signal wieder am Instrument empfangen. Dabei wird die Lichtlaufzeit hochgenau (Bruchteile einer Nanosekunde) bestimmt, um so eine exakte Entfernungsmessung pro Laserpuls durchzuführen. Aus einer Vielzahl dieser Messungen wird so die gesamte Oberflächentopografie des Merkur bestimmt. In Verbindung mit Schwerefelddaten lassen sich daraus Erkenntnisse über Prozesse gewinnen, die für die Bildung der Kruste und der Oberflächenstrukturen des Planeten ausschlaggebend waren. Messungen der Gezeitendeformation von Merkur könnten weitere Beweise für einen flüssigen äußeren Kern liefern und die Größe eines festen inneren Kerns eingrenzen.
Die raffinierte Flugbahn-Lösung des Giuseppe ‚Bepi‘ Colombo
Zum ersten Mal wurden Swing-by-Manöver bei der Mission Mariner 10 der amerikanischen Raumfahrtbehörde NASA in den Jahren 1974 und 1975 angewandt – damals entlang der Bahn des Merkur, um nach dem ersten Vorbeiflug an diesem Planeten noch zwei weitere Nahvorbeiflüge zu ermöglichen. Die dafür notwendigen Berechnungen der Bahn von Mariner 10 stellte der italienische Ingenieur und Mathematiker Giuseppe ‚Bepi‘ Colombo an. Ihm zu Ehren wurde die große europäisch-japanische Merkur-Mission BepiColombo genannt.
Multimedia
BepiColombo auf der langen Reise zum Merkur
Die Mission BepiColombo ist ein gemeinschaftliches Projekt der Europäischen Weltraumorganisation ESA, die den „Mercury Planetary Orbiter“ (MPO, Mitte) beisteuert, und der japanischen JAXA, deren „Mercury Magnetoshpheric Orbiter“ (MMO, oben) ebenfalls Teil der Mission ist. Angetrieben wird das Orbiter-Duo mit einem Ionenmotor im „Mercury Transfer Module“ (MTM, unten).
Bild: 1/6, Credit:
ESA/ATG medialab
Die achtjährige Reise von BepiColombo zum Merkur
Raumflüge von der Erde ins innere Sonnensystem sind wegen der Anziehungskraft der Sonne technisch ausgesprochen schwierige Unternehmungen. Die europäisch-japanische Mission BepiColombo wird dafür acht Jahre benötigen. Dabei wird das Sondengespann im Laufe der Jahre und durch mehrere Nahvorbeiflüge an der Erde, an der Venus (zweimal) zunächst abgebremst und wird schließlich durch sechs Vorbeiflüge am Merkur selbst auf eine Umlaufbahn um die Sonne gelenkt, die sich tangential immer mehr dem Merkurorbit annähert. Schließlich wird BepiColombo im November 2026 in eine Umlaufbahn um den Merkur gelenkt.
Bild: 2/6, Credit:
ESA
Fünfter Merkurvorbeiflug am 1. Dezember 2024
Die gemeinsame Merkurmission BepiColombo der Europäischen Weltraumorganisation ESA und der japanischen Raumfahrtagentur JAXA flog am 1. Dezember 2024 in 37.630 Kilometer Distanz zum fünften Mal an ihrem Ziel vorbei, das sie im November 2026 erreichen wird. Bei diesem vorletzten Rendezvous mit Merkur war die Sonde 200 Mal weiter vom Planeten entfernt als bei ihrem letzten Vorbeiflug, bei dem sie sich der Oberfläche des Merkurs nur bis auf 165 Kilometer genähert hatte. Der fünfte Vorbeiflug ist der erste, bei dem die Sonde ihr Instrument Mercury Radiometer and Thermal Infrared Spectrometer (MERTIS) eingesetzt hat, das die Temperatur und die Zusammensetzung der Planetenoberfläche misst und Aufschluss darüber gibt, welche Arten von Mineralien auf der Oberfläche des Planeten zu finden sind.
Bild: 6/6, Credit:
ESA/BepiColombo/MTM (CC BY-SA 3.0 IGO)
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Mission BepiColombo – Erkundung des Planeten Merkur
