BepiColombo: dwa orbitery polecą do Merkurego

Znany od starożytności Merkury wciąż skrywa wiele tajemnic dla siebie. Międzynarodowa misja sondy BepiColombo, która wkrótce wyniesiona zostanie w przestrzeń kosmiczną, ma na celu zbadanie powierzchni planety oraz porównanie otaczającego ją pola magnetycznego z polem magnetycznym Ziemi.

Oprócz Ziemi, to właśnie Merkury jest jedyną planetą skalistą w naszym układzie planetarnym, która posiada własne pole magnetyczne. Mimo to jak dotąd planeta została odwiedzona jedynie przez dwie sondy. Faktycznie dotarcie do Merkurego nie należy do prostych zadań: sonda, która nie trafi w słabe pole grawitacyjne tej szybkiej planety skończy opadając na powierzchnię Słońca.

Europejska oraz japońska agencja kosmiczna, ESA oraz JAXA, wspólnie pracują nad zapewnieniem sukcesu misji BepiColombo. Misja, która składa się z dwóch orbiterów wystartuje z Kourou w Gujanie Francuskiej w nocy z 19 na 20 października o godzinie 3:45 na szczycie rakiety Ariane 5. Po siedmioletniej podróży i dwóch bliskich przelotach w pobliżu Wenus, sonda zacznie zaplanowaną na dwa lata misję badania powierzchni, atmosfery oraz magnetosfery Merkurego.

Od Marinera do Bepi

W latach siedemdziesiątych, w ramach misji, której głównym celem była Wenus, amerykańska sonda Mariner 10 wykonała trzy bliskie przeloty w pobliżu Merkurego. Jednym z badaczy pracujących nad misją był profesor Giuseppe “Bepi” Colombo z Uniwersytetu w Padwie. Nowa sonda, pierwszy projekt realizowany wspólnie przez ESA oraz JAXA, została nazwana na jego cześć.

Podczas krótkich przelotów Mariner 10 zdołał stworzyć mapy połowy Merkurego oraz wykryć jego pole magnetyczne. Choć jest ono dużo słabsze od ziemskiego, to wskazuje, że jądro planety jest wciąż aktywne. Mariner 10 zdołał także potwierdzić obecnoć egzosfery, ekstremalnie delikatnej atmosfery rozciągającej się bardzo daleko nad powierzchnią planety.

Wiele lat później NASA wysłała w kierunku Merkurego sondę MESSENGER. Umieszczona na orbicie wokół Merkurego w marcu 2011 roku badała planetę aż do zderzenia się z jej powierzchnią w kwietniu 2015 roku, kiedy na pokładzie sondy skończyły się zapasy paliwa. Misja MESSENGER potwierdziła obserwacje Marinera 10 oraz kontynuowała mapowanie i badanie powierzchni planety. MESSENGER odkrył dowody nie tylko na aktywność wulkaniczną i tektonikę płyt, ale także na obecność lodu wodnego: z uwagi na bardzo niewielkie nachylenie osi rotacji planety, bezpośrednie światło słoneczne nigdy nie dociera do dna kraterów uderzeniowych znajdujących się na biegunach planety.

“Choć MESSENGER wyposażony był w magnetometr i sprzęt do pomiaru jonów i cząstek energetycznych, głównym celem misji było badanie planety, jej rzadkiej atmosfery i skalistej powierzchni” mówi Doninique Delcourt, badacz w CNRS raz dyrektor LPC2E odpowiadający za spektrometr masowy zainstalowany na pokładzie zaprojektowanego przez Japończyków orbitera MMO. “W obecności wewnętrznego pola magnetycznego, w przestrzeni tworzy się bąbel magnetyczny zwany magnetosferą, w którym zachodzą procesy przyspieszania i transportu cząstek”.

Jedna misja – dwa orbitery

Sonda BepiColombo składa się z dwóch orbiterów wyposażonych w paletę instrumentów naukowych o łącznej masie prawie 100 kg. Pierwszy z nich MPO (Bepi) skupi się całkowicie na tworzeniu map planety i badaniu jej powierzchni, budowy wewnętrznej i egzosfery, podczas gdy drugi – MMO (Mio) będzie badał magnetyczne otoczenie planety. Po dotarciu sondy do celu najpierw uwolniony zostanie Mio, a następne Bepi, który umieszczony zostanie na najniższej jak dotąd orbicie wokół Merkurego.

Dolcourt jest podbudowany: “Ta szersza paleta instrumentów pozwoli nam nie tylko dokonać nowych odkryć, ale potwierdzić dane z MESSENGERA. Łącząc obserwacje z obu orbiterów, będziemy w stanie wykonać swego rodzaju stereoskopowe pomiary, a to jak dotąd było niemożliwe za pomocą pojedynczych sond”.

Orbiter MMO będzie obracał się wokół swojej osi w zaledwie cztery sekundy, dzięki czemu jego instrumenty będą kierowały się we wszystkich kierunkach w poszukiwaniu neutralnych i zjonizowanych cząstek i fal magnetycznych. Dzięki rozdzielczości wyższej od tej na instrumentach MESSENGERA, spektrometr jonowy MSA, opracowany w LPP we współpracy z japońskim i niemieckim zespołem, będzie w stanie rozróżnić  ciężkie atomy różniące się od siebie o jedną jednostkę masy atomowej, np. potas od wapnia.

“Te pomiary pozwolą nam scharakteryzować wyrzucaną materię planetarną” mówi Delcourt. “Wskutek bombardowania meteorytami oraz wiatrem słonecznym, materia wybijana jest z powierzchni Merkurego. Następnie może być jonizowana przez promieniowanie ultrafioletowe ze Słońca oraz transportowana i przyspieszana wokół planety. Badając te jony, będziemy mogli przeanalizować skład chemiczny powierzchni bez potrzeby lądowania na niej”.

Modelowe pole magnetyczne

Pole magnetyczne Merkurego także jest interesującym modelem generycznym. Obserwowanie magnetosfery mniejszej od naszej może poszerzyć naszą wiedzę o zachowaniu obojętnej i zjonizowanej materii w przestrzeni. W tak niewielkiej odległości od Słońca, gęstość wiatru słonecznego oznacza znacznie większy jego wpływ na planetę. Kolejnym interesującym czynnikiem jest fakt, że wysoce eliptyczna orbita Merkurego prowadzi do znacznych cyklicznych zmian w ekspozycji planety na działanie wiatru słonecznego. Dzięki temu, różne instrumenty naukowe BepiColombo będą miały bardzo dużo pracy.

Źródło: CNRS