Die Raumsonde BepiColombo hat zwar nur schnelle Vorbeiflüge am Merkur absolviert, trägt aber bereits dazu bei, die Geheimnisse rund um den sonnennächsten Planeten zu lüften.
Im Jahr 2026 wird eine gemeinsame Mission der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) und der Japan Aerospace Agency (JAXA) in die Umlaufbahn um Merkur, den kleinsten Planeten des Sonnensystems, landen. Dazu muss die Raumsonde jedoch zunächst mehrere Vorbeiflüge an Merkur, Venus und der Erde durchführen. Glücklicherweise sind diese Vorbeiflüge für die Wissenschaft von unschätzbarem Wert.
Während eines Vorbeiflugs am Merkur im Juni 2023 stieß BepiColombo auf mehrere Merkmale des Magnetfelds des Planeten. Dieses Feld bildet eine schützende magnetische Blase um Merkur und schützt den Planeten vor geladenen Teilchen im Sonnenwind, ähnlich wie die Magnetosphäre der Erde unseren Planeten abschirmt – aber Wissenschaftler sind neugierig, warum das Magnetfeld dieses winzigen inneren Planeten viel schwächer ist als unseres.
Da Merkur viel näher an der Sonne ist als die Erde – Merkur ist durchschnittlich 36 Millionen Meilen (58 Millionen Kilometer) von der Sonne entfernt, während die Erde etwa 93 Millionen Meilen (150 Millionen km) entfernt ist – erfährt seine Magnetblase weitaus mehr intensives Stampfen durch den Sonnenwind.
Eine der Hauptaufgaben von BepiColombo wird darin bestehen, diese Wechselwirkung und die Eigenschaften des Merkur-Magnetfelds zu untersuchen. Die Raumsonde wird ein dynamisches Doppelbild der Weltraumumgebung um Merkur erstellen, indem sie sich in verschiedene Einheiten aufteilt: den von der ESA kontrollierten Mercury Planetary Orbiter (MPO) und den von der JAXA geführten Mercury Magnetospheric Orbiter (MMO).
Verwandt: Die Sonde BepiColombo nimmt atemberaubende Merkurbilder im bislang nächsten Vorbeiflug auf
Schnelle Vorbeiflüge am Merkur helfen Wissenschaftlern dabei, die endgültige Umlaufbahn von BepiColombo festzulegen, aber diese Vorbeiflüge haben den Betreibern auch verlockende Hinweise darauf gegeben, welche Art von Wissenschaft die Mission liefern wird, wenn sie wirklich an Ort und Stelle ist. Die sechs geplanten Vorbeiflüge ermöglichen auch Einblicke in den Merkur, die vom Orbit aus nicht möglich wären.
„Diese Vorbeiflüge sind schnell; wir durchquerten die Magnetosphäre des Merkur in etwa 30 Minuten, bewegten uns von der Abenddämmerung zur Morgendämmerung und erreichten bei der nächsten Annäherung nur 146 Meilen (235 km) über der Planetenoberfläche“, sagte Lina Hadid vom Laboratoire de Physique des Plasmas Das sagte das Pariser Observatorium in einer Erklärung. „Wir haben die Art der Teilchen untersucht, wie heiß sie sind und wie sie sich bewegen, sodass wir die magnetische Landschaft während dieser kurzen Zeitspanne klar darstellen konnten.“
Überraschungen in der magnetischen Blase von Merkur
Hadid und Kollegen führten ihre Forschung mit Hilfe der Instrumentenreihe Mercury Plasma Particle Experiment (MPPE) von BepiColombo durch, die während des Vorbeiflugs im Juni 2023 (der dritten von sechs Begegnungen zwischen der Raumsonde und ihrem Zielplaneten) aktiv war.
Das Team kombinierte die von MPPE gesammelten Daten mit Computermodellen und enthüllte die Ursprünge interagierender Partikel und Merkmale der magnetischen Blase von Merkur.
„Wir sahen erwartete Strukturen wie die ‚Schock‘-Grenze zwischen dem frei fließenden Sonnenwind und der Magnetosphäre, und wir passierten auch die ‚Hörner‘, die die Plasmaschicht flankieren, eine Region aus heißerem, dichterem, elektrisch geladenem Gas, das wie ein ausströmendes Gas ausströmt.“ Schwanz in die Richtung weg von der Sonne“, sagte Hadid. „Aber wir hatten auch einige Überraschungen.“
Mit dem Massenspektrumanalysator von BepiColombo, der speziell für die komplexe Weltraumumgebung um Merkur entwickelt wurde, sah das Team eine turbulente Grenze, an der der Sonnenwind auf das Magnetfeld des Planeten trifft. Darauf deutete eine Region turbulenten Plasmas mit den höchsten Energien hin, die jemals auf Merkur beobachtet wurden.
„Wir haben auch energiegeladene heiße Ionen in der Nähe der Äquatorialebene und auf niedrigen Breitengraden beobachtet, die in der Magnetosphäre gefangen sind, und wir glauben, dass die einzige Möglichkeit, dies zu erklären, ein Ringstrom ist, entweder ein teilweiser oder vollständiger Ring, aber das ist ein Bereich, der viel bedeutet.“ diskutiert“, fügte Hadid hinzu.
Ringströme wie der von ihr beschriebene entstehen, wenn geladene Teilchen von magnetischen Blasen um Planeten herum eingefangen werden. Der Ringstrom der Erde befindet sich in einer Höhe von Zehntausenden Kilometern über der Erdoberfläche. Die Magnetosphäre des Merkur ist gegenüber seiner Oberfläche stärker komprimiert als die der Erde, was bedeutet, dass es ein Rätsel ist, wie seine magnetische Blase Partikel ein paar hundert Meilen über dem Planeten einfangen kann, wie das Team herausfand.
Das Team untersuchte auch die direkte Wechselwirkung zwischen geladenen Teilchen im Sonnenwind sowie dem Plasma um Merkur und BepiColombo selbst. Dieser Prozess wird durch die Tatsache erschwert, dass das Raumschiff, wenn es der Sonne zugewandt ist, erhitzt und abgekühlt wird und schwerere geladene Teilchen, sogenannte Ionen, nicht erkannt werden können, da BepiColombo elektrisch geladen wird und sie abstößt.
Wenn BepiColombo jedoch in den Schatten von Merkur schlüpft, werden kühle Ionen in einem Meer aus Plasma nachweisbar. Dies ermöglichte es BepiColombo, Ionen der Elemente Sauerstoff, Natrium und Kalium rund um Merkur zu sehen. Das Team geht davon aus, dass diese Partikel von der Oberfläche des winzigen Planeten stammen und durch Meteoriteneinschläge oder Sonnenwindbeschuss in den Weltraum geschleudert wurden.
„Es ist, als würden wir plötzlich die Oberflächenzusammensetzung in 3D durch die sehr dünne Atmosphäre des Planeten, bekannt als seine Exosphäre, ‚explodieren‘ sehen“, sagte MPPE-Instrumentenleiter Dominique Delcourt vom Laboratoire de Physique des Plasmas in der Erklärung. „Es ist wirklich aufregend, den Zusammenhang zwischen der Planetenoberfläche und der Plasmaumgebung zu erkennen.“
„Bei diesem seltenen Blick von der Dämmerung bis zum Morgengrauen durch die großräumige Struktur der Magnetosphäre des Merkur haben wir das Versprechen zukünftiger Entdeckungen gespürt“, fügte Go Murakami, BepiColombo-Projektwissenschaftler von JAXA, in der Erklärung hinzu.
Diese Erkenntnisse stammen aus dem Vorbeiflug am Merkur im Juni 2023, was bedeutet, dass Wissenschaftler noch Daten haben, die während des Vorbeiflugs am Merkur im letzten Monat gesammelt wurden, um sie zu analysieren. Danach wird BepiColombo am 1. Dezember bzw. 8. Januar 2025 seine letzten beiden Vorbeiflüge am Merkur durchführen.
