Sonda BepiColombo Europejskiej Agencji Kosmicznej (ESA) wykonuje trzeci przelot obok Merkurego

Sonda BepiColombo Europejskiej Agencji Kosmicznej (ESA) w trakcie siedmioletniej podróży do Merkurego pomyślnie zakończyła trzeci przelot obok najbardziej wewnętrznej planety Układu Słonecznego.

BepiColombo przeleciał 236 kilometrów po nocnej stronie Merkurego w poniedziałek, 19 czerwca o 19:34 UTC i zaczął filmować swoimi kamerami monitorującymi, gdy mijał w świetle słonecznym 13 minut po największym zbliżeniu. Okazja do zrobienia zdjęcia trwała do 44 godzin po najbliższym zbliżeniu. Beagle Roops wraz z Peak Loop Impact Basin o średnicy 218 kilometrów, nazwany na cześć jamajskiej artystki Edny Manley, były ważnymi elementami na zdjęciach.

W locie większość instrumentów naukowych BepiColombo była aktywna. Był to pierwszy lot, w którym aktywowano BELA (BepiColombo Laser Altimeter) i MORE (Mercury Orbiter Radio-Science Experiment), chociaż BELA działała tylko do celów testów funkcjonalnych. BELA zmierzy kształt powierzchni Merkurego, podczas gdy MORE zmierzy jądro i pole grawitacyjne Merkurego.

Aktywne instrumenty naukowe BepiColombo zbierały dane magnetyczne, plazmowe i cząsteczkowe przed, w trakcie i po locie. Ten przelot był kolejną okazją dla zespołu BepiColombo do zweryfikowania funkcjonalności urządzenia i zebrania przydatnych danych naukowych przed misją orbitalną statku kosmicznego, która rozpocznie się pod koniec 2025 roku.

Zdjęcie zrobione podczas trzeciego przelotu Merkurego przez BepiColombo, przedstawiające cechy powierzchni. (źródło: ESA)

Ważący 4100 kilogramów statek kosmiczny wykonał jeden przelot obok Ziemi, dwa razy Wenus i trzy razy Merkurego, a trzy kolejne przeloty obok najbardziej wewnętrznej planety zaplanowano przed wejściem na orbitę Merkurego 5 grudnia 2025 r.

Loty te są konieczne ze względu na intensywne pole grawitacyjne Słońca. Po wystrzeleniu z Kourou w Gujanie Francuskiej w ramach misji Ariane 5 VA245 w 2018 roku, Bebe Colombo podróżuje z niezwykle dużą prędkością względem Słońca.

Dziewięć przelotów planetarnych w ciągu siedmiu lat wymagałoby wystarczającego spowolnienia BepiColombo względem Słońca, aby umożliwić statkowi kosmicznemu wejście na orbitę wokół Merkurego z jego silnikiem i zapasami paliwa. Próba wejścia na orbitę wokół Merkurego w ciągu kilku miesięcy od startu wymagałaby zbyt dużej ilości paliwa i napędu.

W rzeczywistości energia ciągu wymagana do misji orbitalnej Merkurego jest większa niż w przypadku misji przelotu w pobliżu Plutona. Tylko jeden statek kosmiczny kiedykolwiek okrążył Merkurego, a była to sonda NASA MESSENGER, która krążyła wokół planety od 2011 do 2015 roku.

Wykres przedstawiający oś czasu lotu BepiColombo na orbitę Merkurego. (źródło: ESA)

Podobnie jak BepiColombo, MESSENGER wykorzystał trajektorię, która wykorzystuje kilka przelotów planetarnych, aby spowolnić statek kosmiczny względem Słońca na tyle, aby wejść na orbitę wokół Merkurego. Messenger wykonał jeden przelot w pobliżu Ziemi, dwa w pobliżu Wenus i trzy w pobliżu Merkurego przed wejściem na orbitę Merkurego 18 marca 2011 r.

Pierwszą sondą do Merkurego był Mariner 10, który został wystrzelony 3 listopada 1973 r. Merkury nie został w pełni zbadany przed pierwszym przelotem Marinera 10 29 marca 1974 r. 5 maja 1974 r. i stał się pierwszym statkiem kosmicznym, który użył międzyplanetarnego manewr wspomagany grawitacją w celu zmiany trajektorii.

Manewr ze wspomaganiem grawitacyjnym używany przez Marinera 10 został opracowany przez włoskiego naukowca Giuseppe „Pepe” Colombo i pozwolił planistom misji użyć rakiety Atlas Centaur zamiast większego i droższego Titan III. Manewr wspomagania grawitacji pozwolił również sondzie odwiedzić Merkurego trzy razy zamiast tylko raz.

Manewry ze wspomaganiem grawitacyjnym były od tamtej pory podstawą misji międzyplanetarnych i umożliwiły wiele misji, które bez nich nie byłyby możliwe. Nazwa BepiColombo jest hołdem dla dziedzictwa Marinera 10 i naukowca, który umożliwił misję.

Wrażenie artysty dotyczące Marinera 10 w drodze na Merkurego. (źródło: NASA)

Oprócz manewrów ze wspomaganiem grawitacyjnym BepiColombo potrzebował również nowoczesnego układu napędowego, aby jego misja była możliwa. Słoneczny elektryczny układ napędowy statku kosmicznego musi działać przez 15 000 godzin, aby wykonać wszystkie przeloty i wejść na orbitę wokół Merkurego.

Dotychczasowe wyniki przelotu BepiColombo pozwoliły naukowcom publikować wyniki badań w różnych czasopismach. W rozmowie z National Science Foundation, naukowiec projektu ESA BepiColombo, Johannes Penkoff, omówił wczesne wyniki badań sondy.

Jeden z przykładów wczesnych pozytywnych wyników naukowych z BepiColombo dotyczy wiatru słonecznego i jego interakcji z Merkurym.

„Skoordynowane obserwacje z wieloma czujnikami na obu statkach kosmicznych monitorujących interakcję wiatru słonecznego z Merkurym, przechodzącą przez granicę, w której wiatr słoneczny dociera do pola magnetycznego i tak dalej, doprowadziły już do tego [sic] Wiele publikacji ”- powiedział Benkhov.

BepiColombo dokonał również pomiarów związanych z teorią względności Einsteina. Benkhoff wspomniał o pomiarach podczas rozmowy.

„Korzystając z naszego instrumentu radiologicznego, próbujemy również zmierzyć relatywistyczny wpływ na nasz sygnał podczas koniunkcji słonecznych. Pomiary są obecnie analizowane.”

Infografika ESA przedstawiająca cele naukowe BepiColombo podczas przelotów w pobliżu Wenus. (źródło: ESA)

Pomiary naukowe zostały zebrane podczas przelotu sondy obok Wenus. Jak stwierdził Benkhoff: „W Venus Moa Persson i wsp. potwierdzili eksperymentalnie przewidzianą strefę stagnacji”. Odnosi się to do obszaru magnetosfery Wenus nad atmosferą i jej interakcji z wiatrem słonecznym.

Pozostałe przeloty BepiColombo w pobliżu Merkurego zaplanowano na 5 września 2024 r., 2 grudnia 2024 r. i 9 stycznia 2025 r. Przelot we wrześniu 2024 r. Dotrze do około 200 km od powierzchni Merkurego, podczas gdy grudniowy przelot BepiColombo obejmie wysokość 40 000 km.

Samolot w styczniu 2025 roku umieści statek kosmiczny około 345 kilometrów od powierzchni Merkurego i będzie to ostatni przelot przed włączeniem Merkurego na orbitę pod koniec tego roku. Przed wejściem na Merkurego dwie orbitujące sondy odłączą się od BepiColombo MTM (Mercury Transport Module). MTM ma słoneczny elektryczny układ napędowy.

Należący do ESA orbiter Mercury i JAXA Mio, znany również jako Mercury Magnetospheric Orbiter, oddzielą się od MTM i będą badać planetę głębiej niż orbita w sposób, w jaki nie byłoby to możliwe w przypadku przelotów w pobliżu.

Oddzielenie orbitali umożliwi działanie głównego obrazu misji SIMBIO-SYS. Ponieważ obrazowanie jest chronione przez konfigurację statku kosmicznego podczas rejsu do Merkurego, trzy monochromatyczne kamery monitorujące 1024 x 1024 na MTM zostały zamiast tego użyte do zdjęć podczas wszystkich przelotów przed wstawką orbitalną Merkurego.

Ilustracja przedstawiająca kąty kamery monitorującej i zapadające się części statku kosmicznego. (źródło: ESA)

Trzy kamery monitorujące mają na celu podnoszenie świadomości i monitorowanie stanu statków kosmicznych i nie oczekuje się, że osiągną wyniki naukowe. Według Pinkhoffa rozdzielczość tych obrazów z kamery powierzchni Merkurego wynosi zaledwie kilkadziesiąt metrów.

Misja MESSENGER na Merkurego po raz pierwszy sporządziła mapę całej planety i dostarczyła naukowcom bogactwa danych i obrazów znacznie przekraczających możliwości Marinera 10. Wśród odkryć MESSENGERa znalazł się lód wodny w zacienionych kraterach na biegunach oraz przeszła aktywność wulkaniczna na powierzchni Merkurego.

Misją BepiColombo jest bardziej szczegółowe śledzenie tych odkryć. Jak zauważył Benkhoff: „Program MESSENGER pomógł nam lepiej zaplanować naszą strategię naukową i wskazał nowe, mało znane funkcje”. [sic] Kiedy zaczynałem pracę.

Zdjęcie części powierzchni Merkurego wykonane podczas przelotu w pobliżu BepiColombo w czerwcu 2023 r. (Źródło: ESA)

Kluczowe różnice między MESSENGER i BepiColombo obejmują posiadanie dwóch oddzielnych statków kosmicznych na orbicie wokół Merkurego zamiast jednego, wielu innych instrumentów oraz większy zasięg i rozdzielczość instrumentów dzięki sondom BepiColombo Mio i MPO. Co więcej, południowa półkula Merkurego będzie badana bardziej szczegółowo w porównaniu z MESSENGEREM, a BepiColombo ma bardziej czułe możliwości radionaukowe, używając MORE instrumentów i akcelerometru Italian Spring zamiast MESSENGERa.

Częścią pakietu naukowego BepiColombo są również narzędzia, takie jak aparat rentgenowski o wysokiej rozdzielczości MIXS-T i termowizyjny spektrometr w podczerwieni MERTIS do mapowania minerałów i temperatury.

BepiColombo był w stanie wykorzystać bardziej zaawansowaną technologię niż ta, która była dostępna podczas wystrzelenia MESSENGERA w 2004 roku, ale oczekiwany naukowy powrót tych zdjęć zależy od bezpiecznego przybycia misji na Merkurego pod koniec 2025 roku.

(Główne zdjęcie: zdjęcie Merkurego z BepiColombo wykonane podczas przelotu sondy kosmicznej obok planety 19 czerwca 2023 r. Źródło: ESA)