Merkur
Die Reise zum rätselhaften Planeten
Künstlerische Darstellung der Sonde mit dem Merkur im Hintergrund. Im Dezember 2024 soll die BepiColombo den Merkur erreichen. Bild: ESA/ATG medialab; Mercury: NASA/JPL
Warum hat der kleinste Planet unseres Sonnensystems ein Magnetfeld? Und wie ist er entstanden? Die Europäische Raumfahrtagentur ESA und ihr japanisches Pendant JAXA schicken jetzt eine mit Hightech-Geräten vollgepackte Raumsonde zum sonnennächsten Planeten. Sie soll Antworten bringen.
Für die Planetenforscher hält der kleinste und sonnennächste Planet in unserem Sonnensystem einige Rätsel bereit: "Warum hat Merkur ein Magnetfeld, während die anderen, viel größeren Gesteinsplaneten Venus und Mars keines haben? Warum unterscheidet sich die Zusammensetzung Merkurs so deutlich von der ähnlicher Himmelskörper, wie etwa unseres Mondes?", sagt Jörn Helbert vom Institut für Planetenforschung des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR). Er ist als einer der leitenden Forscher an einer Mission beteiligt, die vom Weltraumbahnhof Kourou in Französisch-Guyana gestartet ist. In sieben Jahren soll die Sonde BepiColombo den Planeten erreichen und dabei helfen, seine Geheimnisse zu lüften. Benannt ist die Mission nach dem italienischen Mathematiker und Raumfahrtingenieur Giuseppe Colombo (1920 – 1984). Es ist eine gemeinsame Unternehmung der europäischen Raumfahrtagentur ESA und der japanischen JAXA und erst die dritte Weltraummission zum Merkur überhaupt. Dabei geht es nicht nur darum, Merkur selbst zu beschreiben. "Für mich wirft der Merkur viele spannende Fragen über die Entstehung des Sonnensystems auf, die unsere physikalischen Modelle zur Zeit nur lückenhaft beantworten können", so Helbert.
Mit Antworten auf diese Fragen ließe sich die Geschichte unseres eigenen Sonnensystems besser verstehen, doch nicht nur die: "Wir finden zur Zeit viele Exoplaneten in fernen Sonnensystemen, die ähnliche Abstände zu ihrem Stern haben wie unser Merkur. Deren Gestalt können wir nur erklären, wenn wir unser eigenes Sonnensystem richtig beschreiben können. Darin sehe ich eine der wichtigsten Aufgaben für unsere Mission BepiColombo."
Seltener Besuch beim sonnennächsten Planeten
Die wissenschaftlichen Instrumente des Orbiters. Insgesamt sind 11 Instrumente an Bord. Bild: ESA/ATG medialab
Wenn im Dezember 2024 die Raumsonde BepiColombo den Merkur erreicht, wird es 50 Jahre her sein, dass erstmals ein Roboter den innersten Planeten unseres Sonnensystems besucht hat. Andere Himmelskörper wie unsere Nachbarplaneten Mars und Venus wurden in derselben Zeit von dutzenden Raumsonden besucht. Warum bekommt ausgerechnet Merkur so selten Besuch? "Merkur nimmt als sonnennächster Planet eine Randposition in unserem Sonnensystem ein. Das macht ihn wissenschaftlich interessant, aber auch sehr schwierig zu erreichen", erklärt Helbert. "Die Sonne anzufliegen ist vergleichsweise einfach: Man muss eigentlich nur in ihre Richtung fallen. Dabei am Merkur anzuhalten und in eine Umlaufbahn einzuschwenken, ist jedoch keine leichte Sache."
Für diesen schwierigen Weg macht sich BepiColombo zwei Tricks zunutze: Zum einen wird die Sonde mehrmals an der Erde, der Venus und dem Merkur selbst vorbeifliegen, um Schwung zu holen. Zum zweiten setzt BepiColombo auf einen besonders effizienten Ionenantrieb anstatt konventioneller Raketentriebwerke. Dieser Ionenantrieb, im Fall von BepiColombo auch solar-elektrischer Antrieb genannt, setzt nicht auf die chemische Verbrennung von Treibstoff. Stattdessen wird elektrische Energie aus Solarpanels genutzt, um Atome des Edelgases Xenon elektrisch aufzuladen und mit hoher Geschwindigkeit auszustoßen. Der Rückstoß dieser Atome ist es, der die Sonde antreibt.
Ein Nachteil der Technik ist, dass die Triebwerke nur einen sehr geringen Schub ausbilden. Die Flüge dauern deshalb vergleichsweise lange, doch das ist für BepiColombo kein Problem. "Der solar-elektrische Antrieb ist für unsere Mission ideal, weil die Sonde damit viele Jahre lang sanft beschleunigt werden kann, bis die richtige Geschwindigkeit für eine Ankunft am Merkur erreicht ist", sagt Jörn Helbert.
Die ESA beherrscht diese Technik inzwischen sehr gut: Vor mehr als 15 Jahren flog mit SMART-1 erstmals eine europäische Sonde mit einem Ionenantrieb zum Mond. Mit einer Masse von mehreren Tonnen wird BepiColombo wird zu den größten Raumsonden zählen, die je mit solar-elektrischem Antrieb geflogen sind.
Arbeitsteilung im All
Dr. Jörn Helbert vom DLR Institut für Planetenforschung. Bild: DLR
Am Merkur angekommen wird sich BepiColombo in zwei Sonden aufteilen: einerseits die japanische Sonde namens Mio und andererseits den europäischen Mercury Planetary Orbiter. Mio umkreist Merkur dann auf einer stark elliptischen Bahn, wo sie das ungewöhnlich starke Magnetfeld des Merkur vermessen soll.
Der Mercury Planetary Orbiter wird dagegen in eine niedrige Umlaufbahn einschwenken und die Oberfläche des Planeten in den Blick nehmen. "Dabei profitieren beide Sonden davon, dass ihre Umlaufbahnen gewissermaßen fest im Raum stehen, während sich Merkur unter ihnen hindurchdreht", erklärt Jörn Helbert. So kann im Laufe weniger Merkur-Jahre – die praktischerweise nur rund 90 Erdentage dauern – die gesamte Oberfläche erfasst werden.
Der Orbiter hat ein Schuhkarton-großes Spektometer an Bord, das unsichtbare Wärmestrahlung von der Merkuroberfläche einfängt und gleichzeitig ihre Wellenlänge vermisst. "MERTIS wird die Herkunft der Strahlung aus einer Flughöhe von mehreren Hundert Kilometern auf 500 Meter genau abbilden können. Zudem hat das Instrument 80 Kanäle zur Unterscheidung verschiedener Wellenlängen", sagt Jörn Helbert, der das Instrument mitentwickelt hat.
So können die Forscher verschiedene Elemente und Mineralien auf der Oberfläche unterscheiden, die charakteristische Wärmestrahlung abgeben. Mit dieser Methode wurden bereits umfassende geologische Karten unseres Mondes angefertigt. Mit der letzten Mission zum Merkur, der NASA-Sonde MESSENGER, hatte Forscher dort das gleiche vor – doch sie wurden überrascht. Jörn Helbert erinnert sich an die Ergebnisse der MESSENGER-Mission, an der er ebenfalls beteiligt war: "Das MESSENGER-Spektrometer war auf einen Bereich der Infrarotstrahlung eingestellt, in dem vor allem eisenhaltige Verbindungen zu finden sind, wie sie vielfach auf dem Mond vorkommen. Wir mussten jedoch feststellen, dass der Merkur ganz im Gegensatz zum Mond kaum eisenhaltiges Gestein an seiner Oberfläche zeigt. Deshalb setzen wir diesmal auf langwelligere Infrarotsrahlung, mit der wir hoffentlich viele andere Gesteine, etwa aus Siliziumverbindungen, vermessen können."
Weitere Informationen zur Mission auf der Website der ESA und des DLR
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