Earth flyby åbner nye videnskabelige muligheder for BepiColombo

Videnskabsinstrumenter ombord på den europæisk-japanske Mercury opdagelsesrejsende BepiColombo er i fremragende stand til at indsamle data af høj kvalitet under rumfartøjets lange krydstogt til Solsystemets inderste planet på trods af, at de ikke er designet til dette formål. hold, der samarbejder om den mission, der blev lært under rumfartøjets fly forbi Jorden i april.

Banestramningsmanøvren, som så BepiColombo komme så tæt som 12.689 km på vores planets overflade kl. 04:25 UTC den 10. april 2020, gav mulighed for at teste seks af de elleve instrumenter ombord på ESA's Mercury Planetary Orbiter (MPO). Syv sensorer af tre instrumenter på Mercury Magnetospheric Orbiter MIO fra det japanske luftfartsagentur (JAXA) var også tændt, samt de tre 'selfie'-kameraer monteret på Mercury Transfer Module (MTM), som fører de to videnskabelige orbitere til deres destination.

"Det var dejligt at se, at alle de instrumenter, vi betjente, fungerede ekstremt godt og gav gode resultater, " siger ESA's BepiColombo-projektforsker Johannes Benkhoff. "Vi har ikke haft så god en mulighed for at teste dem alle i rummet før. Det var fantastisk at se, at der ikke kun var nogen problemer, men at dataene var af god kvalitet på trods af, at instrumenterne var designet specifikt til Mercury."

Bedre end forventet

For eksempel, Mercury Radiometer og Thermal Infrared Spectrometer (MERTIS), et nyt instrument til at studere overfladesammensætningen af ​​himmellegemer, formået at tage målinger af Månen under Jordens forbiflyvning. Månens overflade er, imidlertid, meget koldere, end Merkurs overflade, hvilket gjorde observationerne særligt udfordrende.

"Vi kiggede på noget, der på sit varmeste kan have omkring 100°C, mens vi lavede MERTIS for at studere Merkur, som kan have over 400°C, siger Jörn Helbert, fra German Aerospace Center (DLR), en co-principal investigator af MERTIS. "Også, vi vil se på Merkur fra en afstand på mindre end 1000 km, mens Månen var 700.000 km væk under forbiflyvningen."

Oven i købet, MERTIS så på Månen gennem dens sekundære port og ikke hovedporten, som i øjeblikket er omfattet af MTM. Stadig, instrumentet fangede et unikt sæt data.

"Ingen har tidligere observeret Månen i dette spektralområde fra rummet, " siger Jörn. "Det er det første datasæt af sin art, og det er mindst lige så godt, som vi håbede på."

Næste stop:Venus

Resultaterne er opmuntrende for de kommende to forbiflyvninger af Venus, en planet, der ikke er blevet besøgt af et europæisk rumfartøj siden afslutningen på Venus Express-missionen i 2014, og er i øjeblikket kun i kredsløb af en japansk mission kaldet Akatsuki.

"Nu hvor vi ved, hvad dette innovative instrument er i stand til, vi kan fokusere på at få så meget ud af det som muligt under Venus to forbiflyvninger, " siger Johannes. "Det samme gælder de andre instrumenter. Det sætter os i stand til at maksimere det videnskabelige potentiale af hele missionen på måder, vi ikke nødvendigvis forudså, da vi designede den."

BepiColombo passerer Venus for første gang den 15. oktober i en afstand på omkring 10 630 km. Rumskibets anden forbiflyvning af planeten, i august 2021, vil tage det så tæt som omkring 550 km fra Venus' overflade, tættere på end Akatsukis kredsløb.

"Der er instrumenter, inklusive MERTIS og PHEBUS ultraviolette spektroskop, der kan tage målinger på Venus, som vi ikke kunne gøre med nogen tidligere mission, " siger Jörn. "Vi vil være i stand til at få en masse data om den tætte atmosfære på Venus, der vil være på en måde, der ligner dem, vi kunne få fra de sovjetiske Venera 15 og 16 missioner i 1980'erne. Det vil give en unik sammenligning."

Magnetfeltets 'lyd'

Det er ikke kun Venus, der lover uforudsete videnskabelige muligheder til BepiColombo-teamet. Ligesom MERTIS, MPO Magnetic Field Investigation-instrumentet (MPO-MAG) blev designet specifikt til Mercury. MPO-MAGs speciale er måling af svage magnetfelter, såsom den af ​​Solsystemets mindste klippeplanet. Instrumentet var, imidlertid, stadig i stand til at få nyttige data under Jordens forbiflyvning, hvilket hjalp med at kalibrere den til fremtidige målinger.

"Hvis du sætter vores magnetometer på jordens overflade, du kunne ikke måle noget, fordi magnetfeltet er for stærkt, " siger Daniel Heyner fra det tekniske universitet i Braunschweig, Tyskland, Principal Investigator for MPO-MAG. "Det viste sig, at den nærmeste tilgang under forbiflyvningen var langt nok fra Jorden til, at vi stadig kunne lave gode målinger."

MAG-MPO-dataene afslørede, at solvinden - en konstant strøm af elektrisk ladede partikler, der strømmede fra Solen ind i det interplanetariske rum - var meget stille på dagen for forbiflyvningen. Det viste også det øjeblik, hvor BepiColombo stødte på det såkaldte bow shock, en skarp grænse, der dannes i yderkanten af ​​Jordens magnetiske miljø, når den interagerer med solvinden. Dataene afspejlede derefter, hvordan sonden fløj gennem magnetskeden, et turbulent område, der stadig er betydeligt påvirket af det interplanetariske plasma, og krydsede magnetopausen, grænsen, hvorefter Jordens magnetfelt dominerer.

Holdet fik også værdifuld indsigt i interferensen fra andre instrumenter og især fra MTM. En gang ved Merkur, MPO vil adskilles fra MTM, men at kunne filtrere fremdriftsmodulets støj fra under det syv år lange krydstogt åbner nye muligheder for hidtil uplanlagte videnskabelige undersøgelser.

Arbejder sammen med Solar Orbiter

"Dette er et meget interessant tidspunkt for undersøgelser af solvinden, " siger Daniel. "Vi har nu flere nyligt opsendte rumfartøjer, der rejser i retning af Solen, og som har nogle lignende instrumenter. Der er ESA's Solar Orbiter og NASA's Parker Solar Probe. De er i heliosfæren i forskellige afstande fra Solen, og det gør det muligt for os, for eksempel, at spore koronale masseudstødninger og studere, hvordan deres hastighed og intensitet ændrer sig, når de forplanter sig fra Solen."

MAG-MPO-teamet planlægger nu, på trods af det oprindelige fokus på Merkur, at blive ved med at måle solvinden i det meste af den syv år lange rejse.

Johannes forventer, at samarbejdet med især ESA's egen Solar Orbiter vil muliggøre store synergier og en ny tilgang til studiet af miljøet omkring Solen.

"Med BepiColombo Earth flyby var vi i stand til at bevise, at vores instrumenter yder godt selv under krydstogtfasen, " siger han. "Nu ved vi, at vi kan lave noget ægte og innovativ videnskab, der udnytter det netværk af rumfartøjer, som vi i øjeblikket har i det indre solsystem."