BepiColombo sætter farten ned ved Venus på vej til Merkur

Nærmer sig Venus fra sin dagside, passerer planeten, ved at bruge sin tyngdekraft til at bremse og fortsætte på sin natside på kurs mod Merkur:Torsdag den 15. oktober 2020, kl. 05:58 CEST, ESA's rumfartøj BepiColombo vil flyve forbi Venus i en afstand af cirka 10, 720 kilometer og overføre noget af dens kinetiske energi til vores naboplanet for at reducere sin egen hastighed.

To år efter lanceringen, formålet med manøvren er at sænke BepiColombos kredsløb om solen mod Merkurs kredsløb. De to kredsende rumfartøjer fra European Space Agency (ESA) og den japanske rumfartsorganisation (JAXA) er en del af en fælles mission, der vil nå dette punkt efter endnu en forbiflyvning af Venus i august 2021. Efter seks tæt forbiflyvninger af Merkur, missionen vil så gå i kredsløb om den inderste planet i slutningen af ​​2025. For planetforskere og ingeniører ved German Aerospace Center (Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt; DLR) og for Institut for Planetologi ved Universitetet i Münster, Venus forbiflyvningen er endnu en mulighed for at teste BepiColombos MErcury Radiometer og Thermal Infrared Spectrometer (MERTIS).

Udsigt over Venus-gashylsteret med infrarøde sensorer

Venus' forbiflyvning og Jord-måne-flyvningen, der fandt sted i foråret 2020, er rumflyvningsmanøvrer, der bruges til at teste funktionaliteten af ​​nogle af eksperimenterne om bord på begge orbitere og til at kalibrere sensorerne og signalkæderne med de opnåede data. "Videnskabelige målinger vil også blive udført under indflyvning og afgang og ved den nærmeste tilgang til Venus, " siger de to personer, der primært er ansvarlige for MERTIS-instrumentet, Jörn Helbert fra DLR Institut for Planetforskning og Harald Hiesinger fra Institut for Planetologi ved Universitetet i Münster. "Vores billeddannelsesspektrometer MERTIS, som vi byggede sammen med industrien og internationale partnere, vil blive brugt igen til at foretage disse målinger, siger Helbert.

MERTIS blev primært udviklet til at måle spektre af stendannende mineraler på Merkurs atmosfærefri overflade. Men med sine infrarøde sensorer, den kan også se ind i Venus' tætte gashylster ned til en vis dybde. "Vi forventer allerede nogle meget interessante resultater, med mere at følge i 2021, når vi vil være meget tættere på Venus, " tilføjer Hiesinger.

MERTIS er et billeddannende infrarødt spektrometer og radiometer med to ukølede strålingssensorer, der er følsomme over for bølgelængder på 7 til 14, og 7 til 40 mikrometer, henholdsvis. Under to serier af målinger, hvoraf den første begynder i dag, MERTIS vil fange næsten 100, 000 individuelle billeder. Den første serie begynder, når rumfartøjet nærmer sig fra en afstand på cirka 1,4 millioner kilometer fra Venus op til en afstand på 670, 000 kilometer. Efter en pause for at kontrollere instrumentet, den anden serie starter på en afstand af 300, 000 kilometer, 11 timer før Venus flyver forbi, og vil fortsætte indtil BepiColombo er næsten 120, 000 kilometer fra Venus fire timer før den nærmeste indflyvning af forbiflyvningen.

Venus som fokus for planetarisk forskning

Venus er næsten lige så stor som Jorden, men har udviklet sig på en helt anden måde. Dens atmosfære er meget tættere, næsten udelukkende består af kuldioxid, og dermed oplever planeten en meget stærk drivhuseffekt. Dette resulterer i en permanent overfladetemperatur på omkring 470 grader Celsius. Der er intet vand, og derfor menes det, at intet liv kunne overleve på overfladen.

Det er meget muligt, at vulkaner stadig er aktive på Venus. "Disse ville blive opdaget, for eksempel, gennem den svovldioxid, som de udsender, " siger Helbert. "Efter de første målinger foretaget i 1960'erne og 1970'erne, for omkring 10 år siden, ESA's Venus Express-mission registrerede en massiv reduktion, med mere end halvdelen, af svovldioxidkoncentrationer. Venus 'dufter' bogstaveligt talt af aktive vulkaner. MERTIS kunne nu give os ny information." Eksperimenterne vil blive suppleret med samtidige observationer fra den japanske venusiske orbiter Akatsuki og fra et dusin professionelle teleskoper samt information fra amatørastronomer på Jorden.

Venus kom først for nylig i videnskabens og mediernes søgelys, da en gruppe astronomer brugte teleskoper på Hawaii og Chile til uden tvivl at bevise tilstedeværelsen af ​​sporgassen phosphin (eller monophosphan, kemisk formel PH ₃ ) på Venus. Fosfin er industrielt fremstillet på Jorden til brug i skadedyrsbekæmpelse, men produceres også ved biologiske processer i sapropel eller i fordøjelseskanalerne hos hvirveldyr. Fosfin er et meget kortvarigt molekyle, så der må være en strømkilde til molekylet på Venus eller i dets atmosfære.

Tidligere modellering af naturlige fosfinkilder såsom vulkanisme, kemiske reaktioner efter meteoritnedslag eller lynudledninger kan ikke forklare de målte koncentrationer. Det er grunden til, at muligheden for, at phosphinen produceres af mikroorganismer højt oppe i Venus atmosfære, diskuteres af planetforskere. Dette fund kunne tyde på, at der eksisterer liv i de tempererede 'flyvende tæpper' af svovlsyreskyer, der findes i højder på 40 til 60 kilometer. Forfatterne af undersøgelsen stiller selv spørgsmålstegn ved denne idé, imidlertid, og angive behovet for yderligere målinger i fremtiden. I fremtiden, Venus vil være målet for ESA- og NASA-missioner.

Venus, en exoplanet på vores dørtrin

MERTIS og de andre fem aktiverede instrumenter om bord på Mercury Planetary Orbiter vil ikke være i stand til at detektere nogen fosfinmolekyler fra afstanden fra forbiflyvningen. Alligevel, forbiflyvningen er videnskabeligt interessant, da rumfartøjet kan bruges til at studere Venus, som om det var en fjern, Jordlignende ekstrasolar planet med en fast overflade og tæt atmosfære.

"Mens jorden flyver forbi, vi studerede månen, karakteriserer MERTIS under flyvning for første gang under virkelige eksperimentelle forhold. Vi opnåede gode resultater, siger Gisbert Peter, MERTIS projektleder ved DLR Instituttet for Optiske Sensorsystemer, som stod for design og konstruktion af MERTIS. "Nu, vi peger MERTIS mod en planet for første gang. Dette vil give os mulighed for at foretage sammenligninger med målinger foretaget før lanceringen af ​​BepiColombo, at optimere drift og databehandling, og at få erfaring til design af fremtidige eksperimenter."

Alle eksperimenter vil fokusere på at måle sammensætningen, struktur og dynamik i Venus atmosfære, planetens ionosfære og – ved hjælp af instrumenterne på den japanske MMO (Mercury Magnetospheric Orbiter) – Venus inducerede magnetosfære.

Spar brændstof med planetariske flybys

Efter BepiColombos første forbiflyvning af Jorden den 10. april 2020, dens forbiflyvning af Venus er designet til at fortsætte med at bremse rumfartøjet uden at bruge brændstof. Dette er nødvendigt for at komprimere rumfartøjets baneellipse mod en cirkulær bane, der i sidste ende er næsten geometrisk identisk med Merkurs bane. Rumfartøjet 'falder' mod Venus på sin spiralformede bane gennem det indre solsystem med forskellige hastigheder afhængigt af dets afstand fra solen. Ved Venus, BepiColombo vil reducere sin heliocentriske hastighed med 37 kilometer i sekundet (133, 500 km/t). Fly forbi vil finde sted i en afstand af 116 millioner kilometer fra Jorden. Venus er i øjeblikket foran Jorden i sin bane og er synlig på den østlige himmel lige før daggry.

På grund af solens stærke tyngdekraft, planetariske missioner til det indre solsystem kan kun opnås med meget komplekse baner. Med manøvren i torsdags, rumfartøjets relative hastighed sammenlignet med Merkur vil blive reduceret til 1,84 kilometer i sekundet. I slutningen af ​​sin spiralflyvning mellem Jordens og Merkurs baner, BepiColombo vil kredse om solen med næsten samme hastighed som Merkur. Den vil så let blive fanget af tyngdekraften af ​​den mindste planet i solsystemet den 5. december 2025 og vil manøvrere sig selv ind i en polarbane. BepiColombo blev opsendt den 20. oktober 2018 om bord på en Ariane 5 løfteraket fra den europæiske rumhavn i Kourou.

Brugen af ​​forbiflyvningsmanøvrer blev først implementeret under NASAs Mariner 10-mission, gør det muligt for rumfartøjet at foretage yderligere to tæt forbiflyvninger af Merkur, efter at det allerede havde rejst forbi planeten én gang. Beregningerne blev foretaget af den italienske ingeniør og matematiker Giuseppe 'Bepi' Colombo, en professor ved University of Padua. Colombo var inviteret til en konference som forberedelse til Mariner 10-missionen på NASA's Jet Propulsion Laboratory i Pasadena, Californien, i 1970. Efter at have set den oprindelige missionsplan, han indså, at en meget præcis første forbiflyvning kunne give mulighed for yderligere to forbiflyvninger af Merkur. Den nuværende europæisk-japanske Mercury-mission blev navngivet til hans ære.