Mercury Radiometer & Thermal Infrared Spectrometer, Phase E/F1 (MERTIS)

Grunddaten zu diesem Projekt

Beschreibung

BepiColombo ist eine interdisziplinäre Gemeinschaftsmission der European Space Agency (ESA) in enger Zusammenarbeit mit der Japanischen Aerospace Exploration Agency (JAXA) mit dem Ziel, den Planeten Merkur im Detail zu untersuchen. Diese anspruchsvolle Mission soll im Jahr 2016 auf den Weg zum Merkur gebracht werden. Ausgestattet mit zwei Orbitern soll sie nach einer 6-jährigen Flugzeit ab 2022 den Planeten Merkur erkunden, der bis heute noch immer viele wissenschaftliche Fragen aufwirft. Möglicherweise ist Merkur der Schlüssel zur Geschichte unseres Sonnensystems. Seine Oberflächenstruktur wie auch die Beschaffenheit können zumindest helfen zu verstehen, wie das Sonnensystem vor etwa 4,6 Milliarden Jahren entstand. Die BepiColombo Mission besteht insgesamt aus drei Modulen, den zwei Orbitern (MPO und MMO) sowie dem Transportmodul MTM. Der Mercury Planetary Orbiter (MPO), auf dem sich das MERTIS Instrument befindet, wird im Auftrag der ESA gebaut und der Mercury Magnetospheric Orbiter (MMO) wird von der JAXA beigesteuert. Während der MPO seinen wissenschaftlichen Schwerpunkt auf die Erforschung der Oberfläche und der Zusammensetzung des Planeten Merkur legen wird, soll der MMO die Magnetosphäre des Planeten untersuchen. Die elf wissenschaftlichen Instrumente des MPO werden den Merkur aus einem oberflächennahen Orbit erforschen. Dieser Orbiter soll den Planeten in niedriger Höhe (bis max. 1.500 km) in einer polaren, ellipsenförmigen Umlaufbahn umkreisen. Somit erlaubt der gewählte Orbit eine genaue Kartierung der Oberfläche und die Erkundung ihrer Zusammensetzung. Als eines der elf von der ESA für das MPO-Raumfahrzeug der BepiColombo-Mission ausgewählten Instrumente wird MERTIS die Oberflächenmineralogie des Planeten Merkur kartieren - die räumliche Auflösung wird dabei mindestens 500 Meter betragen. Es handelt sich dabei um ein abbildendes Spektrometer, das im thermalen Infrarot arbeitet und zusätzlich mit einem Radiometer für Messungen der thermischen Trägheit ausgerüstet wird.Die Ziele der Phase E/F1 sind die Integration des Instruments auf dem Raumschiff, die Vorbereitung und Durchführung des Starts, sowie die Inbetriebnahme des Instruments im Orbit. Darüber hinaus können zudem Rückschlüsse auf den Planetenkern gezogen werden. Die Magnetosphäre des Merkurs wird vom MMO erkundet. Dieser Orbiter wird den Planeten in größeren Höhen (bis max. 12.000 km) in einem stark elliptischen Orbit umkreisen. Als eines der elf von der ESA für das MPO-Raumfahrzeug der BepiColombo-Mission ausgewählten Instrumente wird MERTIS die Oberflächenmineralogie des Planeten Merkur kartieren - die räumliche Auflösung wird dabei mindestens 500 Meter betragen. Die sechs Instrumente an Bord des MMOs untersuchen die Wechselwirkung von Magnetosphäre und Sonnenwind. Ziele der Mission Die BepiColombo Mission verfolgt vielseitige wissenschaftliche Ziele. Bei den Vorbeiflügen der NASA-Sonde Mariner 10 in den Jahren 1974 und 1975 wurde ein schwaches, aber konstantes Magnetfeld auf dem Planeten Merkur festgestellt. Diese Entdeckung kam insofern unerwartet, da außer der Erde die anderen terrestrischen Planeten Venus und Mars kein globales Magnetfeld besitzen, obwohl sie massereicher als Merkur sind. Nach heutigem Wissensstand sind die Planetenkerne für die Aufrechterhaltung der planetaren Magnetfelder verantwortlich. Jedoch muss sich dafür ein Teil des Kerns in flüssigem Zustand befinden. Dies ist beim Merkur aber aufgrund seiner geringen Größe nur schwer vorstellbar. Ungeachtet dessen besitzt der Planet vermutlich einen metallischen Kern, der nahezu die Hälfte seines Volumens ausfüllt. Und obwohl er nur etwa 40 Prozent größer ist als der Erdmond, hat Merkur eine Dichte, die mit der zwanzigmal massereicheren Erde vergleichbar ist. Dies ist ungewöhnlich, da die gravitative Kompression des Merkurs aufgrund seiner geringen Masse keine so hohe Dichte zulassen dürfte. BepiColombo wird grundlegende Daten zum besseren Verständnis des inneren Aufbaus, des Kerns und des Magnetfeldes besteuern können. Der Merkur besitzt durch die niedrige Gravitation und den starken Einfluss des direkten Sonnenwindes selbst keine eigene Atmosphäre. Seine Oberfläche ist dadurch über sehr lange Zeiträume den Partikeln und der Strahlung der Sonne ausgesetzt. Dies hat entscheidende Auswirkungen auf die Zusammensetzung und Struktur der Oberflächenminerale. Die Magnetosphäre des Merkurs jedoch begünstigt die Existenz der Exosphäre, einem extrem dünnen Gasgemisch aus Sonnenwindpartikeln und Teilchen, die direkt aus den oberflächennahen Schichten herausgelöst werden. Der Einfluss des Sonnenwindes auf die Zusammensetzung und Struktur der Merkuroberfläche ist bis heute nur wenig verstanden. Zu diesem Themenkomplex wird BepiColombo entscheidende Daten liefern können. Merkur ist insgesamt ein extremer Planet. Er ist der sonnennahste Planet und umkreist die Sonne in einer Entfernung von 58 - 69 Mio. km in einem relativ exzentrischen Orbit. Die Oberfläche erreicht Temperaturen von bis zu 440 °C. Dennoch existieren vermutlich Krater, die aufgrund des Orbits im permanenten Schatten liegen und Temperaturen von bis zu -170 °C aufweisen. Somit könnten einige dieser Krater Wassereis enthalten. Auch zu den Fragen in Verbindung mit den Volatilen auf dem Merkur könnte BepiColombo wesentliche Beiträge leisten. Ausgestattet mit modernen Kamerasystemen und Spektrometern wird speziell der MPO, mit dem MERTIS Instrument an Bord, die detaillierte Untersuchung der Geologie sowie der Mineralogie der Oberfläche des Merkurs erlauben. Insbesondere stellen sich Fragen zur vulkanischen und tektonischen Evolution des Planeten und zu seiner Impaktgeschichte. Einige dieser Fragen, die auch durch MESSENGER nicht umfassend beantwortet werden können, stammen noch aus Zeiten der ersten Mariner 10 Mission, andere Fragen ergaben sich aus den neuen Ergebnissen der MESSENGER Mission und erdgestützten Beobachtungen. Zusammenfassend werden folgende Fragen an eine Mission zum Merkur formuliert: ®Welche Auskunft kann uns Merkur über die Entstehung des Sonnensystems geben? ®Wie verlief die geologische, mineralogische und thermale Entwicklung des Merkurs? ®Was kann uns die Impakthistorie der Merkuroberfläche über die Entwicklung des Sonnensystems sagen? ®Was sind die physikalischen Eigenschaften (z.B. Korngrüßen, thermische Trägheit) der Merkuroberfläche? ®Warum ist die unkomprimierte Dichte des Merkurs deutlich höher als die aller anderen terrestrischen Planeten? ®Ist der Kern des Merkurs flüssig oder fest? ®Ist Merkur heute noch tektonisch aktiv? ®Warum hat ein solch kleiner Planet ein konstantes Magnetfeld? ®Warum zeigen spektrographische Untersuchungen des Merkurs einen so geringen Anteil an Eisenoxid, obwohl das Element Eisen der Hauptbestandteil des Planeten sein sollte? ®Was enthalten die permanent im Schatten liegenden Krater? Lässt sich Eis nachweisen? ®Wie entstehen die von MESSENGER gefundenen sogenannten „hollows"? ®Wie kann sich die Exosphäre des Merkurs im Gleichgewicht halten? ®Wie wechselwirkt das Magnetfeld mit dem Sonnenwind, während keine Ionosphäre existiert? ®Gibt es Erscheinungen wie Polarlichter, Strahlungsgürtel oder Stürme im Bereich des Magnetfeldes ähnlich wie auf der Erde?