Al sinds de oudheid bekend, Mercurius heeft nog niet al zijn geheimen prijsgegeven. De internationale missie BepiColombo, geplande lancering in de komende dagen, zal het oppervlak van de planeet bestuderen en het magnetische veld ervan vergelijken met dat van de aarde.

Afgezien van de aarde, Mercurius is de enige terrestrische planeet met een eigen magnetisch veld, en toch is het tot nu toe slechts door twee ruimtemissies bezocht. Dit is inderdaad geen gemakkelijke taak:omdat het zo dicht bij de zon staat, een ruimtevaartuig dat het zwakke zwaartekrachtsveld van de Swift Planet mist, zal onvermijdelijk naar het zonneoppervlak storten, verwarmd tot een vurige 5, 500 °C.

De Europese en Japanse ruimteagentschappen, ESA en JAXA, hebben daarom nauw samengewerkt om het succes van BepiColombo te verzekeren. De missie, die bestaat uit twee orbiters, is gepland om te lanceren vanuit Kourou, Frans Guyana, in de nacht van 19 op 20 oktober aan boord van een Ariane 5-raket. Na een reis van zeven jaar en twee flybys van Venus om te profiteren van zwaartekrachtondersteuning, het zal dan het oppervlak van Mercurius onderzoeken, atmosfeer, en magnetosfeer gedurende twee jaar, tot 2027.

Van Mariner tot Bepi

In de jaren zeventig, tijdens een missie die voornamelijk gericht was op Venus, het Amerikaanse ruimtevaartuig Mariner 10 voerde drie flybys van Mercurius uit. Een van de betrokken onderzoekers was een professor aan de Universiteit van Padua, Italië, genaamd Giuseppe "Bepi" Colombo. Het nieuwe ruimtevaartuig, de allereerste samenwerking tussen ESA en JAXA, werd naar hem vernoemd.

Tijdens de korte flyby's, Mariner 10 was in staat om de helft van Mercurius in kaart te brengen en zijn magnetisch veld te detecteren. Hoewel het veel zwakker is dan dat van de aarde, het laat zien dat de kern van de planeet nog steeds actief is. Mariner 10 bevestigde ook de aanwezigheid van een exosfeer, een uiterst ijle atmosfeer die zich uitstrekt tot zeer grote hoogten.

Vele jaren later, NASA lanceerde het ruimtevaartuig MESSENGER. In maart 2011 in een baan rond Mercurius geplaatst het stortte neer op het oppervlak in april 2015 toen de brandstof op was. Het bevestigde de waarnemingen van Mariner 10 en voerde verdere kaarten en onderzoeken van het oppervlak uit. Vooral, MESSENGER ontdekte niet alleen bewijs van vulkanische activiteit en platentektoniek, maar ook van waterijs:door de extreem kleine axiale helling van Mercurius, geen direct zonlicht bereikt ooit de bodem van inslagkraters aan de polen.

"Hoewel MESSENGER een magnetometer en apparatuur droeg om ionen en energetische deeltjes te meten, de belangrijkste missie van het ruimtevaartuig was om de planeet te onderzoeken, zijn dunne atmosfeer en zijn oppervlak, " legt Dominique Delcourt uit, CNRS senior onderzoeker en directeur van de LPC2E, verantwoordelijk voor de ionenmassaspectrometer aan boord van BepiColombo's in Japan ontworpen orbiter, MMO. "In de aanwezigheid van een intrinsiek magnetisch veld, een magnetische holte vormt zich in de ruimte. Dit wordt de magnetosfeer genoemd, waar veel deeltjestransport- en versnellingsprocessen plaatsvinden."

één missie, Twee Orbiters

De BepiColombo-missie bestaat uit twee orbiters met een wetenschappelijke lading van bijna 100 kilogram. De eerste, MPO (Bepi), zal worden gewijd aan het volledig in kaart brengen van de planeet en het bestuderen van het oppervlak, interne structuur, en exosfeer, terwijl de tweede, MMO (omgedoopt tot Mio), zal zijn magnetische omgeving bestuderen. Eenmaal op hun bestemming, Mio wordt als eerste uitgebracht, gevolgd door Bepi, die zal worden geplaatst in de laagste baan die ooit rond Mercurius is bereikt.

Delcourt is optimistisch:"Dit bredere instrumentarium stelt ons in staat om niet alleen nieuwe ontdekkingen te doen, maar bekijk ook de gegevens van MESSENGER. Door waarnemingen van beide orbiters te combineren, we zullen ook in staat zijn om wat u stereoscopische metingen zou kunnen noemen, uit te voeren, iets dat voorheen onmogelijk was."

De MMO-orbiter voltooit één omwenteling in slechts vier seconden, waardoor zijn instrumenten in alle richtingen in de ruimte kunnen wijzen op zoek naar neutrale of geïoniseerde deeltjes en elektromagnetische golven. Met een hogere resolutie dan het MESSENGER-instrument, de MSA-ionenspectrometer, ontwikkeld op de LPP[6] in samenwerking met Japanse en Duitse teams, kan onderscheid maken tussen zware atomen die slechts één atomaire massa-eenheid van elkaar verwijderd zijn, zoals kalium en calcium.

"Deze metingen zullen ons in staat stellen om uitgestoten planetair materiaal te karakteriseren, ", zegt Delcourt. "Als gevolg van een meteorietbombardement en de zonnewind, materie wordt uitgestoten van het oppervlak van Mercurius. Het kan dan worden geïoniseerd door de ultraviolette straling van de zon, en getransporteerd en versneld rond de planeet." Door deze ionen te bestuderen, het zal mogelijk zijn om de samenstelling van het oppervlak te analyseren zonder erop te hoeven landen.

Een model magnetisch veld

Het magnetische veld van Mercurius is ook een interessant generiek model. Het observeren van een magnetosfeer die kleiner is dan de onze, zou ons begrip van het gedrag van zowel neutrale als geïoniseerde materie in de ruimte moeten verbeteren. Op zo'n korte afstand van de zon, de dichtheid van de zonnewind betekent dat deze een grotere impact heeft op de planeet. Een andere interessante factor is dat de zeer elliptische baan van Mercurius aanzienlijke cyclische variaties in deze blootstelling veroorzaakt. Als resultaat, De verschillende wetenschappelijke instrumenten van BepiColombo zullen het waarschijnlijk extreem druk hebben. Zes ervan zijn ontworpen met de medewerking van acht CNRS-laboratoria, inclusief de LPC2E, de IAS, IPGP, het onderzoeksinstituut voor astrofysica en planetologie (IRAP), de LAM, LATMOS, LESIA en LPP.

Bij de LATMOS, Éric Quemerais is de hoofdwetenschapper voor PHEBUS. Deze ultraviolet-spectrometer scant frequenties van 50 tot 320 nanometer, evenals een paar lijnen die worden gebruikt om calcium en kalium te detecteren.

Het oppervlak van Mercurius analyseren

"We bestrijken een breder spectrumbereik dat elementen omvat die onzichtbaar waren voor MESSENGER, zoals helium, zwavel, geïoniseerd calcium, diwaterstof, enzovoort., " legt Quemerais uit. "Dankzij een betere signaal-ruisverhouding, we hebben ook een verbeterde detectielimiet." En terwijl de Amerikaanse spectrometer was uitgelijnd met zijn sonde, PHEBUS heeft een onafhankelijk aanwijsmechanisme. Hierdoor kan het zijn richting kiezen en biedt het een betere ruimtelijke en temporele dekking in een baan om de aarde. "De exosfeer geeft een idee van de samenstelling van het oppervlak van Mercurius en van zijn buitenste lagen, " voegt Quemerais toe. "Bijvoorbeeld we weten dat we calcium en natrium zullen detecteren, maar we verwachten ook magnesium te vinden, potassium, en zuurstof, wiens aanwezigheid nog niet systematisch is bevestigd."

Een ander voordeel van ultraviolet licht is dat het op een andere manier weerkaatst op ijs, wat betekent dat PHEBUS elk aanwezig waterijs kan detecteren. "Deze techniek is al toegepast op de maan, ", zegt Quemerais. "We zullen deze veranderingen in de hoeveelheid gereflecteerd licht gebruiken om de twee polen van Mercurius in kaart te brengen." Vanwege zijn specifieke baan, geselecteerd zodat het de Noordpool kon overzien, MESSENGER kon maar de halve planeet in kaart brengen.

Zo belooft BepiColombo de wetenschappelijke gemeenschap te voorzien van een schat aan nieuwe gegevens. In juni 2020 in Orléans (Midden-Frankrijk), Delcourt organiseert de volgende belangrijke conferentie gewijd aan de Swift Planet. "Natuurlijk, BepiColombo zal dan zijn bestemming niet hebben bereikt, maar we zullen niettemin gebruik kunnen maken van de gegevens van MESSENGER, " legt hij uit. Ongetwijfeld zullen de wetenschappers in die tijd hun zinnen hebben gezet op Venus, waar Bepi Colombo langs zal slingeren, voortgestuwd op weg naar Mercurius, zijn eindbestemming.