Wetenschapsinstrumenten aan boord van de Europees-Japanse Mercurius-ontdekkingsreiziger BepiColombo zijn in uitstekende staat om hoogwaardige gegevens te verzamelen tijdens de lange cruise van het ruimtevaartuig naar de binnenste planeet van het zonnestelsel, ondanks dat ze niet voor dit doel zijn ontworpen. teams die samenwerkten aan de missie leerden tijdens de in april langs de aarde vliegende ruimtevaartuig.

De baanverstrakkingsmanoeuvre, waarbij BepiColombo op 10 april 2020 om 04:25 UTC op 12 689 km van het aardoppervlak van onze planeet kwam, bood de mogelijkheid om zes van de elf instrumenten aan boord van ESA's Mercury Planetary Orbiter (MPO) te testen. Zeven sensoren van drie instrumenten op de Mercury Magnetospheric Orbiter MIO van de Japanese Aerospace Agency (JAXA) waren ook aan, evenals de drie 'selfie'-camera's die op de Mercury Transfer Module (MTM) zijn gemonteerd, die de twee wetenschappelijke orbiters naar hun bestemming brengt.

"Het was geweldig om te zien dat alle instrumenten die we bedienden buitengewoon goed functioneerden en goede resultaten gaven, ", zegt ESA's BepiColombo-projectwetenschapper Johannes Benkhoff. "We hebben niet eerder zo'n goede kans gehad om ze allemaal in de ruimte te testen. Het was fantastisch om te zien dat er niet alleen geen problemen waren, maar dat de gegevens van goede kwaliteit waren, ondanks dat de instrumenten speciaal voor Mercury waren ontworpen."

Beter dan verwacht

Bijvoorbeeld, de Mercury Radiometer en Thermal Infrared Spectrometer (MERTIS), een nieuw instrument voor het bestuderen van de oppervlaktesamenstelling van hemellichamen, slaagde erin om metingen van de maan te doen tijdens de vlucht langs de aarde. Het oppervlak van de maan is, echter, veel kouder, dan het oppervlak van Mercurius, wat de waarnemingen bijzonder uitdagend maakte.

"We keken naar iets dat op zijn heetst ongeveer 100°C kan hebben, terwijl we MERTIS maakten om Mercurius te bestuderen, die meer dan 400°C kan hebben, " zegt Jörn Helbert, van het Duitse Lucht- en Ruimtevaartcentrum (DLR), een co-hoofdonderzoeker van MERTIS. "Ook, we zullen naar Mercurius kijken vanaf een afstand van minder dan 1000 km, terwijl de maan tijdens de vlucht 700.000 km verwijderd was."

Daarbovenop, MERTIS keek naar de maan via de secundaire poort en niet via de hoofdpoort, die momenteel wordt gedekt door de MTM. Nog altijd, het instrument legde een unieke set gegevens vast.

"Niemand heeft de maan in dit spectrale bereik eerder vanuit de ruimte waargenomen, ", zegt Jörn. "Het is de eerste dataset in zijn soort en het is minstens zo goed als we hadden gehoopt."

Volgende halte:Venus

De resultaten zijn bemoedigend voor de komende twee flybys van Venus, een planeet die sinds het einde van de Venus Express-missie in 2014 niet door een Europees ruimtevaartuig is bezocht, en wordt momenteel alleen omcirkeld door een Japanse missie genaamd Akatsuki.

"Nu we weten waartoe dit innovatieve instrument in staat is, we kunnen ons erop concentreren om er zoveel mogelijk uit te halen tijdens de twee flyby's van Venus, ' zegt Johannes. 'Hetzelfde geldt voor de andere instrumenten. Het stelt ons in staat om het wetenschappelijke potentieel van de hele missie te maximaliseren op manieren die we niet per se hadden voorzien toen we hem aan het ontwerpen waren."

BepiColombo passeert voor het eerst Venus op 15 oktober op een afstand van ongeveer 10 630 km. De tweede vlucht van het ruimtevaartuig langs de planeet, in augustus 2021, zal het tot ongeveer 550 km van het oppervlak van Venus brengen, dichterbij dan de baan van Akatsuki.

"Er zijn instrumenten, inclusief MERTIS en de PHEBUS ultraviolet spectroscoop, die metingen kan doen bij Venus die we met geen enkele eerdere missie konden doen, "zegt Jörn. "We zullen veel gegevens kunnen krijgen over de dichte atmosfeer van Venus die vergelijkbaar zullen zijn met de gegevens die we konden krijgen van de Sovjet Venera 15- en 16-missies in de jaren tachtig. Dat levert een unieke vergelijking op."

Het 'geluid' van het magnetische veld

Het is niet alleen Venus die onvoorziene wetenschappelijke kansen belooft aan het BepiColombo-team. Net als MERTIS, het MPO Magnetic Field Investigation-instrument (MPO-MAG) is speciaal ontworpen voor Mercurius. De specialiteit van MPO-MAG is het meten van zwakke magnetische velden, zoals die van de kleinste rotsachtige planeet van het zonnestelsel. Het instrument was, echter, nog steeds in staat om nuttige gegevens te verkrijgen tijdens de vlucht langs de aarde, die hielp om het te kalibreren voor toekomstige metingen.

"Als je onze magnetometer op het aardoppervlak plaatst, je kon niets meten omdat het magnetische veld te sterk is, " zegt Daniel Heyner van de Technische Universiteit van Braunschweig, Duitsland, Hoofdonderzoeker voor MPO-MAG. "Het bleek dat de dichtste nadering tijdens de flyby ver genoeg van de aarde was om nog goede metingen te kunnen doen."

De MAG-MPO-gegevens onthulden dat de zonnewind - een constante stroom van elektrisch geladen deeltjes die van de zon naar de interplanetaire ruimte stromen - op de dag van de flyby erg stil was. Het toonde ook het moment waarop BepiColombo de zogenaamde boogschok tegenkwam, een scherpe grens die zich vormt aan de buitenrand van de magnetische omgeving van de aarde terwijl deze in wisselwerking staat met de zonnewind. De gegevens weerspiegelden toen hoe de sonde door de magnetoschacht vloog, een turbulent gebied dat nog aanzienlijk wordt beïnvloed door het interplanetaire plasma, en stak de magnetopauze over, de grens waarna het magnetische veld van de aarde domineert.

Het team kreeg ook waardevolle inzichten in de interferentie van andere instrumenten en vooral van de MTM. Eenmaal bij Mercurius, de MPO zal scheiden van de MTM, maar de mogelijkheid om het geluid van de voortstuwingsmodule tijdens de zevenjarige cruise uit te filteren, opent nieuwe mogelijkheden voor voorheen ongepland wetenschappelijk onderzoek.

Samenwerken met Solar Orbiter

"Dit is een zeer interessante tijd voor onderzoek naar de zonnewind, " zegt Daniel. "We hebben nu verschillende onlangs gelanceerde ruimtevaartuigen die in de richting van de zon reizen en vergelijkbare instrumenten hebben. Er is ESA's Solar Orbiter en NASA's Parker Solar Probe. Ze bevinden zich in de heliosfeer op verschillende afstanden van de zon en dat stelt ons in staat, bijvoorbeeld, om coronale massa-ejecties te volgen en te bestuderen hoe hun snelheid en intensiteit veranderen als ze zich voortplanten vanaf de zon."

Het MAG-MPO-team plant nu, ondanks de oorspronkelijke focus op Mercurius, om de zonnewind het grootste deel van de zevenjarige reis te blijven meten.

Johannes verwacht dat samenwerking, vooral met ESA's eigen Solar Orbiter, grote synergieën en een nieuwe benadering van de studie van het milieu rond de zon mogelijk zal maken.

"Met de BepiColombo Earth-flyby konden we bewijzen dat onze instrumenten zelfs tijdens de cruisefase goed presteren, " zegt hij. "Nu weten we dat we echte en innovatieve wetenschap kunnen doen die gebruik maakt van het netwerk van ruimtevaartuigen dat we momenteel in het binnenste zonnestelsel hebben."