Venus naderen vanaf zijn dagzijde, de planeet passeren, zijn zwaartekracht gebruiken om te vertragen en aan zijn nachtzijde verder te gaan op koers naar Mercurius:op donderdag 15 oktober 2020, om 05:58 CEST, ESA's BepiColombo-ruimtevaartuig zal langs Venus vliegen op een afstand van ongeveer 10, 720 kilometer en draagt ​​een deel van zijn kinetische energie over aan onze naburige planeet om zijn eigen snelheid te verminderen.

Twee jaar na de lancering, het doel van de manoeuvre is om de baan van BepiColombo rond de zon te verlagen in de richting van de baan van Mercurius. De twee orbiter-ruimtevaartuigen van de Europese Ruimtevaartorganisatie (ESA) en de Japanse Ruimtevaartorganisatie (JAXA) maken deel uit van een gezamenlijke missie die dit punt zal bereiken na een nieuwe vlucht langs Venus in augustus 2021. Na zes dichte voorbijvluchten van Mercurius, de missie zal dan eind 2025 in een baan rond de binnenste planeet komen. Voor planetaire onderzoekers en ingenieurs van het Duitse Lucht- en Ruimtevaartcentrum (Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt; DLR) en voor het Instituut voor Planetologie van de Universiteit van Münster, de Venus-flyby is een andere kans om BepiColombo's MErcury Radiometer en Thermal Infrared Spectrometer (MERTIS) te testen.

Zicht op de Venus-gasomhulling met infraroodsensoren

De flyby van Venus en de Earth-moon-flyby die plaatsvonden in het voorjaar van 2020 zijn ruimtevluchtmanoeuvres die worden gebruikt om de functionaliteit van sommige experimenten aan boord van beide orbiters te testen en om de sensoren en signaalketens te kalibreren met de verkregen gegevens. "Er zullen ook wetenschappelijke metingen worden uitgevoerd tijdens nadering en vertrek en bij de dichtste nadering van Venus, " zeggen de twee mensen die primair verantwoordelijk zijn voor het MERTIS-instrument, Jörn Helbert van het DLR Institute of Planetary Research en Harald Hiesinger van het Institute of Planetology van de Universiteit van Münster. "Onze beeldspectrometer MERTIS, die we samen met de industrie en internationale partners hebben gebouwd, zal opnieuw worden gebruikt om deze metingen te doen, ’ zegt Helbert.

MERTIS is in de eerste plaats ontwikkeld voor het meten van spectra van gesteentevormende mineralen op het atmosfeervrije oppervlak van Mercurius. Maar met zijn infraroodsensoren, het kan ook tot op een bepaalde diepte in de dichte gasomhulling van Venus kijken. "We verwachten nu al een aantal zeer interessante bevindingen, met meer te volgen in 2021, wanneer we veel dichter bij Venus zullen zijn, ", voegt Hiesinger eraan toe.

MERTIS is een beeldvormende infraroodspectrometer en radiometer met twee ongekoelde stralingssensoren die gevoelig zijn voor golflengten van 7 tot 14, en 7 tot 40 micrometer, respectievelijk. Tijdens twee reeksen metingen, waarvan de eerste vandaag begint, MERTIS zal bijna 100 vangen, 000 afzonderlijke afbeeldingen. De eerste serie begint wanneer het ruimtevaartuig nadert vanaf een afstand van ongeveer 1,4 miljoen kilometer van Venus tot een afstand van 670, 000 kilometer. Na een pauze om het instrument te controleren, de tweede reeks start op een afstand van 300, 000 kilometer, 11 uur voordat Venus voorbij vliegt, en zal doorgaan tot BepiColombo bijna 120 is, 000 kilometer van Venus vier uur voor de dichtste nadering van de flyby.

Venus als de focus van planetair onderzoek

Venus is bijna net zo groot als de aarde, maar heeft zich op een heel andere manier ontwikkeld. De atmosfeer is veel dichter, bijna geheel uit kooldioxide bestaan, en dus ervaart de planeet een zeer sterk broeikaseffect. Dit resulteert in een permanente oppervlaktetemperatuur van rond de 470 graden Celsius. Er is geen water en daarom wordt aangenomen dat er geen leven aan de oppervlakte zou kunnen overleven.

Het is goed mogelijk dat er nog vulkanen op Venus actief zijn. "Deze zouden worden gedetecteerd, bijvoorbeeld, door het zwaveldioxide dat ze uitstoten, ", zegt Helbert. "Na de eerste metingen in de jaren zestig en zeventig, ongeveer 10 jaar geleden, ESA's Venus Express-missie registreerde een enorme reductie, met meer dan de helft, van zwaveldioxideconcentraties. Venus 'ruikt' letterlijk naar actieve vulkanen. MERTIS zou ons nu van nieuwe informatie kunnen voorzien." De experimenten zullen worden aangevuld met gelijktijdige waarnemingen van de Japanse Venus-orbiter Akatsuki en van een tiental professionele telescopen, evenals informatie van amateurastronomen op aarde.

Venus kwam pas onlangs in de schijnwerpers van de wetenschap en de media toen een groep astronomen telescopen in Hawaï en Chili gebruikten om de aanwezigheid van het sporengas fosfine (of monofosfaan, chemische formule PH ₃ ) op Venus. Fosfine wordt op aarde industrieel vervaardigd voor gebruik bij ongediertebestrijding, maar wordt ook geproduceerd door biologische processen in sapropel of in het spijsverteringskanaal van gewervelde dieren. Fosfine is een zeer kortlevend molecuul, dus er moet een stroombron van het molecuul op Venus of in zijn atmosfeer zijn.

Eerdere modellering van natuurlijke fosfinebronnen zoals vulkanisme, chemische reacties na meteorietinslagen of bliksemontladingen kunnen de gemeten concentraties niet verklaren. Dit is de reden waarom de mogelijkheid dat het fosfine wordt geproduceerd door micro-organismen hoog in de atmosfeer van Venus wordt besproken door planetaire onderzoekers. Deze bevinding zou erop kunnen wijzen dat er leven bestaat in de gematigde 'vliegende tapijten' van zwavelzuurwolken die bestaan ​​op een hoogte van 40 tot 60 kilometer. De auteurs van de studie stellen zelf vraagtekens bij dit idee, echter, en de noodzaak van verdere metingen in de toekomst aangeven. In de toekomst, Venus zal het doelwit zijn van ESA- en NASA-missies.

Venus, een exoplaneet voor onze deur

MERTIS en de andere vijf geactiveerde instrumenten aan boord van de Mercury Planetary Orbiter zullen geen fosfinemoleculen kunnen detecteren vanaf de afstand van de flyby. Hoe dan ook, de flyby is wetenschappelijk interessant, aangezien het ruimtevaartuig kan worden gebruikt om Venus te bestuderen alsof het een verre, Aardachtige extrasolaire planeet met een vast oppervlak en een dichte atmosfeer.

"Tijdens de vlucht van de aarde, we hebben de maan bestudeerd, karakteriseren van MERTIS tijdens de vlucht voor de eerste keer onder echte experimentele omstandigheden. We hebben goede resultaten behaald, " zegt Gisbert Peter, MERTIS projectmanager bij het DLR Institute of Optical Sensor Systems, die verantwoordelijk was voor het ontwerp en de bouw van MERTIS. "Nutsvoorzieningen, we richten MERTIS voor het eerst op een planeet. Dit zal ons in staat stellen om vergelijkingen te maken met metingen die vóór de lancering van BepiColombo zijn gedaan, om de werking en gegevensverwerking te optimaliseren, en om ervaring op te doen voor het ontwerp van toekomstige experimenten."

Alle experimenten zullen gericht zijn op het meten van de samenstelling, structuur en dynamiek van de atmosfeer van Venus, de ionosfeer van de planeet en - met behulp van de instrumenten op de Japanse MMO (Mercury Magnetospheric Orbiter) - de geïnduceerde magnetosfeer van Venus.

Brandstof besparen met planetaire flybys

Na BepiColombo's eerste vlucht langs de aarde op 10 april 2020, de flyby van Venus is ontworpen om het ruimtevaartuig te blijven vertragen zonder brandstof te gebruiken. Dit is nodig om de orbitale ellips van het ruimtevaartuig samen te drukken in de richting van een cirkelvormige baan die uiteindelijk bijna geometrisch identiek is aan de baan van Mercurius. Het ruimtevaartuig 'valt' naar Venus in zijn spiraalvormige baan door het binnenste zonnestelsel met verschillende snelheden, afhankelijk van de afstand tot de zon. Bij Venus, BepiColombo zal zijn heliocentrische snelheid verlagen met 37 kilometer per seconde (133, 500 km/u). De flyby vindt plaats op een afstand van 116 miljoen kilometer van de aarde. Venus loopt momenteel voor op de aarde in zijn baan en is vlak voor zonsopgang zichtbaar aan de oostelijke hemel.

Door de sterke aantrekkingskracht van de zon, planetaire missies naar het binnenste zonnestelsel kunnen alleen worden bereikt met zeer complexe banen. Met de manoeuvre op donderdag, de relatieve snelheid van het ruimtevaartuig in vergelijking met Mercurius zal worden teruggebracht tot 1,84 kilometer per seconde. Aan het einde van zijn spiraalvormige vlucht tussen de banen van de aarde en Mercurius, BepiColombo zal rond de zon draaien met bijna dezelfde snelheid als Mercurius. Het zal dan gemakkelijk worden opgevangen door de zwaartekracht van de kleinste planeet in het zonnestelsel op 5 december 2025 en zal zichzelf in een polaire baan manoeuvreren. BepiColombo werd op 20 oktober 2018 gelanceerd aan boord van een Ariane 5 draagraket vanuit de Europese ruimtehaven in Kourou.

Het gebruik van flyby-manoeuvres werd voor het eerst geïmplementeerd tijdens NASA's Mariner 10-missie, waardoor het ruimtevaartuig twee extra close-flybys van Mercurius kon maken nadat het al één keer langs de planeet was gereisd. De berekeningen zijn gemaakt door de Italiaanse ingenieur en wiskundige Giuseppe 'Bepi' Colombo, een professor aan de Universiteit van Padua. Colombo werd uitgenodigd voor een conferentie ter voorbereiding van de Mariner 10-missie in het Jet Propulsion Laboratory van NASA in Pasadena, Californië, in 1970. Na het zien van het oorspronkelijke missieplan, hij realiseerde zich dat een zeer nauwkeurige eerste flyby twee extra flybys van Mercurius mogelijk zou maken. De huidige Europees-Japanse Mercury-missie werd naar hem vernoemd.