ESA's Solar Orbiter en BepiColombo-ruimtevaartuig maakten eerder deze week een historische Venus-vlucht, die de planeet binnen 33 uur na elkaar passeren en unieke beelden en gegevens vastleggen tijdens de ontmoeting.

Het ESA/NASA Solar Orbiter-ruimtevaartuig vloog op 9 augustus langs Venus op een afstand van 7995 km, terwijl de ESA/JAXA BepiColombo-missie op 10 augustus op slechts 552 km van het aardoppervlak langs scheerde. De flyby's waren nodig om het ruimtevaartuig een zwaartekrachthulp te geven om hen te helpen hun volgende bestemmingen te bereiken. BepiColombo zal in de nacht van 1-2 oktober de eerste van zes flyby's maken bij Mercurius, voordat hij in 2025 in een baan om de aarde komt. voordat verdere Venus-katapulten zijn helling zullen kantelen om de allereerste beelden van de zonnepolen te krijgen.

De Venus-flyby's vereisten extreem nauwkeurig navigatiewerk in de diepe ruimte, ervoor te zorgen dat het ruimtevaartuig zich op de juiste naderingstrajecten bevond, nauwkeurig tot op slechts enkele kilometers op een afstand van 187,7 miljoen km van de aarde.

De hitte voelen

Zoals verwacht tijdens de close flyby van BepiColombo, de ruimtevaartuigmodules voelden een snelle toename van warmte terwijl het van de nachtzijde naar de dagzijde van de planeet ging. De JAXA Mercury Magnetospheric Orbiter (MMO), bevindt zich in de zonnekap, registreerde een stijging van 110 graden Celsius op een van de acht zonnepanelen, van -100ºC tot +10ºC. Binnen het ruimtevaartuig zelf werd slechts een toename van 2-3 graden waargenomen, om de effectiviteit van de isolatie aan te tonen.

Op de Europese Mercury Transfer Module, een temperatuurstijging van 50 graden werd waargenomen op de radiator van het ruimtevaartuig, terwijl de Mercury Planetary Orbiter (MPO) een verandering van ongeveer 20 graden registreerde.

zwaartekracht sleepboot

Zowel Solar Orbiter als BepiColombo voelden ook de immense zwaartekracht van de planeet in het impulsmoment van hun reactiewielen, die worden gebruikt om de houding van ruimtevaartuigen te behouden, op koers houden.

De Italiaanse Spring Accelerometer (ISA) aan boord van de BepiColombo MPO registreerde met grote gevoeligheid de door het ruimtevaartuig gemeten versnellingen. Het ISA-team vertaalde de versnellingsgegevens vervolgens naar frequentie om ze hoorbaar te maken voor het menselijk oor. Het resulterende geluid is rijk aan interessante effecten vanwege de zwaartekracht van de planeet die inwerkt op de structuur van het ruimtevaartuig, de reactie van het ruimtevaartuig op de snelle temperatuurveranderingen, en de reactiewielen die hard werken om deze effecten te compenseren.

De versnellingsmeter voelde ook de getijdeneffecten op het ruimtevaartuig terwijl het op verschillende afstanden langs Venus vloog. Het zeer kleine verschil in zwaartekracht tussen BepiColombo's zwaartepunt en ISA ten opzichte van Venus kon worden gedetecteerd, de eerste keer dat een versnellingsmeter dit effect op een andere planeet registreerde. Het team analyseert deze kostbare gegevens en zal de meting gebruiken als referentie om het instrument te verfijnen voorafgaand aan de wetenschappelijke fase bij Mercury.

Multipoint wetenschap

Veel van de wetenschappelijke instrumenten stonden aan tijdens de flybys, gebruikmakend van de mogelijkheid om gegevens te verzamelen over de Venusiaanse magnetische, plasma- en deeltjesomgeving rond het ruimtevaartuig. Bovendien, het unieke aspect van de dubbele flyby is dat de twee datasets kunnen worden vergeleken vanaf locaties die gewoonlijk niet worden bemonsterd door een planetaire orbiter.

De magnetometerteams van beide ruimtevaartuigen melden dat ze de effecten van de flyby in hun gegevens hebben gezien, waardoor een zeldzame glimp kan worden opgevangen van de interactie van de zonnewind met een planetaire atmosfeer.

Het BepiColombo MPO-magnetometerteam creëerde een eenvoudige sonificatie van de variabiliteit van het totale magnetische veld terwijl ze langs Venus vlogen. De audio legt laagfrequente windachtige geluiden vast die worden veroorzaakt door de zonnewind en zijn interactie met Venus. De plotselinge overgang van het ruimtevaartuig in de zeer kalme zonnewind bij de boegschok (de locatie waar de magnetosfeer van de planeet de zonnewind ontmoet) is duidelijk vastgelegd.

Het Solar Orbiter-magnetometerteam beschrijft ook het magnetische veld dat in omvang toeneemt als gevolg van de compressie van het veld terwijl ze langs de flanken van de planeet reisden, en toen een scherpe daling toen ze de boegschok weer overstaken in de zonnewind.

En terwijl Solar Orbiter door de staart van de magnetosfeer ging en uit de boegschok in de zonnewind kwam, BepiColombo was 'stroomopwaarts, " so the teams will know the input magnetic field conditions throughout the encounter to see how Venus has affected the solar wind downstream. It will take many weeks to make a detailed analysis of the two datasets.

Sensors on both BepiColombo MPO and MMO were also monitoring for ions circulating in the magnetosphere and in the close vicinity of Venus. Particles follow electromagnetic fields, and are also strongly related to processes in the ionosphere and atmosphere. Bijvoorbeeld, the SERENA/PICAM ion particle detector on MPO clearly measured a peak in hydrogen ion density during the closest approach. SERENA is the Search for Exospheric Refilling and Emitted Natural Abundances instrument suite and PICAM is the Planetary Ion Camera.

With the close encounter, MPO's MErcury Radiometer and Thermal infrared Imaging Spectrometer (MERTIS) could capture spectra of the Venus atmosphere while the planet completely filled its field of view. Such high resolution spectra of Venus have not been obtained since the Venera 15 mission in the early 1980s. A first look at the MERTIS data shows the expected band of carbon dioxide and hints of more spectral features. The detailed analysis revealing the thermal structure in the atmosphere and potentially sulfur dioxide abundance will take many weeks. Apart from the scientific value of this data, it will also help to verify the instrument calibration in preparation for the first thermal infrared observations of Mercury by a spacecraft.

Venus photobomb

It was not possible to take high-resolution imagery of Venus with the science cameras onboard either mission, but both could use other instruments to capture black-and-white imagery.

Solar Orbiter's SoloHI imager observed the nightside of Venus in the days before closest approach. SoloHI usually takes images of the solar wind—the stream of charged particles constantly released from the sun—by capturing the light scattered by electrons in the wind. In the days leading up to the Venus flyby, the telescope caught the dramatic glare of the planet's dayside. The footage shows Venus moving across the field of view from the left, while the sun is off camera to the upper right. The planet's nightside, the part hidden from the sun, appears as a dark semicircle surrounded by a bright crescent of light.

BepiColombo's three monitoring cameras captured a series of black-and-white snapshots, starting from the approach over the nightside, through closest approach and in the days after as the planet faded from view.

Where to next?

Solar Orbiter and BepiColombo both have one more flyby this year.

During the night of 1-2 October BepiColombo will see its destination for the first time, making its first of six flybys of Mercury at a distance of just 200 km distance. The two planetary orbiters will be delivered into Mercury orbit in late 2025, tasked with studying all aspects of this mysterious inner planet from its core to surface processes, magnetic field, and exosphere, to better understand the origin and evolution of a planet close to its parent star.

On 27 November, Solar Orbiter will make a final flyby of Earth at 460 km, kicking off the start of its main mission. It will continue to make regular flybys of Venus to progressively increase its orbit inclination to best observe the sun's uncharted polar regions, which is key to understanding the sun's 11 year activity cycle.