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Über die Raumsonde und ihre Instrumente informiert selbst ein eigener Artikel auf dieser Website. Über die Ereignisse auf dem Flug zum Merkur informiert sie dieser Artikel. In diesem Artikel erfahren sie die wichtigsten Ereignisse der Mission von Messenger in ihrem Orbit um Merkur.
33 Stunden vor dem Orbit begannen die Antennen des DSN MESSENGER laufend zu verfolgen und Telemetrie zu empfangen. Am 18.3.2011 zündete die Raumsonde für 15 Minuten ihre Triebwerke, reduzierte ihre Geschwindigkeit um 860 m/s und schwenkte in einen Orbit um Merkur ein. Sie benötigte dazu nur 31% ihres Treibstoffs. Sehr viel benötigte sie schon vorher für die zahlreichen Deep Space Manöver während der sieben Jahre dauernden Reise zum innersten Planeten.
Bis zum 23.3.2011 erfolgte das Durchchecken der Raumsonde im Orbit, danach stand die Inbetriebnahme der Experimente an. Am 29.3.2011 begann der Späher mit seinem Meßprogramm und übermittelte in einer ersten Session 363 Aufnahmen der Kamera zur Erde.
Messenger soll mindestens ein Jahr im Orbit verbleiben. Die Lebensdauer im Orbit hängt von mehreren Umständen ab, so dem verfügbaren Treibstoff: die Sonne verändert die Bahn der Sonde laufend, erhöht vor allem den merkurnächsten Punkt. Mindestens einmal pro Merkurjahr muss die Raumsonde eine Korrektur durchführen um den nächsten Punkt des Orbits unter 500 km zu halten. Er würde sonst ansteigen. Dies wird um Treibstoff zu sparen jeweils bei maximaler Entfernung von der Sonne durchgeführt. Leider verkürzt die Senkung des Orbits auf 200 km aber die Umlaufsdauer um 15 Minuten, sodass im merkurnächsten Punkt ein Kompensationsmanöver geplant ist. Fünf Zündungen sind geplant, das zweite und vierte nahe am Perizentrum der Merkurbahn und die anderen drei jeweils am Apozentrum.
Die Umlaufbahn von MESSENGER muss mehreren Kriterien genügen. Zum einen muss sie regelmäßigen Funkkontakt mit der Erde erlauben. Daher hat er eine Umlaufdauer von 11:45 bis 12 Stunden. Zweimal pro Erdtag ist daher MESSENGER in einer Position in der er senden kann. Er muss elliptisch sein, weil die Sonde sich durch ihren Sonnenschutzschild zwar gut vor der Hitze der Sonne schützen kann, doch die bis zu über 400!C heiße Oberfläche des Merkurs emittiert ebenfalls viel Infrarotstrahlung. Sie beträgt alleine die vierfache Intensität der Sonnenstrahlung bei der Erde (die indische Mondsonde Chandrayaan 1 fiel in einem niedrigen Mondorbit aus, weil die Infrarotstrahlung des Mondes zur Überhitzung führte). So kann sich MESSENGER nur kurzzeitig der Planetenoberfläche nähern. Der Orbit hat daher eine Inklination von 82 bis 84° und nähert sich Merkur bis auf 200 km. Das Apozentrum liegt bei bis zu 15.200 km Höhe. Aufnahmen werden bis in 1.500 km Höhe gemacht.
Der nächste Punkt liegt bei 60 bis 75 Grad Nord. Aus diesem Orbit heraus kann die Raumsonde die Nordhalbkugel gut beobachten, die Südhalbkugel wird nur in niedriger Auflösung aufgenommen und die Gebiete nahe des Südpols sind nicht beobachtbar. Daher waren die Vorbeiflüge sehr wichtig, da nur sie die Gelegenheit boten die Südhalbkugel zu erfassen. Die europäische Raumsonde Bepi Colombo wird in einigen Jahren dann auch diese Regionen von Merkur fotografieren. Beim Vorbeiflug konnte MESSENGER schon 96 % der Oberfläche erfassen. Nur die polaren Regionen fehlten. Im Orbit wird dies nachgeholt und es entstehen Aufnahmen aus allen Belichtungssituationen (mit flachem und hohem Sonnenstand, sodass Details besser erkennbar sind.
Als anspruchsvoll gilt das sehr häufige Drehen der Raumsonde um einerseits die Instrumente auszurichten und andererseits die Schutzschilde so auszurichten, dass die Sonde nicht überhitzt. Geplant ist ein Betrieb über ein Jahr. Erwartet werden rund 80.000 Bilder.
Mitte Juni war MESSENGER ein Merkurjahr im Orbit, konnte also die Oberfläche einmal komplett erfassen. Einige Ergebnisse gibt es jetzt schon. So ist das bisher weitgehend unbekannte Nordpolgebiete von ausgedehnten weitgehend kraterlosen Ebenen geprägt. Die schon früher aufgestellte Theorie, dass Vulkanismus die Krustenbildung stark prägte konnte bestätigt werden. Schwefel ist in geringerer Konzentration als beim Erdmond vorhanden. Das ist aufgrund der höheren Dichte aber auch nicht verwunderlich. Die erste chemische Analyse mit dem Röntgenspektrometer ergab das die Zusammensetzung des Gesteins zwischen der des Mars und der Erde liegt. Der Laserhöhenmesser hat 2 Millionen Messungen gemacht, was für ein erstes Höhenmodell ausreicht. Die Kartierung selbst erfolgte bislang mit einer Genauigkeit von 250 m/Pixel.
Ende September waren zwei Merkurjahre vergangen und Messenger ein halbes Jahr im Orbit. Zu diesem Zeitpunkt, der auch einem Sonnentag auf Merkur entspricht (das der Tag länger dauert als ein Jahr liegt an der Eigenheit der Rotation: da Merkur mit 59 Tagen um die eigene Achse rotiert, erfolgen nach 176 Tagen genau drei Rotationen um die Achse und zwei Umläufe um die Sonne - bleibt eine Rotation übrig und der Tag dauert 176 Tage: Wer's berechnen will: 1/59 - 1/88 = 1/176. In einer Konferenz am 6.10.2011 wurden 30 Artikel präsentiert, welche die bisherigen Ergebnisse zusammenfassen.
Die Kartierung mit 250 m/Pixel (monochrom) und 1 km/Pixel (acht Farben) ist nun schon fast global. Es gibt lediglich einige Lücken die im nächsten Halbjahr ausgefüllt werden. Die Aufnahmen entstanden nun aus idealen Belichtungsbedingungen und zusammen mit den vorherigen Aufnahmen bei den Vorbeiflügen erlauben sie eine genauere Untersuchung von Merkurs Geologie. Eine der Beobachtungen war, das selbst in stark verkaterten Gebieten man deutliche Anzeichen von früheren vulkanischen Eruptionen fand. Vulkanismus spielt in der Geschichte Merkurs offensichtlich eine größere Rolle als angenommen, auf jeden fall mehr als beim etwa gleich großen Mond. Wo das Röntgenstrahlenspektrometer das Gestein untersuchen konnte, waren die vulkanischen Gesteine basaltischen Ursprungs, das auch auf der Erde von zahlreichen Vulkanen ausgespuckt wird.
Der VIRS Kanal des Kamerasystems hat bisher etwa 1 Million Spektren aufgenommen. Sie sind nicht flächendeckend, aber sie decken alle Oberflächenmerkmale ab. Es gab zwwei Überraschungen. Das eine sind nur sehr geringe Schwankungen in den Spektren, die Oberfläche hat eine sehr gleichmäßige Zusammensetzung ohne große Variationen. Das zweite war, dass die silikatischen Gesteine sehr eisenarm sind. Merkur ist sehr dicht. Berücksichtigt man, das Gestein im Inneren durch den Druck zusammengepresst wird, so hat er sogar die höchste Dichte im Sonnensystem, wenn dieser Effekt ausgeblendet wird. Er enthält daher sehr viel mehr Eisen als die Erde und es scheint als wäre dieses vor allem in den Kern gewandert und die Oberfläche daher verarmt an diesem häufigsten schweren Metall. Allerdings gibt es im UV-Bereich Hinweise auf Eisen, die jedoch stärkere regionale Schwankungen zeigen. Bisher ist noch nicht geklärt, warum im Infraroten Spektralbereich man kaum Eisen nachweisen kann, im UV-Bereich dagegen doch.
Eine Überraschung war, dass das Magnetfeld um 20% aus Merkurs Zentrum heraus verschoben ist. Es ist so auch auf der Nordhalbkugel um den Faktor 3,5 mal stärker als auf der Südhalbkugel. Wie es erzeugt wird, dass ist noch nicht geklärt. Aber es hat Folgen. Geladene Teilchen, vor allem aus dem Sonnenwind treffen vor allem auf der Südhalbkugel auf die Oberfläche, während das Magnetfeld auf der Nordhalbkugel mehr Teilchen ablenkt. Die Teilchen (Protonen und Alphateilchen) schlagen Natrium, Calcium und Magnesiumatome auf der Tagseite aus dem Gestein. Sie bilden eine Exosphäre und auf der Nachtseite einen Schweif. Dort wurde mehr Calcium und Magnesium gefunden, als nach den Modellen zu erwarten. Eine mögliche Erklärung wäre, das das Merkurmagnetfeld und das interplanetare Magnetfeld miteinander wechselwirken und so noch mehr Teilchen auf die Oberfläche lenken, wo sie wiederum Calcium und Magnesium herausschlagen. Allerdings kann auch dieses Modell noch nicht die beobachteten Konzentrationen erklären.
Nach dem ersten Orbitjahr, entsprechend zwei Sonnentagen von Merkur erfolgt die nun größte Kurskorrektur. Sie sollte die Umlaufperiode von 11 h 36 min auf 8 h senken. Der este Teil erfolgte am 19.4.2012 und verbrauchte den Rest des Oxidators des Haupttriebwerks, das dazu 188 s lang betrieben wurde. Es senkte die Umlaufzeit auf 9 h 5 Minuten ab. Danach wurde das Haupttriebwerk stillgelegt, weil es nun keinen Oxidator mehr hat. Den Rest der Anpassung der Umlaufzeit erfolgt dann mit den kleinen Steuertriebwerken, die nur Hydrazin katalytisch zersetzen. Sie brauchen dazu keine zweite Treibstoffkomponente.
Die neue Umlaufbahn führt nun Messenger bis auf 10314 km von der Oberfläche weg. Der merkurnächste Punkt bleibt bei 276 km. Das Manöver markiert auch den Beginn der weiterten Missionsphase. Die einjährige Primärmission ist nun beendet. Ein Betrieb über ein weiteres Jahr war jedoch schon Beginn der Primärmission vorgesehen. Während der Primärmission wuren 100.000 Bilder gewonnen, die 99% der Oberfläche unter idealen Lichtbedingungen abdecken. Die Laserhöhenmessung deckt den Planeten in 400 m Abständen ab, mit einer Genauigkeit von 25 bis 100 m.
MDIS Informationen vom PDS Knoten
NASA SP 424 Mariner 20 to Venus and Mercury
Messenger kalibrierte MDIS Daten
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