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MESSENGERs Flug zu Merkur

Über die Raumsonde und ihre Instrumente informiert selbst ein eigener Artikel auf dieser Website. In diesem Artikel erfahren sie die wichtigsten Ereignisse der Mission von Messenger bis sie in einen Orbit um Merkur einschwenkt. Danach setzt ein dritter Artikel die Berichterstattung bis zum Missionsende fort.

Start und der Erdvorbeiflug

Australien aus 1.06 Millionen km EntfernungNach den Planung über die Sollmission nun hier die laufende Ergänzung. Erfolgt ist der Start nach einer eintägigen Startverschiebung am 3.8.2004. MESSENGER gelangte in eine Bahn mit einer Energie C3 im Endlichen von 16.4 km²/s² entsprechend etwa 4 km/s über der Fluchtgeschwindigkeit - dieselbe Energie wie für einen Venus Kurs, nur stand die eben nicht da, wo man sie haben wollte. Ziel der ersten Bahn war die Erde, die Bahn war so ausgelegt dass man die Erde nach genau einem Jahr erneut passieren würde. Das vereinfacht die Missionsplanung. Er erhöht vor allem die Inklination von 0 auf 6,4 Grad. Jeder Vorbeiflug an einem Planeten bringt der Sonde einen Schwupps, bei Erde und Venus um rund 3-4 km. So wird die Sonde  die rund 18 km/s Differenz Geschwindigkeit zum Merkur schrittweise reduzieren.

In den ersten Monaten begann man die Sonde nach und nach auszutesten, den Hitzeschutzschild auf die Sonne auszurichten und die Experimente zu entfalten und zu kalibrieren, sofern dies ging. Während der 7 Jahren der Reise zu Merkur nimmt man nur selten Kontakt zur Sonde auf - 3 mal der Woche 8 Stunden lang mit einer der kleineren 32 m Antennen des DSN. Eine Ausnahme sind die Vorbeiflüge nach denen größere Datenmengen zur Erde überspielt werden.

Am 23.5.2005 änderte man die Trajektorie der Bahn durch ein 174 Sekunden dauerndes Zünden der Korrekturdüsen und verlangsamte die Geschwindigkeit um 1.1 m/s. Eine Analyse ergab, dass MESSENGER nun die Erde über der Mongolei in einem Abstand von 2458 km passieren wird. Zwei weitere Kurskorrekturen im Juli könnten die Bahn nochmals feiner einstellen.

Am 3.8.2008, genau ein Jahr nach dem Start erfolgte der Vorbeiflug in 2.347 km minimaler Entfernung von der Erdoberfläche, über der Mongolei. Beginnend, ab dem 2.8.2005 machte die Kamera 358 Aufnahmen die zu einem Film kombiniert wurden. Ebenso hat man die Gelegenheit genutzt um mit MAG und EPPS die Erde und ihre Strahlungsgürtel zu durchleuchten und diese Sonden durch die Daten auch zu kalibrieren. Die heiße Phase begann mit einem Bild der NAC Kamera von MDIS noch gemacht aus einer Entfernung von 1.06 Millionen km. Das abgebildete Bild wurde aus 129.000 km Entfernung angefertigt. Der Vorbeiflug an der Erde hat die Bahn um 28.9 Millionen km näher an die Sonne gebracht. Den Rest der Bahnänderung um weitere 13 Millionen km, damit die Sonde Venus erreicht, müssen nun zwei Kurskorrekturen erledigen.

Am 13.12.2005 fand das erste größere Manöver (DSM 1) zur Änderung des Kurses statt. Bei dem DSM-1 wurde erstmals der Hauptantrieb gezündet. Er brannte 524 Sekunden lang und änderte die Geschwindigkeit der Sonde um 324 m/s. Dabei wurden 100 kg oder etwa 18 % des Treibstoffs von MESSENGER verbrannt. Nach dieser Kurskorrektur wird MESSENGER die Venus am 24.10.2006 in einer Höhe von 3140 km passieren. Da sich die Sonde von der Erde aus hinter der Sonne befindet wird es keine ausgiebige Beobachtung geben, denn die Daten können so nicht übertragen werden.

Am 6.1.2005 veröffentlichten Forscher vom  Goddard Space Flight Center der NASA in Greenbelt Ergebnisse eines Tests den sie zwischen dem 27 und 31.5.2005 durchführten. Sie sandten Lasersignale zu Messenger und mit dem Instrument MLA auch Lasersignale zur Erde und registrierten diese jeweils mit Teleskopen. Dies gelang und setzte einen neuen Entfernungsrekord für die Laserkommunikation, auch wenn keine Nutzdaten übertragen wurde. Der bislang letzte Test stammt noch von 1992 als man Galileo anfunkte und bis in 6 Millionen km Entfernung die Lasersignale empfangen konnte. Messenger konnte die Signale noch in 24 Millionen km Entfernung empfangen. Die Signallaufzeit war bis auf eine Drittelmillionstel Sekunde entsprechend den Berechnungen (entsprechend einer Abweichung von 0.1 km). Die absolute Genauigkeit der Ortbestimmung lag sogar bei 20 cm.

Venus am 3.6.2007Am 21.6.2006 führte MESSENGER eine 16 Minuten lange dauernde Drehung durch. Die Sonde war nun nur noch 144.5 Millionen km von der Sonne entfernt. sobald sie sich auf weniger als 0.95 AE (142.2 Millionen km) der Sonne nähert muss der Schutzschild dauernd zur Sonne zeigen um die Sonde vor Überhitzung zu schützen. Vorher war die Sonde gerade anders herum orientiert, damit die Sonne sie erwärmt. Von nun an wird die Sonde immer diese Position einnehmen.

Vorbei an der Venus

Am 3.8.2006 konnten die Forscher das zweijährige Jubiläum der Raumsonde feiern. Seitdem hat sie 1.9 Milliarden km zurückgelegt und 180.271 Kommandos empfangen. Nun beginnt die Vorbereitung auf den Venus Vorbeiflug, so will man den Durchflug durch den Venusschatten simulieren indem man die Raumsonde mit den Solarzellen im 90 Grad Winkel zur Sonne stellt und 57 Minuten lang (solang dauert die Sonnenfinsternis bei der die Venus die Sonne bedeckt) vom Batteriestrom lebt.

Am 24.10.2006 flog dann Messenger in einer Distanz von 2990 km zur Venusoberfläche an dieser vorbei. Es gab bei diesem Vorbeiflug keine wissenschaftlichen Beobachtungen, diese sind erst für den nächsten Vorbeiflug im Juni 2007 geplant. Anfang Oktober gab es Aufnahmen von MDIS, doch aus 16.5 Millionen km Entfernung von der Venus zeigen sie keine Details. Die geplante Distanz wurde mit einer Genauigkeit von 1.8 km erreicht.

Der nächste Vorbeiflug am 6.6.2007 fand dann in einer besseren Beobachtungsposition statt. Da die Kamera aber keine Filter im UV hat oder in den Absorptionsbanden einer Spurengase der Venusatmosphäre zeigen die Bilder keinerlei Details. 614 Aufnahmen wurden am 5/6.6.2007 gemacht und werden nun nacheinander übertragen. Genähert hat sich die Sonde bis auf 338 km an die Venus. Alle Instrumente arbeiteten bei dem Vorbeiflug. Gleichzeitig vereinbarte man mit der ESA eine Beobachtungskampagne der Venus, bei der sich MESSEBGERs Instrumente mit denen der europäischen Raumsonde Venus Express gemeinsam eingesetzt werden um sich gegenseitig zu ergänzen. Wichtig waren vor allem die Messungen von EPS und MAG zusammen mit ähnlichen Instrumenten an Bord von Venus Express, aber an einem anderen Ort, welche es erlaubten die räumliche Ausrichtung des Venus Magnetfeldes und der Wechselwirkung mit dem Sonnenwind besser zu bestimmen./

Venusin FalschfarbenAnders als bei dem ersten Venusvorbeiflug waren diesmal alle Instrumente aktiv. Durch Kontrastverstärkung konnte man schließlich doch noch aus den Bildern feine Details herausholen.

Diesmal wurde die minimalste Distanz mit einer Genauigkeit von einer Abweichung von nur 1.7 km erreicht.

Nun wird die Sonde auf den ersten Merkurvorbeiflug vorbereitet. Dieser findet im Januar 2008 statt. Anders als die Venusvorbeiflüge dienen die Merkurvorbeiflüge nicht nur zur Bahnänderung sondern sind die einzige Gelegenheit bestimmte Teile der Oberfläche zu erfassen, die man später aus dem Orbit nur aus größerer Distanz und ungünstigem Blickwinkel zu sehen bekommt.

Danach begannen die Vorbereitungen für MESSENGERs erste Perihel Passage. Die Venus hat die Bahn so abgeändert, dass sie sich am 1.9.2007 bis auf 0.33 AE an die Sonne nähert - Dazu werden dann die Solarpanels um 70 Grad nach hinten gedreht um die Strahlenbelastung zu senken. am 1.8.2007 überschritt die Sonde 0.5 AE und kurz darauf den US Rekord von 0.47 AE, den bislang Mariner 10 hielt. Den internationalen Rekord von 0.29 AE gehalten von der deutschen Sonnensonde Helios 2 wird Messenger aber nicht brechen.

Am 19.10.2007 fand dann das zweite Deep Space Manöver, DSM-2 statt. Zuerst brannte das Haupttriebwerk für 5 Minuten, verbrannte dabei 70 kg Treibstoff und änderte die Geschwindigkeit der Sonde um 226 m/s. Das brachte MESSENGER auf den Kurs zu Merkur. Eine zweite Zündung der kleinen Düsen von 22 N Schub für 2 Minuten. Dies diente dazu die Treibstoffverteilung auszutarieren, so dass der Schwerpunkt der Sonde durch die Mittenachse der Raumsonde führt. Dies änderte die Geschwindigkeit um weitere 1.4 m/s.

Merkurvorbeiflug 1

Erstr VorbeiflugAm 14.1.2008 steht nun der erste Merkurvorbeiflug in 200 km Minimaldistanz an. Beim Vorbeiflug nähert sich MESSENGER Merkur von der Seite die man auch von Mariner 5 kennt und sieht einen 1/4 Merkur. in dieser Phase gibt es vor allem UV Spektroskopie bei der langsam der Merkur abgetastet wird und am Horizont nach einer Atmosphäre gesucht wird. Aufgrund des kleinen Gesichtsfeldes von UVVS von 0.023 Grad benötigt man zahlreiche Einzelmessungen um die ganze Planetenoberfläche abzutasten. Dazwischen gibt es ein Farbmosaik der Planetenoberfläche von der Weitwinkelkamera und ein Mosaik von der Telekamera. Nach dem Vorbeiflug wird es interessanter. Nun befindet sich MESSENGER über Gebiete, das man von Mariner 10 noch nicht kennt. Etwa 20-25 % der Oberfläche sieht man zum ersten mal. 50 % der bislang nicht fotografierten Seite Merkurs wird danach bekannt sein. Rund um den Annäherungspunkt gibt es Höhenmessungen des Altimeters, gefolgt von IR Spektroskopie von VIRS. Danach schließen sich mehrere Mosaike der Weitwinkel und Telekamera an. Für die Südhalbkugel werden die Vorbeiflüge die besten Aufnahmen liefern, da MESSNGER diese im Orbit nur aus größerer Entfernung fotografieren kann, da der entfernteste Punkt von der Oberfläche bei 60 Grad Süd liegt.

Vorbereitet wurde der Vorbeiflug am 19.12.2007 mit dem Zünden der Kurskorrekturdüsen um die Geschwindigkeit von MESSENGER um 1.1 m/s zu ändern. Nach diesem 110 Sekunden dauernden Manöver ist der Späher auf dem Kurs zu Merkur in 200 km Entfernung - weniger ist wegen der immer noch möglichen Navigationsfehler nicht möglich und je näher die Sonde Merkur kommt, um so stärker verändert er ihre Geschwindigkeit. Noch hat MESSENGER eine Geschwindigkeit von 7.1 km/s relativ zu Merkur, diese muss weitgehend in den nächsten drei Vorbeiflügen abgebaut werden.

Anders als bei Mariner 10 werden die Aufnahmen über einen viel kürzeren Zeitraum gemacht. Das liegt daran, dass die Kamerasystem von Messenger für die Beobachtung aus dem Orbit heraus ausgelegt sind und viel größere Blickfelder haben. Die Telekamera hat ein Gesichtsfeld von 1.5 grad und die Weitwinkelkamera, die auch Farbaufnahmen anfertigen kann einen Blickwinkel von 10.5 Grad. Mariner 10 hatte zwar Filter an Bord, jedoch keine die es erlaubten Farbaufnahmen zu machen, sondern vor allem welche die Details der Venus hervorgehoben haben. Farbaufnahmen von Merkur werden also eine Neuerung von MESSENGER sein.

Die der Ablaufplan des ersten Merkur Vorbeiflugs

Zeit
(UTC)
Zeit bis zur nächsten Annäherung Ereignis
Jan 14
13:04
-30h 00m Weitwinkelkamera Farbmosaikfiilm aus 86 Aufnahmen:
Dieser Film soll den immer größer werdenden Merkur zeigen und hat vor allem PR Zwecke. Es ist der einzige Film in nur drei Spektralbereichen. Die anderen entstehen in 11 Farben, da sie Teile des Merkurs zeigen die man noch nicht kennt.
Jan 14
13:14
-5h 51m Magnetometer auf hohe Datenrate umgeschaltet
Die Datenrate des Magnetometers wird sukzessive erhöht von einer Messung alle 100 Sekunden bis eine alle 20 Sekunden.
16:14 -2h 51m Röntgenspektrometer auf hohe Datenrate umgeschaltet
Das Röntgenspektrometer ist ausgelegt für Nahbereichsmessungen kann aber 15 Minuten lang um die nächste Annäherung brauchbare Daten von Merkurs Oberfläche liefern.
16:24 -2h 41m Merkur Atmospheric und Surface Composition Spectrometer (MASCS) Schweifuntersuchungen
Merkur hat einen Schweif aus Natriumatomen den er hinter sich her zieht. MESSENGER durchquert diesen, da es sich von der sonnenabgewandten Seite nähert. Um diesen Zeitpunkt herum wird MESSENGER langsam rollen, damit MACS in jede Richtung um die Sonde herum schaut und den Schweif vermessen kann.
17:40 -1h 25m Weitwinkel-Aufnahmen (5.2 km/Pixel)
Dies sind die letzten Aufnahmen bevor Merkur das Gesichtsfeld der Kamera fühlt. 11 Aufnahmen durch alle 11 Filter zeigen Merkur global in 11 Spektralbereichen.
18:03 -1h 02m Telekamera Annäherungs- Mosaik (500 m/Pixel)
Dieses S/W Mosaik von 5 x 11 Bildern wird den Teil abbilden den man schon von Mariner 10 kennt.
18:04:00 -60m 42s GRS Messungen alle 60 Sekunden
Analog dem XRS Instrument wird nun eine höhere Datenrate beim GRS eingeschlagen. Da das Gesichtsfeld noch größer ist erfolgt dies später als beim XRS.
18:19:41 -45m 01s Laser Altimeter in den Standby Modus
Der LA wird vorgewärmt für die nun folgenden Messungen.
18:22:27 -42m 15s MESSENGER tritt in die Erdbedeckung ein
Merkur schiebt sich zwischen Sonde und Erde, für eine Stunde ist nun keine Funkverbindung ist nun mehr möglich.
18:52:09 -12m 33s Drehung für Oberflächenuntersuchungen
Die Sonde dreht sich so, dass nun der Laser-Höhenmesser zur Oberfläche schaut.
18:53:00 -11m 42s MASCS machte UV Scans der Exosphäre.
18:54:15 -10m 27s Eintritt in den Merkurschatten
Für die nächsten 13 Minuten arbeitet die Sonde nur mit den Batterien.
19:02:00 -02m 42s

MLA startet Oberflächentopgraphie Scans.

19:04:42 -00m 00s Nächste Annäherung an Merkur
MESSENGER passiert Merkur in 200 km Entfernung und führt während dieser Zeit Laser-Höhenmessungen durch.
19:07:32 +02m 50s Austritt aus dem Merkurschatten
19:12:00 +07m 18s Weitwinkel Farbmosaik und Helligkeitsmessungen (0.6-1.25 km/Pixel)
5 Nacheinander folgende Mosaiken derselben Region werden bei unterschiedlichen Sonnenstand und Größe gemacht. Zuletzt erreicht Merkur eine Phase von 55 %.
MACS Untersuchungen der Tagseite.
MACS schwenkt von der Untersuchung der Exosphäre auf den Planeten.
19:18:00 +13m 18s Telekamera Hochauflösendes Mosaik #1(100-200 m/Pixel)
Dieses 4 x 17 Bilder Mosaik beginnt am Äquator und deckt Gebiete ab die man von Mariner 10 nicht kennt.
MASCS Untersuchungen der Exosphäre auf der Tagseite
MESSENGER ist nun zu weit von Merkur entfernt für Untersuchungen der Oberfläche durch MACS und untersucht nun die Exosphäre auf der Tagseite welche deutlich heller als die der Nachtseite sein sollte.
19:29:00 +24m 18s Telekamera Hochauflösendes Mosaik #1(400-500 m/Pixel)
Dieses 9 x 11 Mosaik beginnt an den Polen und geht herunter bis zum Äquator und deckt Gebiete ab die man von Mariner 10 nicht kennt.
19:30:33 +25m 51s Austritt aus dem Erdschatten
Nach 1 Stunde gibt es wieder eine Funkverbindung zur erde. Signale erreichen die Erde durch die Funkdistanz von 170 Millionen km aber erst nach 10 Minuten.
19:31:00 +26m 18s Laser Altimeter zurück in den Standby Modus.
19:41:00 +36m 18s Weitwinkelkamera globales Mosaik (2.5 km/Pixel)
Ein 3 x 3 Mosaik des ganzen Globus in 11 Farben
19:56:00 +51m 18s Telekamera Hochauflösendes Mosaik #1 (500 m/Pixel)
Ein 11 x 9 Mosaik des gesamten sichtbaren Merkur in hoher Auflösung. welches etwa 10.000 Pixel von Nord nach Süd umfasst. Es wird wohl das außergewöhnlichste Produkt sein, dass bei dem Vorbeiflug entsteht.
20:04:00 +59m 18s Umschaltung des GRS Spektrometers auf eine Messung alle 300 Sekunden.
20:07 +01h 02m Telekamera Hochauflösendes Mosaik #2 (600 m/Pixel)
Ein 10 x 8 Mosaik
20:17 +01h 12m Weitwinkel Farbbild (4.8 km/Pixel)
Merkur ist nun so weit entfernt, dass er schon das gesamte Blickfeld der Weitwinkelkamera füllt.
20:28 +01h 23m Telekamera Hochauflösendes Mosaik #3 (750 m/Pixel)
Ein 8 x 8 Mosaik
20:36 +01h 31m Telekamera Hochauflösendes Mosaik #4 (800 m/Pixel)
Ein 7 x 6 Mosaik
20:42 +01h 37m Telekamera Mosaik-Film (1.6 ansteigend auf 22 km/Pixel)
Über die nächsten 18.5 Stunden werden 280 Bilder alle 5 Minuten gemacht, die zu einem Film verbunden werden. Beim Start ist Merkur mehr als Bildfüllend. Beim letzten Bild nur noch 200 Pixel groß.
22:14 +03h 9m Umschaltung des XRS zu langer Integrationszeit  (300s)
Januar 15
01:04
+05h 59m Neutronenspektrometer wird in niedrigen Datenratenmodus umgeschaltet
Schnelles abbildendes Plasmaspektrometer wird ebenfalls in niedrigen Datenmodus umgeschaltet
01:14 +06h 09m Magnetometer in niedrigem Datenratenmodus.
19:04 +23h 59m Das Energetic Partikel und Plasma Spektrometer geht zurück in niedrigen Datenratenmodus.
19:14 +24h 09m XRS Spektrometer Oberflächensensoren sind ausgeschaltet die Solaren Sensoren bleiben angeschaltet.
Januar 16 Das Gammastrahlenspektometer geht zurück in Konfiguration im interplanetaren Modus.

Am 9.1.2008 entstanden die ersten Navigationsaufnahmen von Merkur die dazu dienten die Position des Planeten und der Sonde zueinander genauer festzustellen. Noch hat Merkur eine Größe von weniger als 100 Pixeln. Diesen folgen weitere bis 30 Stunden vor dem Vorbeiflug die Sonde sich dreht und ihre Hauptantenne nicht mehr zur Erde zeigt. Der gesamte Vorbeiflug verläuft automatisch. 5000 Kommandos steuern die Aktionen während der nächsten 55 Stunden. Geplant sind 1200 Aufnahmen und eine Gesamtdatenmenge von 700 MByte. Danach erst beginnt die Übertragung der Daten wenn MESSENGER sich zur Erde dreht. Dies ist notwendig weil die Sonde eine fest eingebaute Antenne und fest eingebaute Instrumente hat - sie kann nicht die Instrumente auf Merkur ausrichten und gleichzeitig die Antenne zur Erde. Beim elliptischen Merkurorbit wird später auch die Sonde regelmäßig gedreht - wenn sie den merkurfernsten Punkt erreicht wird sie die Daten zur Erde senden und rund um den merkurnächsten Punkt sind die Instrumente auf Merkur gerichtet und die Antenne schaut in den Weltraum.

Der Vorbeiflug findet in rund 49 Millionen km Entfernung von der Sonne statt, erheblich näher als bei Mariner 10, wo es 67 Millionen km Entfernung waren. Der Schutzschild wird über 600 Fahrenheit, also mehr las 325 °C heiß. Nach dem Vorbeiflug sollte Merkur die Sonde um 2.2 km/s abgebremst haben, also rund ein Drittel der Geschwindigkeitsdifferenz von 7.1 km/s welche die Sonde vor dem Vorbeiflug aufweist. Danach befindet sich MESSENGER immer innerhalb der Venusbahn. Für die Navigationsspezialisten beginnt das arbeitsreichste Jahr mit zwei Merkurvorbeiflügen, zwei Zündungen des Haupttriebwerks für Kurskorrekturen, damit die Sonde erneut Merkur erreicht und weitere 6 kleine Feinjustagen der Bahn.

Das Bild links wurde durch die Weitwinkelkamera 80 Minuten nach dem passieren der nächsten Distanz aufgenommen, durch einen Filter im nahen IR bei 750 nm Wellenlänge. Oben rechts erkennt man das Caloris Einschlagsbecken, dieses wurde von Mariner 10 am Terminator abgebildet. Die anderen Gebiete südlich davon sind noch nie aufgenommen worden. Es ist deutlich größer als bislang angenommen. Der Durchmesser beträgt 1550 anstatt 1300 km. Mariner 10 sah Caloris nur zum Teil, da der Terminator über das Becken lief. Aufgrund der Einschlagskrater konnte man das Alter von Caloris zu 3.8 bis 3.9 Milliarden Jahren bestimmen.

Am 18.3.2008 fand das dritte Kurskorrekturmanöver statt. 149 Sekunden lang brannte das Haupttriebwerk und beschleunigte die Sonde um 72.2 m/s. MESSENGER ist nun auf dem Kurs zu einem erneuten Rendezvous mit Merkur am 30.9.2008. Am 24.42008 wird nach Vermessung der Bahn eine Korrektur erfolgen, ein Trajektorie Korrektion Manoveuer (TCM) es ist das 24 ste dieser Art.

Erstaunlich schnell, denn schon nach weniger als 6 Monaten stehen seit dem 14.7.2008. Sie können diese selbst aus den PDS Daten in JPEG Bilder umwandeln wenn sie das Datenarchiv mit HHTrack herunterladen und dann mein Programm zum Konvertieren von PDS Daten nutzen.

Merkur in FarbeAm 3.7.2008 konnte ein weiteres Rätsel gelüftet werden: Hat Merkur Vulkane, vielleicht sogar aktive? Bei den Einschlagskratern handelt es sich größtenteils, doch einige sahen auch aus wie Vulkancalderen, doch wie aktiv sind Sie? FIPS, Teil des EPPS konnte auf der Nachtseite verschiedene Ionen detektieren. Neben den überall im Sonnensystem vorhandenen Wasserstoff und Helium Ionen waren es auch Natrium, Magnesium, Silizium, Kalium und - das ist die Überraschung - Wasser. Die ersteren könnten auch durch energiereiche Ionen aus dem Oberflächengestein freigesetzt worden sein, doch Wasser kann sich nicht an der Oberfläche halten. Es muss also durch Vulkane freigesetzt worden sein, und diese sind heute noch aktiv (auch wenn man nicht weiß wie aktiv).

Das Magnetometer konnte feststellen, dass das Magnetfeld zu 10 Grad zur Rotationsachse geneigt ist und es keine lokalen Abschwächungen und Verstärkungen gibt, wie es bei Mond und Mars durch Eisengesteine unter der Kruste der Fall ist. (Zumindest nicht an der Vorbeiflugposition, derartige Restmagnetisierungen kann man nur nahe der Oberfläche nachweisen). Es gelang erstmals den Schweif aus Wasserstoff und Natriumatomen, den Merkur hinter sich herzieht genauer zu vermessen und er entpuppte sich als asymmetrisch. Die Ursache ist eine viel weitgehender Wechselwirkung zwischen Sonnenwind und Magnetosphäre als bisher angenommen. Das Altimeter lieferte 11 Minuten lang eine Messung der Topographie eines 3200 km langen Streifens. Da dieser Bereich sowohl für Messengers wie auch Mariner 10 Kameras im Dunkeln lag kann man die Daten nur mit Radar Daten vergleichen. Danach gibt es maximale Höhenunterschiede in diesem Streifen von 5 km.

Merkurvorbeiflug 2

MerkurDer zweite Merkurvorbeiflug wird genauso spannend wie der erste, denn auch er wird neues Terrain zeigen, da die Sonde die Seite von Merkur passiert, die beim ersten Vorbeiflug im dunkeln lag. Der Merkurvorbeiflug 1 enthüllte 20 % der Oberfläche die vorher nicht von einer Raumsonde erfasst wurden. Diesmal kommen weitere 30 % dazu. Zusammen mit den von Mariner 10 erfassten 40-45 % dürfte dies nahezu die gesamte Oberfläche sein, vielleicht mit Ausnahme der polaren Zonen.

So ist geplant 1200 Bilder von Merkur zu machen und nach dem Vorbeiflug zu übertragen. Das erste wurde am 3.10.2008, noch aus 1.5 Millionen km Entfernung gemacht und zeigt eine dünne Sichel. Das MLA wird topographische Daten sammeln, wobei man diese Gelegenheit nun besser nutzen kann das Instrument zu überprüfen, denn der Streifen führt direkt über ein Gebiet, dass beim ersten Vorbeiflug von den Kameras fotografiert wurde. Daher kann man die Daten mit den Bildern vergleichen und damit das Instrument besser kalibrieren und überprüfen.

Weitere Untersuchungen über das Magnetfeld und die Plasmaumgebung wie auch durch die drei Spektrometer um die Oberflächenzusammensetzung zu untersuchen sind ebenfalls geplant.

Wie beim ersten Vorbeiflug gibt es die meisten Bilder erst nach dem Passieren von Merkur. Bei der Annäherung zeigt er sich nur als dünne Sichel. 24 Stunden vor der Annäherung ist die Sonde noch 500.000 km von Merkur entfernt. Die gute Navigation zeigte am 4.10.2008, dass Messenger den Punkt bei dem sie Merkur passieren sollte mit einer Genauigkeit von 800 m erreichen wird. Eine Kurskorrektur die angesetzt war konnte so entfallen. 0.8 km sind bei einem Minimalabstand von 200 km sicher genug.

Die eigentliche Vorbeiflugphase beginnt 10 Stunden vor der nächsten Annäherung bis 20 Stunden danach. Alle Daten werden zuerst zwischengespeichert und danach mit 52 KBit/s zur Erde übertragen. Bedingt durch die fest montierten Instrumente ist es nicht möglich gleichzeitig Daten zu übertragen und die Instrumente auf Merkur auszurichten.

Eine kleine Randnotiz hat bei der Planetary Society für Aufregung gesorgt. Messenger hat in Vorbereitung zu diesem Vorbeiflug die Technik des "Segelns" auf dem Strahlungsdruck der Sonne genutzt. Dies wird um so effektiver, je näher der Späher der Sonne ist. Vor diesem Vorbeiflug war es das vierte Mal. Das erste mal fand kurz vor dem Vorbeiflug am 4.1.2008 statt. 26 Tage vor dem Vorbeiflug zündeten die Düsen der Sonde und verringerten die Vorbeiflugdistanz von 2000 auf 200 km. Nach der genauen Bahnvermessung ergab sich aber immer noch eine Differenz von 9.5 km. Für diese kleine Distanz wollte man nun kein TCM mehr einschieben und drehte die Sonde so, dass die Solarzellen in einem Winkel von 20 Grad zur Sonne zeigten. der Strahlungsdruck wirkt so asymmetrisch und verschob die Merkursonde im Orbit. Der Fehler konnte so von 9.5 auf 1.4 km gesenkt werden. Seitdem fand diese Technik dreimal statt, zuletzt Anfang September in Vorbereitung zum Vorbeiflug am 6.10.2008.

PlanungDies ist jedoch keine alternative für den Antrieb. Dafür müsste der Roboter ein viel größeres Segel mitführen. Dies zeigt auch das Resultat des Manövers: Mit dem TCM wurde der Orbit um 1800 km geändert, mit dem "Solar Sailing" nur um 8 km.

Das erste veröffentlichte Bild, der Wide Angle Camera, 90 Minuten nach dem Vorbeiflug zeigt einen "Dreiviertel-Merkur". Der helle Krater mit dem Strahlenkranz ist der Krater Kuiper. Er fiel schon bei Mariner 10 Aufnahmen auf und lag damals nahe des Terminators. Alles östlich von ihm ist weitgehend  vorher unbekanntes Gelände. Auffällig an diesem ersten Fotos sind strahlenförmige Brüche die offensichtlich von einem Einschlagskrater am oberen, rechten Rand ausgehen. Ungewöhnlich ist die Länge der Brüche, die fast über den ganzen sichtbaren Durchmesser gehen und der Krater sieht nicht so groß aus, als dass er so große Brüche verursachen kann. Größere Krater verursachen eher meist ringförmige Schockstrukturen. Helles Auswurfmaterial stammt von Material unter der Oberfläche, doch dann ist es selten so ein linearer Streifen.

Mit diesem zweiten Vorbeiflug hat man nun Kenntnis von einem Großteil der Oberfläche von Merkur. Das ist zwar nur ein Bruchteil der Ergebnisse die man sich von der eigentlichen Mission erhofft, aber ein wichtiges Teilziel ist damit erreicht und man kann nun auf Basis der aufnahmen auch die Gebiete aussuchen, die man während der eigentlichen Mission genauer und mit höherer Auflösung beobachten will. Der dritte Vorbeiflug (in einem Jahr) wird über dem Gebiet erfolgen, der schon von Mariner 10 bekannt ist und dann wird Messenger 95 % der Oberfläche von Merkur erfasst haben.

Die genaue Einhaltung der Bahntrajektorie beim Vorbeiflug führte dazu, dass man ein Bahnkorrektur am 28.10.2008 streichen konnte. Die nächste ist nun am 4 und 8 Dezember angesetzt. Sie soll Messenger auf Kurs für den letzten Merkurvorbeiflug bringen, der in ziemlich genau einem Jahr statt findet. Zwei Korrekturen um erst die Bahn grob anzupassen und dann 4 Tage später eine Feinjustage durchzuführen, wenn sie erneut vermessen wurde.

Am 4.12.2008 fand die erste größere Änderung statt. 4.5 Minuten lang zündete das Haupttriebwerk und beschleunigte Messenger um 219 m/s. Das sind fast 90 % der geplanten Änderung von 247 m/s. Dabei wurden 56 kg Treibstoff verbraucht.

Merkurvorbeiflug 3Fly By 3

Der letzte Vorbeiflug, bevor im Jahr 2011 in einen Orbit einschwenken wird erlaubt es nun den ganzen Planeten grob zu kartieren. 90% sind schon durch Mariner 10 und die ersten beiden Vorbeiflüge bekannt. Die letzten 10% sollen nun folgen. 1500 Aufnahmen von MDIS sind geplant. Von Bedeutung ist dies zum einen für die Planung der Orbitalmission - welche Gebiete sollen dort in hoher Auflösung genauer untersucht werden? Zum anderen ist es durch den elliptischen Orbit für bestimmte Gebiete die einzige Möglichkeit sie in naher Distanz in Farbe zu erfassen. Später ist dies beim Orbit aus verschiedenen Gründen (Entfernung / Belichtungsverhältnisse, räumliche Ausrichtung der Sonde nicht mehr möglich. Geplant sind hochauflösende Aufnahmen der unbekannten Gebiete und der Südhalbkugel in Ergänzung zu denen der Nordhalbkugel beim zweiten Vorbeiflug. 1559 Aufnahmen mit allen 11 Filtern sind geplant, beginnend 8 Tage vor dem Vorbeiflug bis 21 Tage danach.

MACS Wird nach Spuren von Natrium und Calcium in der Exosphäre von Merkur suchen. Dreißig Sekunden lang wird der Spektrograph auch 11 Ziele auf der Oberfläche ins Visier nehmen. Für dieses Instrument wie auch das Neutron Spektrometer und den Laserhöhenmesser ist die langsamere Bewegung der Sonde (um 1500 m/s weniger als beim letzten Vorbeiflug sehr wichtig, da sie nur in der Nähe der Oberfläche aktiv sein können. Die Meßzeit ist auf die wenigen Sekunden bis Minuten rund um den merkurnächsten Punkt beschränkt. Der merkurnächste Punkt liegt bei 3 Grad Nord, 17 Grad West. Das Magnetometer wird 20 Vektoren bestimmen. Man erhofft sich neue Erkenntnisse, weil die Messungen aus einem Bereich stammen, denn man bislang noch nicht kannte.

Kurz nach der Passage gab es einen "Glitch" einen Ausfall der Sonde, wodurch wahrscheinlich die Bilder von dem nun kleiner werdenden Merkur entfallen werden. Die wichtigsten Messungen bei der Annäherung klappten allerdings. In einer ersten Pressekonferenz wurde dieses Bild, das bei der Annäherung gemacht wurde präsentiert, es zeigt größtenteils noch unbekanntes Terrain von Merkur.

Zwischen dem 14 und 17.8.2010 suchte MESSENGER im Rahmen einer Kampagne nach "Vulkanoiden". Nach dem vermuteten Planeten "Vulkan" (dessen Existenz 1915 kurzzeitig vermutet wurde) benannt nennt man so sonnennahe Asteroiden, Sie sind wegen der Sonnennähe von der Erde aus schwer beobachtbar, aber aus den bisherigen Beobachtungen (unter anderem auch durch Mariner 10) sind alle Kleinplaneten mit einem Durchmesser von mehr als 60 km heute schon ausgeschlossen. MESSENGER befand sich zu diesem Zeitpunkt nahe des Perihels in 46 Millionen km Entfernung. Je näher sie der Sonne ist desto einen größeren Bereich nahe der Sonne kann sie absuchen, ohne der Sonne direkt nahezu kommen. Diesen Bereich muss wegen des Schutzes der Instrumente ausgeblendet werden. Vulkaniden wurden nicht gefunden.

Inzwischen wurde auch die erste globale Karte erstellt. Dazu wurden 5.301 Kontrollpunkte festgelegt um die Bilder aus verschiedenen Vorbeiflügen mit unterschiedlicher Auflösung (zwischen 100 und 900 m) und unterschiedlichen Blickwinkeln zur Deckung zu bringen. Jeder Kontrollpunkt wurde in mindestens drei Bildern gefunden. Es gab so insgesamt 18.834 Messungen in 917 Bildern.

Material war im wesentlichen die Bilder aus den ersten drei Vorbeiflügen von Messenger. Es lieferte Bilder die 90,9% der Oberfläche des Planeten abdeckte. Für die Abdeckung der restlichen Oberfläche und zur Erhöhung der Auflösung bei spezifischen Teilen wurden dann noch die Mariner 10 Bilder hinzugenommen. Zusammen mit Mariner 10 wurde so 97,72 % der Oberfläche erfasst.

Datum Ereignis Geschwindigkeitsänderung
3.8.2004 Start 11.586 m/s
3.8.2005 Erdvorbeiflug in 2.347 km Entfernung 5966,3 m/s
24.10.2006 Venusvorbeiflug in 2.990 km Entfernung 5522.5 m/s
6.6.2007 Venusvorbeiflug in 338 km Entfernung 6937,8 m/s
14.1.2008 Merkurvorbeiflug in 200 km Entfernung 2304,0 m/s
6.10.2008 Merkurvorbeiflug in 200 km Entfernung 2452,2 m/s
29.9.2009 Merkurvorbeiflug in 200 km Entfernung 2853,5 m/s
18.3.2011 Einschwenken in den Merkurorbit 859,4 m/s

Über die Ergebnisse im Orbit um Merkur geht es im nächsten Teil.

Treibstoffbilanz

Diese Tabelle informiert über die wesentlichen Kurskorrekturen. Daneben gibt es zahlreiche kleinere Manöver, im Fachjargon TCM, Trajektorie Correction Manoveuer genannt, welche die Bahn feinjustieren. Diese sind viel häufiger (bis Dezember 2007 gab es davon alleine 20), aber dabei wird die Geschwindigkeit auch nur um wenige Meter pro Sekunde geändert. Die ersten 16 TCM veränderten die Geschwindigkeit nur um zusammen rund 65 m/s. Insgesamt wurde bei den fünf DSM mehr Treibstoff verbraucht als bei dem Einschwenken in den Orbit (311 zu 185,6 kg). Die Raumsonde kann ihre Bahn nominell um 2200 m/s ändern. Sie sollte also noch für 293 m/s Treibstoff haben. Dieser Treibstoff wird gebraucht um die Bahn um Merkur stabil zu halten. Bei dem sonnennahen, kleinen Planeten stört die Sonne die Bahn sodass der merkurnächste Punkt der Bahn laufend absinkt. Er muss regelmäßig angehoben werden. Dieser Vorrat erlaubte es der Sonde dann auch vier Jahre bei Merkur zu arbeiten. Die Minimalforderung war nur ein Betrieb über ein Jahr.

Manöver Datum Geschwindigkeitsänderung Treibstoffverbrauch
DSM-1 12.12.2005 324 m/s 106,5 kg
DSM-2 17.10.2007 226 m/s 70 kg
DSM-3 18.3.2008 72.2 m/s 21 kg
DSM-4 6.12.2008 247 m/s 68 kg
DSM-5 5+8.12.2009 177,6 m/s 45,5 kg
MOI 18.3.2011 861,7 m/s 185,6 kg
Verblieben:      

Links

MESSENGER Website

MDIS Informationen vom PDS Knoten

NSSC Informationen MESSENGER

NSSC Informationen Mariner 10

NASA SP 424 Mariner 20 to Venus and Mercury

NASA SP-423 Atlas of Mercury

Mariner 10 Image Project

Messenger kalibrierte MDIS Daten

Messenger MDIOS Rohdaten

Information über den Solaren Druck und die Flybs/Kurskorrekturen

Performance of the Messenger Propulsion System

Artikel zuletzt geändert am 30.12.2016


© des Textes: Bernd Leitenberger. Jede Veröffentlichung dieses Textes im Ganzen oder in Auszügen darf nur mit Zustimmung des Urhebers erfolgen.
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