Osiem lat po starcie misja BepiColombo wchodzi w decydującą fazę. W czwartek orbitery odłączyły się od modułu transferowego, który przez całą podróż zapewniał napęd i energię. Na pokładzie znajduje się również instrument współtworzony przez naukowców z Polski.
BepiColombo wystartowała 20 października 2018 r. z europejskiego kosmodromu w Gujanie Francuskiej. Rakieta Ariane 5 wyniosła wówczas w przestrzeń kosmiczną trzy połączone ze sobą elementy: europejski Mercury Planetary Orbiter (MPO), japoński Mercury Magnetospheric Orbiter (MMO) oraz moduł transferowy Mercury Transfer Module (MTM).
MTM przez większą część podróży pełnił rolę kosmicznego holownika. Dostarczał energię obu orbiterom i był wyposażony w silniki jonowe, które pozwalały stopniowo zmieniać trajektorię całej konstrukcji.
Dotarcie do Merkurego nie jest jednak kwestią zwykłego lotu w stronę planety. Znacznie trudniej jest odpowiednio wyhamować statek. BepiColombo musi bowiem poruszać się po orbicie wokół Słońca z prędkością zbliżoną do Merkurego, aby grawitacja planety mogła przechwycić sondę.
Do tej pory BepiColombo poruszał się z ogromną prędkością względem Słońca, którą dzięki silnikom jonowym modułu transferowego i serii asyst grawitacyjnych udało się zmniejszyć do około 48 km/s, czyli niemal tyle, ile wynosi orbitalna prędkość Merkurego wokół Słońca. Ostateczne hamowanie podczas wejścia na orbitę planety zapewnią silniki chemiczne znajdujące się na pokładzie orbitera MPO – powiedział serwisowi Nauka w Polsce dr inż. Tomasz Zawistowski, zastępca dyrektora ds. rozwoju technologii Centrum Badań Kosmicznych PAN.
To właśnie dlatego podróż trwała tak długo. Sonda nie mogła po prostu skierować się prosto do celu i zahamować przed planetą. Jej trajektoria była wielokrotnie korygowana, a BepiColombo wykorzystywała także przeloty w pobliżu planet, aby zmieniać swoją prędkość i kierunek lotu.
Teraz przyszedł moment rozdzielenia
W czwartek nastąpiło jedno z najważniejszych wydarzeń całej misji. Dwa orbitery naukowe odłączyły się od modułu transferowego MTM. Oznacza to zakończenie jego podstawowej roli w podróży do Merkurego.
Po rozdzieleniu rozpoczął się kolejny etap przygotowań do wejścia na orbitę planety. Ostateczne hamowanie zapewnią silniki chemiczne znajdujące się już na europejskim orbiterze MPO.
Wizja artystyczna Mercury Planetary Orbiter z Merkurym w tle. W listopadzie oba orbitery mają wspólnie wejść na orbitę Merkurego. W grudniu zostaną rozdzielone. Japoński MMO powinien wówczas rozpocząć pracę na swojej docelowej orbicie, natomiast europejski MPO osiągnie swoją finalną orbitę w marcu 2027 r.
Dopiero wtedy rozpocznie się adekwatna część naukowa misji. Pierwsze oficjalne dane naukowe mają trafić na Ziemię w kwietniu przyszłego roku.
Polski wkład w badania Merkurego
W przygotowaniu misji uczestniczyli również naukowcy z Polski. Jednym z przykładów jest spektrometr MERTIS, który będzie badał powierzchnię Merkurego w podczerwieni.
Instrument został dostarczony przez Niemiecką Agencję Kosmiczną we współpracy z Centrum Badań Kosmicznych PAN. Polski zespół odpowiadał za przygotowanie celownika określającego oś optyczną, wzdłuż której spektrometr będzie wykonywał obserwacje.
Wizja artystyczna przedstawiająca wyrzucenie modułu Mercury Magnetospheric Orbiter z sondy Mercury Planetary Orbiter.MERTIS ma dostarczać informacji o składzie mineralnym powierzchni planety oraz jej adekwatnościach cieplnych. Dzięki obserwacjom w podczerwieni naukowcy będą mogli sprawdzać, z jakich minerałów zbudowana jest skorupa Merkurego i jak zachowuje się ona pod wpływem ogromnych różnic temperatur. Po stronie dziennej temperatura może dochodzić do około 430 stopni Celsjusza, podczas gdy nocą spada choćby do około -170 stopni.
Dwa orbitery, dwa różne zadania
Europejski MPO został zaprojektowany przede wszystkim do badania powierzchni i wnętrza Merkurego. Na jego pokładzie znajduje się 11 instrumentów naukowych. Sonda będzie między innymi tworzyć szczegółowe mapy planety, analizować skład jej powierzchni oraz poszukiwać depozytów lodu.
Naukowcy chcą także lepiej poznać budowę wewnętrzną Merkurego. Jednym z pytań, na które ma odpowiedzieć misja, jest stan jego jądra. Badania pomogą ustalić, jak zbudowane jest wnętrze najmniejszej planety Układu Słonecznego i jakie procesy zachodzą pod jej powierzchnią.
Wizja artystyczna Mercury Magnetospheric Orbiter z Merkurym w tle. MPO zajmie się również badaniem pola magnetycznego Merkurego. Niewielka planeta posiada własną magnetosferę, mimo iż jest znacznie mniejsza od Ziemi.
Japoński MMO, określany również jako Mio, koncentruje się natomiast na otoczeniu planety. Jego instrumenty będą badały magnetosferę, cząstki naładowane oraz fale i sygnały radiowe. Orbita sondy będzie mocno wydłużona i ma mieć parametry około 590 na 11 640 km.
Europejski orbiter będzie poruszał się znacznie bliżej powierzchni. Jego docelowa orbita ma mieć parametry około 480 na 1500 km. Oba statki zostały zaprojektowane tak, aby obserwować Merkurego z różnych perspektyw i uzupełniać wzajemnie zbierane dane.
Merkury to bardzo trudne środowisko
Merkury znajduje się średnio zaledwie około 58 mln km od Słońca, czyli mniej więcej w 1/3 odległości Ziemi od Słońca. Z pozoru może się wydawać, iż oznacza to łatwiejszą podróż niż w przypadku znacznie bardziej odległych planet. W praktyce jest odwrotnie.
Problemem jest potężne pole grawitacyjne Słońca. Statek lecący w kierunku Merkurego musi znacząco zmienić swoją prędkość orbitalną. Nie wystarczy więc nadać mu odpowiedniego kierunku podczas startu. Cała trajektoria musi być precyzyjnie zaplanowana i wielokrotnie korygowana.
Merkury to najmniejsza planeta Układu Słonecznego i jednocześnie najbliższa Słońcu. Ma zaledwie 4879 km średnicy, czyli jest tylko nieco większy od naszego Księżyca i około 2,6 raza mniejszy od Ziemi. Jego powierzchnia jest silnie pokryta kraterami, przypominając pod tym względem księżycowy krajobraz. Mimo niewielkich rozmiarów Merkury jest wyjątkowo gęsty, pod jego skalistą powierzchnią znajduje się ogromne metaliczne jądro, które stanowi około 85 proc. promienia planety. Merkury okrąża Słońce w zaledwie 88 dni.Dodatkowym problemem jest środowisko, w którym będą pracowały instrumenty. BepiColombo znajduje się znacznie bliżej Słońca niż większość sond badających inne planety. Aparatura musi więc radzić sobie zarówno z bardzo silnym promieniowaniem, jak i ogromnym obciążeniem cieplnym.
Najważniejsze dopiero się zaczyna
Choć BepiColombo od ośmiu lat znajduje się w przestrzeni kosmicznej, jej zasadniczy cel naukowy wciąż jest przed nią. Operatorzy ESA w Europejskim Centrum Operacji Kosmicznych w Niemczech oraz JAXA w Japonii już komunikują się ze statkiem i sprawdzają stan jego instrumentów.
Pełna weryfikacja aparatury rozpocznie się jednak podczas tak zwanej fazy commissioning, zaplanowanej po dotarciu na orbitę Merkurego. Wtedy naukowcy będą mogli dokładnie sprawdzić działanie poszczególnych instrumentów i przygotować je do regularnych obserwacji.
Misja ma potrwać co najmniej rok, a być może dłużej. o ile wszystkie jej elementy zadziałają zgodnie z planem, BepiColombo pozwoli spojrzeć na Merkurego z zupełnie nowej perspektywy. To właśnie dane zebrane przez dwa orbitery mają pomóc odpowiedzieć na pytania dotyczące budowy planety, jej powierzchni, pola magnetycznego oraz historii ewolucji najbliższego Słońcu świata.
