Til hovedsiden
    

   
    Bli medlem
    Siste nytt
    Artikler
    Bildeserier
    Temasider
    Bildearkiv
    Foredrag
    Effekter til salgs
    Lenker
    Spørsmål og svar
    Spør oss
    Prosjektoppgave
    Om oss
    NAF på Facebook
    Kontakt oss
    Nettstedskart
    Hovedsiden
Trykk for å lese mer om sitatet
 

Messenger klar for historisk ferd til Merkur

Av Erik Tronstad

 

Artikkel publisert i eRomfart, nummer 2004-155, 01.08.2004 av Norsk Astronautisk Forening/www.romfart.no.

Skriv ut

Tips bekjent

 

I Florida, USA pågår nå de siste forberedelsene til oppskytingen av Messenger. Dette ubemannede romfartøyet skal bli historiens første romfartøy inn i bane rundt Merkur, planeten nærmest Solen.

Messenger i Merkur-bane

Messenger i bane rundt Merkur. (NASA/JHUAPL)

Oppskytingen skal starte klokken 08.16.11 norsk sommertid i morgen, mandag 2. august 2004. Den skal foretas med den største utgaven av Delta 2-bæreraketten, en versjon med ni påmonterte faststoffmotorer utenpå kjernetrinnet. Starten skjer fra opp­skyt­ings­platt­form 17B ved Cape Canaveral Air Force Station i Florida.

Siste mulige oppskytingsdato for Messenger er 14. august 2004. Om romfartøyet ikke er skutt opp senest ved den muligheten, må oppskytingen utsettes i omtrent ett år. Hver dag er oppskytingsvinduet på 12 sekunder. Mandag 2. august må oppskytingen starte senest klokken 08.16.23. Skjer ikke det, må den utsettes til neste dag. Hver dag fremover åpner oppskytingsvinduet noen sekunder tidligere enn foregående dag. Lørdag 14. august 2004 åpner oppskytingsvinduet klokken 08.13.41 og stenges klokken 08.13.53.

Oppskytingen var opprinnelig planlagt til 10. mars 2004, med ankomst Merkur i april 2009. Forsinkelser i leveringen av utstyr til romfartøyet og tekniske problemer med noen kretskort førte til utsettelse til 11. mai 2004. Merkur-ankomsten ble da utsatt til juli 2009. NASA ga ordre til flere prøver, særlig av romfartøyets system for feilhåndtering. Dermed måtte oppskytingen utsettes til august 2004, og ankomsten til Merkur til mars 2011 (se Messenger-oppskyting utsatt (eRomfart 2004-090)).

Messenger

Messenger på vei bort fra Jorden. Mindre enn én time etter start fra Cape Canaveral vil Messenger være på vei bort fra Jorden. (NASA/JHUAPL)

Messenger er en forkortelse for MErcury Surface, Space ENvironment, GEochemistry, and Ranging, og et eksempel på hvordan man lager en forkortelse først, og etterpå finner ut hva forkortelsen skal bety. Det engelske ordet «messenger» betyr «budbringer» eller «sendebud». Merkur (latin Mercurius) var det romerske navnet på den greske guden Hermes. En av hans funksjoner i mytologien var som sendebud for gudene.

Analogien til mytologiens Merkur er nok årsaken til navnet Messenger på romfartøyet. Når det var på plass, har man vel satt seg ned og funnet hva dette samtidig kan være en forkortelse for.

Bare ett romfartøy har tidligere foretatt observasjoner av planeten Merkur på nært hold. NASAs Mariner 10 foretok i 1974/75 tre nærpasseringer av Merkur og fotograferte den ene halvdelen av planeten. I løpet av de 30 årene som er gått siden Mariner 10s observasjoner, er det gjort betydelige teknologiske fremskritt. Takket være dem er det nå mulig å skyte opp et romfartøy som ikke bare skal fly forbi Merkur, men som skal plasseres i bane rundt planeten.

Messenger kan ikke sendes direkte til Merkur og inn i bane rundt planeten. Det ville krevd større bæreraketter enn Messenger-budsjettet tillater. Lenge mente man det var umulig å plassere et romfartøy i bane rundt Merkur, bare ved hjelp av kjemiske rakettmotorer. I midten av 1980-årene fant Chen-wan Yen ved Jet Propulsion Laboratory ut hvordan dette kunne oppnås, ved å bruke gravitasjonsfeltene til de innerste planetene.

For å kompensere for hva en bærerakett kan makte, skal Messenger følge en «kronglete» bane innover i Solsystemet. Underveis skal Messenger foreta én nærpassering av Jorden, to av Venus og tre av Merkur, før det omsider går inn i bane rundt Merkur i 2011. Formålet er gradvis å redusere romfartøyets hastighet i forhold til Merkur så mye at romfartøyet kan bremses tilstrekkelig ned til at det kommer inn i bane rundt planeten. Totalt skal Messenger tilbakelegge 7,9 milliarder kilometer og foreta hele 15 omløp rundt Solen, før inntreden i Merkur-bane.

Messengers planetpasseringer

 

Dato  Planet  Avstand  Kommentar

 

01.08.2005  Jorden  2866 km  Banen endrer retning innover mot Venus.
24.10.2006  Venus  3612 km  Banens aphelium og perihelium (avstandene fra Solen) reduseres. Samtidig økes banens inklinasjon, vinkelen den danner i forhold til Jordens baneplan.
06.06.2007  Venus  300 km  Banens inklinasjon økes, slik at den blir lik Merkur-banens inklinasjon.
15.01.2008  Merkur  200 km   
06.10.2008  Merkur  200 km   
30.09.2009  Merkur  200 km   
18.03.2011  Merkur     Messenger plasseres i bane rundt Merkur.

 

Alle passeringsdatoene forutsetter at Messenger skytes opp 2. august 2004. Senere oppskytingsdato gir andre passeringsdatoer. Datoene er formodentlig basert på en eller annen amerikansk tidssone, som er mellom seks og ni timer etter norsk tid. Norsk tid kan derfor én eller flere av datoene bli ett døgn senere.

Passeringen av Jorden vil bli benyttet til å kalibrere instrumentene om bord. Jorden er jo en planet forskerne har inngående kjennskap til. Derfor er den godt egnet til dette formålet. Man har også planer om å gjøre noen observasjoner av Månen.

En stund etter nærpasseringen av Jorden skal Messenger bruke hovedmotoren sin til en baneendring. Tilsvarende baneendringer vil bli gjort etter den andre Venus-passeringen og etter hver av de tre passeringene av Merkur. Til sammen skal det gjøres fem slike baneendringer. Nøyaktig dato for de to første baneendringene vil bli fastsatt senere. De tre siste skal foregå i henholdsvis mars 2008, desember 2008 og november 2009.

Banediagram

Diagrammet viser noen av Messengers 15 omløp rundt Solen, de hvor det skjer spesielle begivenheter i. JO angir Jordens posisjon idet Messenger skytes opp, og idet Messenger ett år senere foretar en nærpassering av Jorden. V1 og V2 angir Venus' posisjon ved de to nærpasseringene av den planeten. M1, M2 og M3 angir tilsvarende for de tre nærpasseringene av Merkur. MB angir Merkurs posisjon idet Messenger går inn i bane rundt planeten. JM angir Jordens posisjon idet Messenger går inn i bane rundt Merkur. Vjp angir retningen til vårjevndøgnspunktet. DSM er en forkortelse for «Deep Space Maneuver», som angir de motoravfyringene Messenger skal foreta for å endre banen underveis. DSM1 til DSM5 angir Messengers posisjon i sin bane, når de fem banejusteringene omtalt i teksten foretas. (NASA/JHUAPL/Erik Tronstad)

Etter hver av de tre forbiflyvningene av Merkur kan Messenger se tilbake mot den solbelyste delen av planeten, når romfartøyet beveger seg bort fra den. Like etter å ha passert minsteavstanden til Merkur kan instrumentene til sammen på de tre passeringene observere også den halvdelen av Merkur som Mariner 10 aldri så. Messenger vil observere nesten hele planeten i farger. For første gang på over 30 år får forskerne da data fra nærobservasjoner av Merkur.

De tre nærpasseringene av Merkur skal endre Messengers bane og redusere romfartøyets hastighet i forhold til Merkur så mye at det kan gå inn i bane rundt planeten 18. mars 2011. Hovedmotoren om bord skal brenne i 14 minutter og bruke omtrent 180 kg drivstoff. Hastigheten vil bli redusert med 900 m/s, nok til at Messenger vil bli stående nesten stille i forhold til Merkur. Uttrykt på en annen måte beveger Messenger seg da rundt Solen med praktisk talt samme hastighet som Merkur.

Avfyringen plasserer Messenger inn i en bane på 200 km x 15 193 km rundt Merkur, med en inklinasjon på 80°. Laveste punkt i banen blir liggende på 60° N. Banen vil ha en omløpstid på 12 timer. I løpet av de 24 timene som brukes på to omløp, vil 8 timer bli brukt til å overføre data til Jorden.

Omtrent to døgn etter inntreden i Merkur-bane, vil Messenger foreta en banejustering. Den skjer når Messenger er nærmest Merkur i sin bane.

Messenger

Messenger nærmer seg Merkur, for å gå inn i bane rundt planeten. (NASA/JHUAPL)

Merkur bruker 58,65 jordiske døgn på å rotere omkring sin egen akse, sett i forhold til stjernene. Planeten bruker knapt 88 jordiske døgn på ett omløp rundt Solen. Til sammen fører disse egenskapene til at ett soldøgn på Merkur er hele 176 jordiske døgn. Med soldøgn menes her tiden fra Solen står i syd på himmelen sett fra et sted på Merkur og til den neste gang står i syd. I løpet av den tiden har Merkur rotert tre ganger rundt sin egen akse i forhold til stjernene og foretatt to omløp rundt Solen. Vi kan med andre ord si at ett soldøgn (som på Jorden er omtrent 24 timer) på Merkur tar to Merkur-år!

Messengers Merkur-bane

Messenger skal gå i en meget langstrakt bane rundt Merkur. (NASA/JHUAPL)

I omtrent ett jordisk år skal Messenger gå i sin langstrakte bane rundt Merkur og observere planeten. I løpet av denne tiden vil det gå to soldøgn eller Merkur-døgn på Merkur, hvert på 176 jordiske døgn. Det første Merkur-døgnet vil bli brukt til en global kartlegging av hele planeten med de instrumentene Messenger har med. Det andre døgnet vil bli brukt til mer detaljerte observasjoner av utvalgte mål.

Mens Messenger går i bane rundt Merkur, vil gravitasjonspåvirkning og stråling fra Solen gradvis endre banen. En gang hvert Merkur-år (88 jordiske døgn) vil Messenger foreta et par banejusteringer, for å få banen tilbake til sin normale størrelse og form.

Dersom alt går bra med Messenger, kan det hende at laveste banehøyde vil bli senket til 25-30 km. Da vil man kunne gjøre observasjoner som er langt mer detaljerte enn fra 200 km høyde.

Før eller senere vil Messenger slippe opp for drivstoff til banekontroll. Gravitasjonspåvirkninger fra Solen og Merkur vil etter hvert endre banen slik at Messenger til slutt antakelig vil kræsje mot Merkur-overflaten.

Messenger har med følgende syv instrumenter:

  • Kameraer (Mercury Dual Imaging System, MDIS). Kameraene kan roteres og ta bilder av forskjellige områder, uten at romfartøyet må endre stilling. Et vidvinkelkamera har et synsfelt på 10,5° og kan observere gjennom 12 forskjellige filtere i bølgelengdeområdet 400-1100 nm (i den synlige og nær-infrarøde delen av spekteret). Med dette kameraet kan det tas fargebilder av Merkur. Hele overflaten skal kartlegges med en oppløsning på 250 m. Et telekamera har et synsfelt på 1,5° og kan ta svarthvittbilder. Med dette kameraet kan det tas bilder med en oppløsning på 18 m.
  • Gammastråle- og nøytronspektrometer (Gamma-Ray and Neutron Spectrometer, GRNS). Instrumentet observerer gammastråling fra atomkjerner på Merkur-overflaten, stråling som sendes ut når disse kjernene treffes av kosmisk stråling. Forskjellige grunnstoffer sender gammastråling på ulike frekvenser. Slik kan forskjellige grunnstoffer påvises. Spesielt interessante er grunnstoffer som hydrogen, magnesium, silisium, oksygen, jern, titan, natrium og kalsium, fordi de sier mye om geologiske prosesser. Nøytronspektrometeret kan, ved å observere hastighetsfordelingen til nøytroner, si noe om hvor mye hydrogen som forekommer på overflaten. Observasjoner av Merkur (se nedenfor) tyder på at det kan være vannis i polområdene på planeten. I så fall er det der hydrogen knyttet til oksygen i vannmolekyler. (I  2001 Mars Odyssey påviser store mengder vannis på Mars (eRomfart 2002-059) finner du en mer detaljert omtale av hvordan et gammastråle- og nøytronspektrometer virker og hva det kan brukes til.)
  • Røntgenspektrometer (X-Ray Spectrometer, XRS). Instrumentet skal kartlegge en del av grunnstoffene i de øverste millimetrene av Merkurs overflate. Spesielt vil det kunne påvise magnesium, aluminium, silisium, svovel, kalsium, titan og jern.
  • Magnetometer (MAG). Det er montert i enden av en 3,6 m lang bom, for å redusere innvirkningen av selve romfartøyet og utstyret i det. Instrumentet skal foreta en detaljert kartlegging av Merkurs magnetfelt.
  • Laserhøydemåler (Mercury Laser Altimeter, MLA). Fra laseren vil det åtte ganger i sekundet bli sendt laserpulser med en bølgelengde på 1064 nm ned mot Merkur-overflaten. Pulsene reflekteres fra overflaten og tilbake opp mot Messenger. Tiden hver puls bruker ned og opp måles. Siden lyshastigheten er kjent, kan avstanden mellom romfartøyet og overflaten beregnes, med en usikkerhet på 30 cm. Laserhøydemåleren kan brukes når Messenger er mindre enn 1000 km fra Merkur. Nøyaktige observasjoner av variasjoner i radiosignalene fra Messenger vil gi forskerne detaljerte data om romfartøyets bane rundt Merkur. Ved å sammenholde disse dataene med laserhøydemålinger kan man med stor grad av presisjon kartlegge Merkur-overflatens topografi og variasjoner i planetens gravitasjonsfelt. Disse dataene vil også si noe om Merkurs librasjon, det vil si hvordan rotasjonsaksen «vugger» i rommet. Denne informasjonen vil igjen si noe om strukturen på Merkurs indre.
  • Spektrometre for observasjon av atmosfærens og overflatens sammensetning (Mercury Atmospheric and Surface Composition Spectrometer, MASCS). Instrumentet består av et ultrafiolett spektrometer og en infrarød spektrograf. Førstnevnte vil i hovedsak observere sammensetningen av og strukturen til Merkurs svært tynne atmosfære. Sistnevnte skal observere synlig lys og infrarød stråling fra Merkur-overflaten, særlig stråling fra titanholdige silikater (bergarter) på overflaten. Eksempler på slike er pyroksen, olivin og ilmenitt.
  • Partikkel- og plasmaspektrometer (Energetic Particle and Plasma Spectrometer, EPPS). Instrumentet skal observere egenskapene til ladede partikler i og rundt Merkurs magnetosfære.

Messengers radiosender er et slags åttende instrument. Observasjoner av blant annet frekvensforskyvninger i radiosignalene fra romfartøyet og tiden radiosignaler tar til romfartøyet og tilbake til Jorden, gir detaljerte data om romfartøyets bane. Som nevnt ovenfor, kan disse dataene kombineres med andre data og gi interessant vitenskapelig informasjon om Merkur.

Messenger

En del av utstyret og instrumentene til Messenger. Tegnforklaring: 1) Solskjerm, 2) Elektronisk styrt direktivantenne, 3) Sol­celle­pa­nel, 4) Partikkel- og plasmaspektrometer, 5) Magnetometer, 6) Gammastråle- og nøytronspektrometer, 7) Laserhøydemåler, 8) Spektrometre for observasjon av atmosfærens og overflatens sammensetning, 9) Røntgenspektrometer, 10) Kameraer. (NASA/JHUAPL/Erik Tronstad)

Når Messenger skytes opp, har romfartøyet en masse på omtrent 1100 kg, inkludert drivstoff. Tørrmassen, til struktur og instrumenter, er 500 kg, mens medfølgende drivstoff utgjør 600 kg. Romfartøyet er 1,42 m høyt, 1,85 m bredt og 1,27 m dypt.

To vinger med sol­celle­pa­neler står ut fra romfartøyet. De har et vingespenn på omtrent 6 m. I Jordens avstand fra Solen leverer de 385-485 W med elektrisk energi. I Merkur-bane leverer de 640 W, mens de kunne ha levert 2000 W. For å unngå for stor belastning på elektronikken om bord, sørger strømreguleringsutstyr for bare å ta imot den elektriske energien systemene der trenger.

Omtrent 2/3 av sol­celle­pa­nelene utgjøres av speil, det resterende av solceller. Hvert panel har to rader med speil for hver rad med solceller. De små speilene reflekterer sollyset og bidrar til å holde panelene «kjølige». I denne sammenheng betyr «kjølig» en driftstemperatur på rundt 150 °C i Merkur-bane.

Messenger

To teknikere undersøker det ene av Messengers to sol­celle­pa­neler, før de ble montert til romfartøyet. (NASA)

På den ene siden av romfartøyet er det montert en solskjerm på 2 m x 2,5 m. Den skal skjerme romfartøyet og instrumentene om bord mot den intense varmen fra Solen, når romfartøyet går i bane rundt Merkur.

En stor utfordring for et romfartøy som skal så langt inn i Solsystemet som til Merkur, er planetens nærhet til Solen. Merkur går i en litt avlang bane rundt Solen. Når planeten er nærmest Solen, mottar den omtrent 11 ganger mer sollys enn Jorden gjør. Temperaturene på Merkur-overflaten kan komme opp i 450 °C. Det betyr at varmebelastningen på et romfartøy ved Merkur blir tilsvarende stor.

På Messenger har man altså løst dette problemet ved å plassere en 2 m x 2,5 m solskjerm på den siden av romfartøyet som hele tiden skal vende mot Solen. Kjernen i solskjermen er flere lag med isolasjonsmaterialet Kapton. Ytterst er det på hver side et tynt lag med Nextel, en keramisk duk av omtrent samme type som beskytter deler av hver av USAs romferger.

Når Merkur, og følgelig Messenger, er nærmest Solen, kan temperaturen på solsiden av solskjermen komme opp i 370 °C. På skyggesiden, der romfartøyets kropp og instrumenter er, vil den være bare 20 °C. Rundt selve romfartøyets kropp er det i tillegg flere lag med annen varmeisolasjon.

Messenger

Messenger vist fra omtrent motsatt side av på tegningen over. Tegnforklaring: 1) Sol­celle­pa­nel (baksiden), 2) Elektronisk styrt direktivantenne, 3) Rundstråleantenner, 4) Batteri, 5) Solskjerm, 6) Hovedrakettmotor, 7) Heliumtank, 8) Stjernefølgere, 9) Elektronisk styrt direktivantenne og rundstråleantenner, 10) Magnetometer, 11) Drivstofftank (én av tre), 12) Adapter for montering av Messenger til bærerakettens øverste trinn. (NASA/JHUAPL/Erik Tronstad)

Direkte stråling fra Solen er imidlertid ikke den eneste varmekilden Messenger må beskyttes mot. Fra Merkur-overflaten reflekteres sollys opp mot romfartøyet, i tillegg til at den solbelyste halvdelen av planeten sender ut betydelige mengder varmestråling. Som et ledd i å beskytte Messenger mot denne varmen, er romfartøyets bane valgt med omhu. Bare 25 minutter av hvert omløp på 12 timer tilbringes så nær planeten at varmepåkjenningen er stor. På romfartøyet er det varmeledere som leder varme fra romfartøyets kropp og til radiatorer, der varmen stråles ut i rommet.

Kombinasjonen av solskjerm, varmeisolasjon, varmeledende utstyr og banevalg gjør at Messenger kan fungere ved Merkur uten bruk av dyr elektronikk, som er spesielt motstandsdyktig mot varme.

I bane rundt Merkur, og også før den tid, er det helt avgjørende at romfartøyet hele tiden vender solskjermen mot Solen. Følgelig er det svært viktig at stillingskontrollsystemet fungerer og hele tiden vet nøyaktig hvilken stilling romfartøyet har i rommet. Det skjer ved hjelp av instrumenter som observerer både Solen og utvalgte deler av stjernehimmelen. Et stjernekamera på toppen av romfartøyets kropp tar bilder av stjernehimmelen over seg ti ganger i sekundet. Stjernenes posisjoner i bildet sammenliknes med et innebygd stjernekart, for å finne romfartøyets stilling.

Seks solsensorer måler hele tiden Messengers stilling i forhold til Solen. Om datamaskinene om bord ser at Messenger begynner å bevege seg ut av en «trygg» stilling, vil de med en gang sette i verk tiltak for å korrigere for dette.

Messenger

En tekniker i beskyttelsesdrakt følger med på at det fylles drivstoff i drivstofftankene i Messenger. (NASA)

Romfartøyet har én rakettmotor, med en skyvekraft på omtrent 660 N, til større banejusteringer. Fire motorer, hver med en skyvekraft på 22 N, skal brukes til mindre banejusteringer og til stillingskontroll under større baneendringer. Dessuten har Messenger 12 motorer, hver med en skyvekraft på 4,4 N. Også de kan brukes til mindre banekorreksjoner. I tillegg fungerer de som et reservesystem til Messengers gyroer, for bruk til stillingskontroll under overfarten til Merkur og i Merkur-bane.

Messenger er det første planetromfartøy som bruker en elektronisk styrt antenne («phased array antenna») til kommunikasjon med Jorden, og ikke en parabolantenne. Radiostrålen fra Messengers antenne rettes mot Jorden rent elektronisk, uten bruk av noen bevegelige deler. Radiostrålen kan rettes i hvilken som helst retning innenfor en kjegle med en åpningsvinkel på 45°.

En tradisjonell parabolantenne kan rettes mot Jorden på én av to måter: Ved å vende hele romfartøyet, slik at antennen peker mot Jorden, eller ved å ha antennen på en arm, der antennen kan vris i ønsket retning. Å skulle vende hele romfartøyet, ville ofte vært umulig med Messenger, der én bestemt side hele tiden må vende mot Solen. Dersom Messenger skulle hatt en parabolantenne på en bevegelig arm, måtte man hatt et komplisert system for temperaturkontroll av disse elementene. Derfor valgte man isteden å bruke en antenne der retningen på radiostrålen styres elektronisk. Slike antenner har vært brukt på Jorden i noen tiår, så dette er meget godt kjent teknologi.

Radiosystemet i Messenger kan sende data til Jorden med en kapasitet på fra 9,9 bit/s til 104 kbit/s og motta fra 7,8 bit/s til 500 bit/s. Hvilke overføringskapasiteter som til enhver tid benyttes, vil avhenge av størrelsen på bakkeantennen som brukes og avstanden mellom Messenger og Jorden.

Messenger

Messenger klargjøres for oppskyting i et renrom i Titusville, Florida. (NASA)

Datasystemet i Messenger består av to hovedprosessorer på 25 MHz og to prosessorer på 10 MHz til håndtering av feilsituasjoner. Dette høres ikke imponerende ut, sammenholdt med dagens PCer. En prosessor fra en PC ville imidlertid neppe overlevd ferden til Merkur. Den ville blitt ødelagt av den kosmiske strålingen, ladete partikler som suser gjennom rommet med hastigheter nær lyshastigheten. Prosessorene i Messenger, som i alle romfartøyer, er spesiallaget for å motstå virkningene av omgivelsene i rommet.

Datalagringssystemet i Messenger inneholder ingen bevegelige deler. Systemet består av to lagringsenheter, der den ene er reserve. Hver rommer 1 GB.

Merkur fra Mariner 10

En mosaikk av 18 bilder tatt 29. mars 1974 fra Mariner 10, mens romfartøyet var på vei inn til nærpassering av planeten. Mosaikken viser den ene halvparten av Merkurs ene halvkule. (NASA)

Messenger er et NASA-prosjekt, men det gjennomføres av Applied Physics Laboratory ved Johns Hopkins University (JHUAPL). Total kostnad for prosjektet, inkludert bærerakett, oppskyting, drift og dataanalyse, er 427 millioner amerikanske dollar.

Med en diameter på 4878 km er Merkur den nest minste planeten i Solsystemet. Bare Pluto er mindre. Jorden (tetthet 5,52 g/cm3) er den eneste planeten med større tetthet enn Merkur (5,42 g/cm3). At Jorden har større tetthet, skyldes at den er mer sammentrykket av sin egen gravitasjonskraft enn Merkur. Om man ser på den «usammentrykkede» tettheten, er Merkur den planeten i Solsystemet som har størst tetthet.

Innvendig har Merkur en enorm kjerne av jern, som utgjør omtrent 60 % av planetens masse. Dette er dobbelt så mye som tilfellet er for Jorden. Observasjonene fra Mariner 10 viste at Merkur har et magnetfelt som er 100 ganger svakere enn Jordens. Av de fire indre planetene (Merkur, Venus, Jorden og Mars) er det bare Merkur og Jorden som har globale magnetfelt.

Ingen annen planet i Solsystemet opplever så store svingninger i overflatetemperaturene, som Merkur. Temperaturen kan variere fra +450 °C på solsiden til -210 °C på nattsiden. Planeten har en svært tynn atmosfære, som blant annet inneholder hydrogen, helium, oksygen, natrium, kalium og kalsium.

Med Messenger håper forskerne å få svar på flere sentrale spørsmål om Merkur:

  • Hvorfor har Merkur så høy tetthet? Merkurs enorme kjerne er en egenskap den ikke deler med noen andre planeter i Solsystemet. Alle de fire innerste planetene har en tett, jernrik kjerne omgitt av en mantel bestående av bergarter. Merkurs kjerne utgjør imidlertid hele 60 % av planetens masse, over det dobbelte av hva som er tilfelle for Jorden. Hvorfor er det slik? Forskerne har flere teorier omkring dette, men trenger flere data for å skille dem. Messenger har instrumenter som vil gi data om hvilke grunnstoffer som finnes på Merkur-overflaten og i hvilke mengder de opptrer. Dette gjelder spesielt jern, natrium, kalsium og titan. Slike data vil si mye om hvordan planeten har utviklet seg.
  • Hvordan har Merkurs geologiske historie vært? Merkur har flere merkverdige overflatestrukturer. Det er forholdsvis «unge» sletter med «glatte» avsetninger, mellom områder med noen av planetens eldste kratere. Det er det 1300 km store nedslagsbassenget Caloris Basin. Det er flere hundre meter høye og mange titalls eller hundretalls kilometer lange klippevegger. Kan de være «rynker» på overflaten, som har oppstått etter hvert som planeten er blitt avkjølt og har trukket seg sammen? Kartlegging av hele Merkur-overflaten med Messengers kameraer håper man skal gi svar på noen av disse spørsmålene.
  • Hvilken struktur har Merkurs kjerne? Den største overraskelsen i observasjonene som Mariner 10 gjorde, var oppdagelsen av at Merkur har et magnetfelt. Det reiser mange spørsmål om strukturen til Merkurs indre. Jordens magnetfelt dannes av strømmer av en smeltet væskemasse i Jordens ytre kjerne. Merkur er imidlertid så mye mindre enn Jorden at kjernen for lengst skulle ha blitt avkjølt og gått over fra flytende til fast form. Messengers laserhøydemåler vil med stor nøyaktighet bestemme planetens form og små variasjoner i dens rotasjon om egen akse. Observasjoner av variasjoner i radiosignalene fra Messenger vil samtidig gi en nøyaktig kartlegging av Merkurs gravitasjonsfelt. Fra slike data vil forskerne kunne finne størrelsen på Merkurs kjerne og om den er fast eller flytende. Messengers magnetometer vil også kunne finne ut om magnetfeltet har sitt opphav inni planeten eller kommer fra magnetiske områder på overflaten.
  • Hvilke egenskaper har Merkurs magnetfelt? Messengers magnetometer vil gi detaljerte data om styrken på Merkurs magnetfelt og hvordan feltet varierer med posisjon, høyde og tid. Magnetometeret vil også gi data om hvordan magnetfeltet reagerer på solaktiviteten og variasjoner i strømmen av ladede partikler fra Solen.
  • Hva er de merkelige materialene ved Merkurs poler? Radarobservasjoner har vist at det i kratrene ved Merkurs poler er stoffer som reflekterer radarbølger (mikrobølger) uvanlig godt. Mange forskere mener at stoffene har omtrent de samme egenskaper som i molekyler av vannis. Umiddelbart virker det helt «på jordet» å tenke på vannis, på en planet der temperaturene kan komme opp i 450 °C. Imidlertid er rotasjonsaksen omtrent normalt på Merkurs baneplan. Dermed kan det være kratere i polområdene der bunnene og innerveggene ligger i evig skygge. Slik sett er det ikke utenkelig at det kan være is i jordsmonnet der. En del forskere mener det ikke er vannis der, men andre stoffer, som for eksempel svovel. Messenger har med instrumenter, som man forventer vil gi svar på dette mysteriet.
  • Hvilke flyktige stoffer er viktige på Merkur? Merkur er omgitt av en supertynn atmosfære. Den er så tynn at molekylene i Merkur-atmosfæren ikke kolliderer med hverandre, i motsetning til hva de gjør i for eksempel jordatmosfæren. Isteden spretter de fra sted til sted på Merkur-overflaten. En slik atmosfære kalles en eksosfære. Observasjoner fra Jorden har vist at Merkur-atmosfæren i hvert fall inneholder de seks grunnstoffene hydrogen, helium, oksygen, natrium, kalium og kalsium. Instrumenter i Messenger vil gjøre mer detaljerte observasjoner av disse komponentene i Merkur-atmosfæren og kanskje påvise andre.

Som nevnt ovenfor, har Merkur tidligere hatt besøk av bare ett eneste romfartøy fra Jorden, Mariner 10. Det ble skutt opp 3. november 1973. En passering 5768 km fra Venus 5. februar 1974 endret banen slik at Mariner 10 passerte 703 km fra Merkur 29. mars 1974. Dette var første gang at et romfartøy fikk et gravitasjonsdytt fra en planet, for å nå en annen planet. Ytterligere to passeringer av Merkur ble gjennomført 21. september 1974 (48 069 km høyde) og 16. mars 1975 (327 km).

Mariner 10

Mariner 10, det første og hittil eneste romfartøyet som har tatt bilder av Merkur fra nært hold. (NASA)

Mellom hver gang Mariner 10 passerte Merkur roterte planeten temmelig nøyaktig tre ganger rundt sin egen akse og foretok to omløp rundt Solen. Under hver passering var derfor Merkur på omtrent samme sted i sin bane (nær der den er lengst fra Solen) og vendte samme side mot Solen. Følgelig var det samme side av planeten som var solbelyst hver gang Mariner 10 passerte, noe forskerne naturligvis visste før Mariner 10 ble sendt av gårde. Mariner 10 fotograferte omtrent 45 % av Merkur-overflaten, der detaljer ned til 1 km utstrekning fremkommer på de beste bildene.

Merkur fra Mariner 10

Igjen en mosaikk av 18 bilder tatt 29. mars 1974 fra Mariner 10. Disse bildene ble tatt da romfartøyet var på vei bort fra Merkur, etter nærpasseringen. Mosaikken viser den andre halvparten av Merkurs ene halvkule, i forhold til bildet ovenfor. (NASA)

Som nevnt var Mariner 10 det første romfartøy som brukte gravitasjonsdytt fra en planet for å nå en annen. Mariner 10 var også det første romfartøy som utforsket to planeter i løpet av en og samme ferd, og også det første romfartøyet som vendte tilbake til sitt observasjonsmål (Merkur) etter tidligere å ha passert det. Romfartøyet utnyttet det ytterst svake trykket fra solvinden på sol­celle­pa­nelene og parabolantennen til stillingskontroll. Det var første gang at et romfartøy gjorde dette. Siste radiokontakt med Mariner 10 fant sted 24. mars 1975.

Først med Messenger vil vi få nærbilder av hele Merkur, også den halvkulen som lå i mørke hver gang Mariner 10 passerte.

ESA arbeider for tiden med et romfartøy, BepiColombo, som også skal inn i bane rundt Merkur. BepiColombo skal imidlertid ikke skytes opp før i 2011-2012, det vil si når Messenger er i bane rundt Merkur. BepiColombo skal bestå av to romfartøyer, ett som skal observere planeten og ett som skal observere dens magnetosfære. Prosjektet er et samarbeidsprosjekt med Japan.

Messenger

Til slutt enda en tegning, som viser Messenger i bane rundt Merkur. (NASA/JHUAPL)

 
Forrige eRomfart | Neste eRomfart | Alle eRomfart 2004
 
 
 

Alt stoff på romfart.no/.com/.org er opphavsrettslig beskyttet.
romfart.no/.com/.org eies og drives av Norsk Astronautisk Forening.