A BepiColombo projektet az Európai Űrügynökség (ESA) és a Japán Űrügynökség (JAXA) együttműködésének keretében hozták létre. A küldetés két tudományos szondából áll, melyek jelenleg egy hőpajzzsal védett hordozóplatformra, a transzfer modulra rögzítve utaznak a bolygóközi térben.
A két keringőegység egyike, a Mercury Plane-tary Orbiter (MPO) elsősorban a Merkúr felszínét vizsgálja majd, a Mercury Magnetospheric Orbiter (Mio, korábbi nevén MMO) pedig a mágneses terét térképezi fel. A BepiColombo egységeinek összehangolt mérései új távlatokat nyitnak a bolygó plazmakörnyezetének kutatásában. A Merkúrt mostanáig csak két NASA-űrszonda vizsgálta, a Mariner–10 1974. február–márciusában összesen három alkalommal haladt el a bolygó mellett, míg a Messenger 2011 és 2015 között a Merkúr körüli pályáról vizsgálta az égitestet. A BepiColombo indítása 2018. október 20-án történt, és a tervek szerint 2025. de-cember 5-én fog pályára állni a Merkúr körül. Addig is a bolygóközi térben számos lassító manőverre lesz szükség a majdani optimális befogási sebesség eléréséhez a Merkúrnál. Ezek során több alkalommal megközelíti a Naprendszer belső bolygóit, miközben tudományos méréseket is végez, illetve az interplanetáris térben a napszelet észlelő űrszondákkal együtt is számos lehetőség adódik szoláris események koordinált vizsgálatára. (Megjegyzés: Az ESA eredeti tervei szerint a szondához egy európai leszállóegység, a Mercury Surface Element is csatlakozott volna, ám a technikai nehézségek és a szükséges pénzügyi ráfordítás hiánya miatt az ötletet végül elvetették – Horvai Ferenc)
A BepiColombo első felvétele a Merkúrról, amit 2021. október 1-jén készített 199 km-re a bolygótól
Az MPO űrszonda egyes műszereinek megépítésében magyar mérnökök is részt vettek, így az érintett berendezések által mért tudományos adatokhoz a közreműködő magyar kutatóintézetek is hozzáférnek. Ezek egyike a Search for Exosphere Refilling and Emitted Neutral Abundances (SERENA) műszercsomag részét képező iontömeg-spektrométer, a Planetary Ion Camera (Picam), amelynek alacsony feszültségű tápegységét és egy, a BepiColombo környezetét szimuláló szoftvert a Wigner Fizikai Kutatóközpont Űrfizikai és Űrtechnikai Osztályának mérnökei az SGF Kft. közreműködésével fejlesztették. Ugyancsak magyar hozzájárulással készült a plazmahullámok vizsgálatára tervezett Plasma Wave Instrument (PWI), melyhez az Eötvös Loránd Tudományegyetem Űrkutató Csoportja a BL Electronics Kft.-vel közösen dolgozta ki az intelligens jelfelismerő modul (ISDM) fedélzeti szoftverét.
Tudományos ismeretek a Merkúrról
A Merkúr a Naphoz legközelebb keringő bolygó, mely csillagunkat mintegy 88 nap alatt kerüli meg. A bolygó átlagos átmérője 4880 km, azaz kisebb, mint a Jupiter körül keringő Ganymedes, valamint a Szaturnusz Titan holdja. Pályájának excentricitása elég nagy (kb. 0,2), melynek következtében a Naptól mért távolság 46 millió (perihélium) és 70 millió km (aphélium) között változik. A Merkúr Nap körüli keringési és tengely körüli forgási periódusa között pontosan 3:2 arány áll fenn, mely ugyan nem a kötött keringés esetére vonatkozó 1:1-es rezonancia, de ez is stabil állapot. A Merkúr pályahajlása hétfokos, és további érdekes tény, hogy a bolygó tengelyhajlása mindössze két fok, emiatt évszakos változások nem alakulnak ki rajta. Ám a rendkívül lassú forgás miatt a felszínen mégis létrejöttek adott helyszínekre jellemző klimatikus viszonyok, forróbb és hűvösebb területek.
A Merkúr felszíne erősen kráterezett, mivel folyamatosan bombázzák a Naprendszer belsejébe bejutó vagy ott keringő üstökösök, aszteroidák, meteorok, valamint a napszél. A felszíni morfológiára vonatkozóan egészen az első űrszondás megfigyelésekig egyáltalán nem voltak ismereteink. Elsőként az amerikai Mariner–10 összesen három alkalommal közelítette meg a Merkúrt. Ezek során a felszín 45 százalékát fotózta le. A Messenger már a teljes felszínt lefényképezte, illetve az északi féltekét még lézeresen is letapogatta, így részletes topográfiai térképekhez jutottunk. A Merkúr egykor vulkanikusan aktív volt, ennek jelei napjainkban is jól láthatók. Felszínén nincsenek jelentősebb magasságbeli eltérések, ellenben számtalan becsapódási kráter borítja. Megfigyeltek olyan hosszanti irányú repedéseket is, melyek feltehetőleg az égitest kihűlése, globális összehúzódása következtében jöttek létre. A Merkúr a Föld után a második legsűrűbb bolygó a Naprendszerben, átlagsűrűsége 5,427 g/cm3. Jelenlegi bolygókeletkezési elméleteink szerint ez meglepő, de egy óriási, a bolygó térfogatának több mint felét kitevő vasmag jelenléte esetleg magyarázatot nyújthat rá – a Föld esetében a mag a bolygó térfogatának csupán 17 százalékát teszi ki. Többek között ennek a kérdésnek a megválaszolása is egyike a BepiColombo tudományos célkitűzéseinek. A Merkúr kiterjedt, globális mágneses terét a Mariner–10 űrszonda észlelte először. A bolygó magnetoszférája akadályt képez a szuperszonikus sebességgel áramló napszél töltött részecskéi számára, és meggátolja, hogy a napszélbe befagyott bolygóközi mágneses tér lehatoljon a felszínre. A Merkúr esetében a földihez képest gyenge és kevésbé kiterjedt magnetoszféráról van szó, tehát a napszél nagyobb energiájú részecskéinek egy része eljuthat a felszínre, ahol hozzájárul az eróziós folyamatokhoz. A napszél hatására a Földhöz hasonlóan a Merkúr Nap felőli oldalán lökéshullám (fejhullám) alakul ki. A napszél dinamikus nyomása, valamint a magnetoszféra mágneses nyomása a magnetopauza mentén kerül egyensúlyba. A Merkúr kis mérete, valamint lassú forgása mellett meglepő a kiterjedt globális magnetoszféra jelenléte, mivel a dinamóhatás létrejöttéhez szükség van a mag körül egy folyékony fémes rétegre, melyet többi mágneses bolygónk esetében a gyors tengely körüli forgás tart mozgásban. A Merkúr belsejében működő mágneses dinamót azonban valószínűleg az excentrikus pálya miatt fennálló erőteljes árapályhatások tartják fenn. További érdekesség, hogy bár a Merkúr mágneses tengelye és forgástengelye közel egybeesik, a mágneses dipóltér mégsem szimmetrikus, hanem az északi féltekén nagyjából háromszor akkora térerősség mérhető, mint a délin. Valamint a déli pólus környezetében az északihoz képest nagyobb területen észlelhetők nyitott mágneses erővonalak, ezért itt nagyobb arányban szökhetnek el a Merkúr-eredetű töltött részecskék is. Az egyenlítői mágneses térerősség körülbelül 300 nT, ami a földi értéknek mindössze az egy százaléka. Nagyon erős napszélnyomás esetében a magnetoszféra olyan mértékben összenyomódhat, hogy a magnetopauza eléri a felszínt. A Merkúr felszínén, az egyenlítő Nap felé eső tartományában mért napállandó a földi 1,37 W/m2értéknek a 4,59–10,61-szorosa, a felszíni hőmérséklet pedig 100 K (árnyékban) és 700 K (a nappali oldalon) között mozog. A pólusok közelében, az árnyékos oldal krátereinek mélyén akár (regolittal borított) vízjeget is találhatunk, amit a Messenger űrszonda radarészlelései is igazoltak. A Merkúron jelen lévő víz becsült mennyisége 1014–1015 kg. Eredete egyelőre nem ismert, a belső tartományok esetleges kigázosodása mellett származhat a Naprendszer belsejébe látogató üstökösöktől is.
A BepiColombo szondáinak repülési pályája a szétválás után
A BepiColombo technikai jellemzői
Az űrszondák jelenleg még egyetlen összekapcsolt űreszközként utaznak az interplanetáris térben. Közülük a transzfer modul (Mercury Transfer Module, MTM) felelős a meghajtásért, hogy a két keringőegység – az MPO és a Mio – eljusson a Merkúrhoz. A Mio név nem természetes rövidítése az űreszköz hivatalos nevének, hanem a japán lakosság által javasolt több ezer név közül választották ki (jelentése „vízi út”, mely a vízen sikló hajók és a napszélben száguldó űrszondák analógiáját szimbolizálja). A három egység a Mio napvédő pajzsával együtt alkotja a Mercury Cruise System (MCS) űrobjektumot.
A transzfer modul meghajtása szoláris elekt--romos hajtóműrendszerrel valósul meg, ami napelemek és manőverező ionrakéták kom-binációját jelenti. Az ionhajtómű négy komponense egyenként 145 mN tolóerő kifejtésére képes, ezáltal jelenleg ez a világűrben valaha alkalmazott legnagyobb teljesítményű ilyen meghajtórendszer. Ugyancsak az MTM látja el energiával az odaút időtartamára részlegesen hibernált két keringő szondát is (az MPO tartja a rádiókapcsolatot a Földdel, a Mio pedig alvó üzemmódban van). A 2025. decem-ber 5-ére tervezett befogás után a transzfer modul poláris pályára kerül, majd kis pályamódosítást követően eléri a végső pályát, 178 ezer kilométeres apo-hermiummal. Itt a két keringőegység leválik a transzfer modulról, majd kémiai üzemelésű meghajtórakéták segítségével érik el tervezett pályájukat. Ekkor fogják felébreszteni a Mio szondát is. Az MPO-nak tizenegy fedélzeti berendezése van, melyek többségét a túlhevülés elkerüléséért a szonda nadírpontjának közelében helyezték el, ez a keringés során mindig a bolygó felszíne felé néz majd. Egy méter átmérőjű rádióantennája a szonda zenit felőli oldalára, egy rövid rúd végére került, a sávszélesség éves szinten 1550 Gbit adat lehozatalát teszi lehetővé. A fedélzeten a következő műszerek találhatók: lézeres magasságmérő (BELA), gyorsulásmérő (ISA), magnetométer (MPO-MAG, Mermag), sugárzásmérő és infravörös spektrométer (MERTIS), gamma-sugárzás- és neutron-spektrométer (MGNS), képalkotó röntgenspektrométer (MIXS), ultraibolya spektrométer (PHEBUS), rádióhullám-detektor (MORE), az exoszférát újratermelő és az onnan kilépő semleges részecskék kutatására létrehozott, több detektorból álló műszer-csomag (SERENA–ELENA, Strofio, MIPA, Picam), spektrométerek és képalkotó berendezések rendszere (SIMBIO-SYS), valamint egy szoláris röntgenintenzitás-mérő és részecske--spektrométer (SIXS). A Merkúr mágneses terének átfogó vizsgálatára fejlesztett Mio alakja szabályos nyolcszögalapú hasáb, tömege 285 kg. Fedélzetén öt műszercsoport kapott helyet: egy hat detektorból álló plaz-ma-részecskedetektor-csomag (MPPE – MEA1 és MEA2, MIA, MSA, HEP-ele, HEP-ion, ENA), magnetométer (MMO-MGF), plazmahullám-detektor (PWI), egy, a nátrium-atmosz-féra vizs-gálatára fejlesztett spektrális képalkotó berendezés (MSASI), illetve egy pordetektor (MDM). A Mio szonda forgásstabilizált, forgástengelye a Merkúr egyenlítőjére merőleges. A tervek szerint évente 160 GB adatot fog visszasugározni a Földre.
(Folytatjuk)
Bebesi Zsófia, Juhász Antal,
Timár Anikó, Dósa Melinda
Megjelent a MANT 2021.
évi Űrtan évkönyvében
Cikkünk a Külgazdasági és
Külügyminisztérium támogatásával készült