Mis­si­on Mer­kur

Eu­ro­pä­er und Ja­pa­ner wol­len die Rät­sel des Pla­ne­ten Mer­kur lö­sen. Nächs­te Wo­che soll die Son­de »Be­piCo­lom­bo« star­ten.

Neues Deutschland - - Erste Seite - Von Stef­fen Schmidt

Glü­hend heiß, eis­kalt, to­tal ver­strahlt: Der klei­ne Pla­net macht es sei­nem ir­di­schen Be­such nicht leicht.

Ob­wohl der Mer­kur schon seit 5000 Jah­ren von As­tro­no­men (und Astro­lo­gen) be­ob­acht wird, ist er ei­ner der am we­nigs­ten er­forsch­ten Pla­ne­ten un­se­res Son­nen­sys­tems. Das liegt nicht dar­an, dass er so klein ist – die größ­ten Mon­de von Ju­pi­ter und Sa­turn sind grö­ßer. Der Haupt­grund un­se­rer ge­rin­gen Kennt­nis­se über den son­nen­nächs­ten Pla­ne­ten ist eben die Son­nen­nä­he. In­fol­ge­des­sen ist er mit Te­le­sko­pen von der Er­de oder aus der Erd­um­lauf­bahn nur schlecht zu be­ob­ach­ten, weil die na­he Son­ne al­les über­strahlt. Auch die Er­for­schung mit Raum­son­den ist schwie­rig. Der Mer­kur kreist mit ho­her Ge­schwin­dig­keit (ca. 48 Ki­lo­me­ter pro Se­kun­de) um die Son­ne. Ei­ner­seits muss ei­ne Raum­son­de die­se Ge­schwin­dig­keit er­rei­chen, um zum Mer­kur zu ge­lan­gen, an­de­rer­seits muss sie stark ab­brem­sen, wenn sie zu gu­ter Letzt den Pla­ne­ten um­krei­sen soll. Und so konn­te erst 1974 die US-Son­de »Ma­ri­ner 10« in drei Vor­bei­flü­gen we­ni­ger als die Hälf­te der Mer­kuro­ber­flä­che kar­tie­ren.

Seit­dem ist zu­min­dest so viel ge­si­chert: Der Mer­kur ge­hört wie Ve­nus, Er­de und Mars zu den Gesteins­pla­ne­ten, die man auch die erd­ähn­li­chen nennt. Mer­kur be­sitzt wie der Erd­mond prak­tisch kei­ne At­mo­sphä­re, was sei­ne kra­ter­über­sä­te Ober­flä­che er­klärt. Die feh­len­de At­mo­sphä­re er­klärt auch die kras­sen Tem­pe­ra­tur­un­ter­schie­de: Am Äqua­tor steigt das Ther­mo­me­ter am Ta­ge auf 470 Grad Cel­si­us, um nachts auf -183 Grad ab­zu­sin­ken. In ei­ni­gen Kra­tern der Pol­re­gio­nen steigt die Tem­pe­ra­tur wie­der­um nie über -163 Grad. Und an­ders als der Mars be­sitzt der Mer­kur ein Ma­gnet­feld. Dar­aus schloss man, dass der kleins­te Pla­net ähn­lich wie die Er­de ei­nen flüs­si­gen Kern hat. Die im Ver­gleich zur Grö­ße er­heb­li­che Mas­se des Mer­kur sprach für ei­nen ho­hen An­teil von Ei­sen und Ni­ckel.

Es dau­er­te dann bei­na­he vier Jahr­zehn­te, bis der Mer­kur wie­der Be­such von der Er­de be­kam. Die eben­falls von der US-Raum­fahrt­agen­tur NASA im Jah­re 2004 ge­star­te­te Son­de »Mes­sen­ger« schwenk­te 2011 in den Mer­kur­or­bit ein und sen­de­te bis zu ih­rem ge­ziel­ten Ab­sturz 2015 Mess­da­ten und Fo­tos zur Er­de. Die Son­de kar­tier­te dies­mal den gan­zen Pla­ne­ten und ver­maß auch das Ma­gnet­feld des Mer­kur ge­nau­er. Al­ler­dings be­weg­te sich »Mes­sen­ger« auf ei­ner sehr ex­zen­tri­schen Bahn. Wäh­rend die Son­de über der Nord­halb­ku­gel in nur 200 Ki­lo­me­tern Hö­he flog, war sie von der Süd­halb­ku­gel mehr als 15 000 Ki­lo­me­ter ent­fernt. Ent­spre­chend sind die In­for­ma­tio­nen über die Süd­halb­ku­gel we­ni­ger de­tail­liert. Schwe­re- und Ma­gnet­feld­mes­sun­gen wa­ren im Sü­den nur sehr be­grenzt, Hö­hen­mes­sun­gen über­haupt nicht mög­lich, wie der Pla­ne­ten­for­scher Jür­gen Oberst vom Deut­schen Zen­trum für Luft- und Raum­fahrt (DLR) er­läu­tert.

Ge­nau das soll die eu­ro­pä­isch-ja­pa­ni­sche Son­de »Be­piCo­lom­bo« än­dern. Die wird, wenn al­les plan­mä­ßig ver­läuft, am nächs­ten Wo­che­n­en­de von Kou­rou in Fran­zö­sisch-Gu­ya­na an der Spit­ze ei­ner »Aria­ne 5« star­ten. Der Na­me der Son­de ist ei­ne Eh­rung für den ita­lie­ni­schen Wis­sen­schaft­ler Gi­u­sep­pe »Be­pi« Co- lom­bo (1929–1984). Der hat­te näm­lich die ent­schei­den­de Idee, wie man mit ei­ner mög­lichst klei­nen Trä­ger­ra­ke­te zu solch schwer er­reich­ba­ren Zie­len wie Mer­kur oder Plu­to ge­langt: Man nutzt die Schwer­kraft an­de­rer Pla­ne­ten ge­wis­ser­ma­ßen als Schleu­der. Die von der eu­ro­päi­schen Raum­fahrt­agen­tur ESA und ih­rer ja­pa­ni­schen Schwes­ter­or­ga­ni­sa­ti­on JAXA kon­zi­pier­te Son­de wird auch wie­der solch ei­ne trick­rei­che Flug­bahn ein­schla­gen. Bis zum Ein­schwen­ken in die Um­lauf­bahn um Mer­kur kommt es zu zwei Ve­nus- und sechs Mer­kur­vor­bei­flü­gen. Für die­se kom­pli­zier­ten Flug­ma­nö­ver be­sitzt die Trans­port­platt­form der bei­den zu »Be­piCo­lom­bo« ge­hö­ren­den Teil­son­den ne­ben vier Treib­stoff spa­ren­den elek­tri­schen Io­nen­trieb­wer­ken noch che­mi­sche Steu­er­trieb­wer­ke.

Ur­sprüng­lich soll­te »Be­piCo­lom­bo« be­reits 2013 star­ten. Doch die ex­tre­men Be­din­gun­gen am Mer­kur zwan­gen zu ei­ni­gen Kon­struk­ti­ons­än­de­run­gen. Jo­han­nes Benk­hoff vom ESA-Tech­no­lo­gie­zen­trum ESTEC im nie­der­län­di­schen Noord­wi­jk er­läu­ter­te bei ei­nem Pres­se­ge­spräch, dass sich bei Tests der So­lar­zel­len zeig­te, dass die­se un­ter den Be­din­gun­gen des Mer­kur – mehr als 300 Grad Cel­si­us, zehn Mal so star­ke Strah­lung wie im Er­dor­bit – durch Ma­te­ri­a­l­al­te­rung zu schnell an Leis­tung ver­lie­ren. Die Lö­sung: ver­spie­gel­te So­lar­pa­nee­le, die im 80-Grad-Win­kel zur Son­ne ste­hen. We­gen der Re­fle­xi­ons­ver­lus­te muss­ten die So­lar­zel­len für die not­wen­di­ge Leis­tung sehr viel grö­ßer ge­baut und der Son­den­kör­per ent­spre­chend sta­bi­li­siert wer­den. Das al­les ver­zö­ger­te den Start um fünf Jah­re und zwang zum Wech­sel von der ur­sprüng­lich ge­plan­ten »So­jus«-Trä­ger­ra­ke­te zur teu­re­ren und grö­ße­ren »Aria­ne 5«.

Ge­gen­über »Mes­sen­ger« weist »Be­piCo­lom­bo« laut DLR-For­scher Oberst meh­re­re Vor­tei­le auf. Zum ei­nen be­ste­he die Mis­si­on aus zwei Son­den, dem Mer­cu­ry Pla­ne­ta­ry Or­bi­ter (MPO) der ESA und dem Mer­cu­ry Ma­gne­to­s­phe­ric Or­bi­ter (MMO) der JAXA. Da­mit kön­nen zeit­gleich Mes­sun­gen aus ver­schie­de­nen Um­lauf­bah­nen ge­macht wer­den. Au­ßer­dem wer­den bei­de Son­den den Mer­kur in ei­ner nur leicht el­lip­ti­schen nied­ri­gen Bahn um­krei­sen. Der MPO wird den Pla­ne­ten aus ei­ner Hö­he von 400 bis 1500 Ki­lo­me­tern be­ob­ach­ten. Die für bei­de Halb­ku­geln ver­bes­ser­te »Be­piCo­lom­bo« hat au­ßer­dem ei­ne deut­lich bes­se­re In­stru­men­ten­aus­stat­tung. Auf bei­den Or­bi­tern be­fin­den sich ins­ge­samt 15 wis­sen­schaft­li­che In­stru­men­te. Die Ka­me­ra lie­fert Bil­der und Spek­tren viel­fach hö­he­rer Auf­lö­sung als »Mes­sen­ger«. Ver­gleich­ba­re Ul­tra­vio­lett- und In­fra­rot­spek­tro­me­ter be­saß die NASA-Son­de nicht. Der vom DLR-In­sti­tut für Pla­ne­ten­for­schung in Ber­lin-Ad­lers­hof be­trie­be­ne Laser­hö­hen­mes­ser wird ei­ne glo­ba­le to­po­gra­fi­sche Kar­te des Pla­ne­ten lie­fern. Über­dies kön­nen bei­de Son­den ein Viel­fa­ches der Da­ten­men­ge über­tra­gen, als es bei »Mes­sen­ger« mög­lich war.

Die Mes­sung von Ma­gnet­feld- und Schwe­re­feld mit zwei ver­schie­de­nen Son­den wird auch ge­naue­re Aus­sa­gen über die in­ne­re Struk­tur des Mer­kur er­mög­li­chen. Wie der an der Mis- si­on be­tei­lig­te Wis­sen­schaft­ler Bas­ti­en Brug­ger von der Uni­ver­si­tät Ai­xMar­seil­le am Ran­de des Eu­ro­pean Pla­ne­ta­ry Sci­ence Con­gress (EPSC) 2018 in Ber­lin er­klär­te, zei­gen Com­pu­ter­si­mu­la­tio­nen des Mer­kur­in­ne­ren, dass die Ver­tei­lung der Ele­men­te im flüs­si­gen Man­tel des Mer­kur an­ders als auf der Er­de sein muss. Die Er­geb­nis­se deu­ten dar­auf hin, dass Mer­kur ei­nen dich­te­ren Man­tel als die Er­de hat, der er­heb­li­che Men­gen an Ei­sen ent­hal­ten kann. Eben­falls an­ders als auf der Er­de ist die Zu­sam­men­set­zung der fes­ten Krus­te. Die Da­ten von »Mes­sen­ger« zei­gen, dass Ei­sen dort nur sel­ten als Si­li­kat vor­kommt, son­dern eher in me­tal­li­scher Form oder als Sul­fid. Ei­sen­sul­fid – auch be­kannt als Py­rit oder Kat­zen­gold – ist in der Erd­krus­te deut­lich sel­te­ner.

DLR-For­scher Oberst er­hofft sich von »Be­piCo­lom­bo« auch Auf­schlüs­se über die Ur­sa­chen der be­ob­ach­te­ten Tau­mel­be­we­gung (Li­bra­ti­on) des Mer­kur. Die Mess­rei­hen der »Mes­sen­ger«-Mis­si­on sei­en zu kurz ge­we­sen. All die­se Da­ten soll­ten dann auch Auf­schluss dar­über ge­ben, wie der Mer­kur ent­stan­den ist und wel­che Ent­wick­lungs­stu­fen er durch­lau­fen hat. »Wir den­ken, dass Pla­ne­te­si­ma­le (klei­ne Vor­läu­fer von Pla­ne­ten – d. A.) in der in­ners­ten Re­gi­on des Son­nen­sys­tems sehr früh aus Ma­te­ri­al ent­stan­den sein könn­ten, das auf­grund der ex­tre­men Tem­pe­ra­tur dort erst ver­dampft und an­schlie­ßend wie­der kon­den­siert wur­de«, sagt Tho­mas Ron­net von der Uni­ver­si­tät Aix-Mar­seil­le. Wä­re der Mer­kur aus son­nen­fer­ne­ren Pla­ne­te­si­ma­len ent­stan­den, so müss­te er deut­lich mehr oxi­dier­tes Ma­te­ri­al ent­hal­ten als tat­säch­lich ge­fun­den wur­de, meint Ron­net.

Ei­ne wei­te­re in­ter­es­san­te Fra­ge ist die nach dem Vor­han­den­sein von Was­ser. Am Nord­pol des Mer­kur konn­te »Mes­sen­ger« Kra­ter aus­ma­chen, die leicht­flüch­ti­ge Ele­men­te, mög­li­cher­wei­se auch Was­ser­eis aus Ko­me­ten ent­hal­ten. Für den Süd­pol feh­len sol­che di­rek­ten Mes­sun­gen bis­her. Aus grö­ße­rer Nä­he könn­te »Be­piCo­lom­bo« die­se Fra­ge be­ant­wor­ten hel­fen. Al­ler­dings warnt Jür­gen Oberst vor der Vor­stel­lung, Was­ser auf dem Mer­kur wä­re ein Hin­weis auf Le­ben. Da­zu dürf­ten die Be­din­gun­gen zwi­schen Back­ofen und Tief­kühl­schrank denn doch wohl zu ex­trem sein.

Ur­sprüng­lich soll­te »Be­piCo­lom­bo« be­reits 2013 star­ten. Doch die ex­tre­men Be­din­gun­gen am Mer­kur zwan­gen zu ei­ni­gen Kon­struk­ti­ons­än­de­run­gen. Das al­les ver­zö­ger­te den Start um fünf Jah­re.

Fo­tos: NASA/nd [m]

Fo­to: NASA

Ers­te de­tail­lier­te Fo­tos vom Mer­kur lie­fer­te die NASA-Son­de »Mes­sen­ger«.

Abb.: ESA/ATG me­dial­ab; NASA

»Be­piCo­lom­bo« im Mer­kur­or­bit

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