De första mätningarna någonsin av månens yta i det termiska infraröda spektrumet som tagits av Mercury Radiometer och Thermal Infrared Spectrometer (MERTIS) ombord på det europeiska/japanska BepiColombo-uppdraget. MERTIS, ett nytt instrument för att studera ytsammansättningen av himmelska föremål, erhöll mätningarna under BepiColombos jordflyg den 10 april 2020. Varje bild i videon representerar en observation. Det färgglada bandet i mitten är månens reflektion i termisk infraröd mot det kallare omgivande rymden. Eftersom olika mineraler absorberar och avger termisk infraröd strålning olika, forskare kan få en tydlig bild av ytsammansättningen av de studerade himlakropparna från MERTIS-data. MERTIS designades speciellt för att studera Merkurius, planeten närmast solen med yttemperaturer på över 400 °C. Att se en så tydlig signatur av månens mycket kallare yta bevisade för forskarteamen att instrumentet kommer att kunna erhålla data av ännu högre kvalitet än förväntat en gång vid sin destination. Observationerna utfördes från ett avstånd av 700 000 km, som är upp till 2000 gånger längre bort än omloppsbanan för ESA:s Mercury Planetary Orbiter (MPO), en av de två orbiters som består av BepiColombo-uppdraget, som bär MERTIS-instrumentet. Dessutom, MERTIS gjorde mätningarna med sin kalibreringsport och inte huvudporten, för närvarande gömd bakom Mercury Transfer Module (MTM), som bär MPO och Mercury Magnetospheric Orbiter från Japanese Aerospace Exploration Agency (JAXA) till sin destination. Kredit:DLR och Westfälische Wilhelms Universität Münster
Vetenskapsinstrument ombord på den europeisk-japanska Mercury-utforskaren BepiColombo är i utmärkt skick för att samla in data av hög kvalitet under rymdfarkostens långa kryssning till solsystemets innersta planet, trots att de inte har designats för detta ändamål, lag som samarbetar i uppdraget som lärde sig under rymdfarkostens aprilflyg förbi jorden.
Banåtstramningsmanövern, som såg BepiColombo komma så nära som 12 689 km till vår planets yta kl. 04:25 UTC den 10 april 2020, gav en möjlighet att testa sex av de elva instrumenten ombord på ESA:s Mercury Planetary Orbiter (MPO). Sju sensorer av tre instrument på Mercury Magnetospheric Orbiter MIO från Japanese Aerospace Agency (JAXA) var också på, samt de tre "selfie"-kamerorna monterade på Mercury Transfer Module (MTM), som bär de två vetenskapliga orbitarna till deras destination.
"Det var fantastiskt att se att alla instrument som vi använde fungerade extremt bra och gav bra resultat, " säger ESA:s BepiColombo-projektforskare Johannes Benkhoff. "Vi har inte haft så bra tillfälle att testa dem alla i rymden tidigare. Det var fantastiskt att se att det inte bara inte var några problem, men att data var av god kvalitet trots att instrumenten designades specifikt för Merkurius."
Bättre än förväntat
Till exempel, Mercury Radiometer och termisk infraröd spektrometer (MERTIS), ett nytt instrument för att studera ytsammansättningen av himmelska föremål, lyckades ta mätningar av månen under jordens förbiflygning. Månens yta är, dock, mycket kallare, än Merkurius yta, vilket gjorde observationerna särskilt utmanande.
"Vi tittade på något som när det är som varmast kan ha cirka 100°C, medan vi gjorde MERTIS för att studera Merkurius, som kan ha över 400°C, säger Jörn Helbert, från German Aerospace Center (DLR), en av huvudutredarna för MERTIS. "Också, vi kommer att titta på Merkurius från ett avstånd på mindre än 1000 km, medan månen var 700 000 km bort under förbiflygningen."
Dessutom, MERTIS tittade på månen genom dess sekundära port och inte huvudporten, som för närvarande omfattas av MTM. Fortfarande, instrumentet fångade en unik uppsättning data.
"Ingen har observerat månen i detta spektralområde tidigare från rymden, ", säger Jörn. "Det är den första datamängden i sitt slag och den är minst lika bra som vi hoppats på."
Nästa stopp:Venus
Resultaten är uppmuntrande för de kommande två förbiflygningarna av Venus, en planet som inte har besökts av en europeisk rymdfarkost sedan slutet av Venus Express-uppdraget 2014, och kretsar för närvarande endast av ett japanskt uppdrag som heter Akatsuki.
"Nu när vi vet vad detta innovativa instrument kan, vi kan fokusera på att få ut så mycket som möjligt under Venus två förbiflygningar, ", säger Johannes. "Detsamma gäller för de andra instrumenten. Det gör det möjligt för oss att maximera den vetenskapliga potentialen för hela uppdraget på sätt som vi inte nödvändigtvis förutsåg när vi designade det."
BepiColombo passerar Venus för första gången den 15 oktober på ett avstånd av cirka 10 630 km. Rymdfarkostens andra förbiflygning av planeten, i augusti 2021, kommer att ta det så nära som cirka 550 km från Venus yta, närmare än Akatsukis omloppsbana.
"Det finns instrument, inklusive MERTIS och PHEBUS ultravioletta spektroskop, som kan ta mätningar på Venus som vi inte kunde göra med något tidigare uppdrag, ", säger Jörn. "Vi kommer att kunna få en hel del data om den täta atmosfären på Venus som kommer att vara på ett sätt som liknar dem vi kunde få från de sovjetiska Venera 15- och 16-uppdragen på 1980-talet. Det kommer att ge en unik jämförelse."
Magnetfältets "ljud".
Det är inte bara Venus som lovar oförutsedda vetenskapliga möjligheter till BepiColombo-teamet. Precis som MERTIS, MPO Magnetic Field Investigation instrument (MPO-MAG) designades specifikt för Merkurius. MPO-MAGs specialitet är att mäta svaga magnetfält, som den på den minsta steniga planeten i solsystemet. Instrumentet var, dock, fortfarande kunna få användbar data under jordens förbiflygning, vilket hjälpte till att kalibrera den för framtida mätningar.
"Om du sätter vår magnetometer på jordens yta, du kunde inte mäta någonting eftersom magnetfältet är för starkt, " säger Daniel Heyner från tekniska universitetet i Braunschweig, Tyskland, Huvudutredare för MPO-MAG. "Det visade sig att den närmaste inflygningen under förbiflygningen var tillräckligt långt från jorden för att vi fortfarande kunde göra bra mätningar."
MAG-MPO-data avslöjade att solvinden - ett konstant flöde av elektriskt laddade partiklar som strömmade från solen in i det interplanetära rymden - var väldigt tyst dagen för förbiflygningen. Den visade också ögonblicket när BepiColombo stötte på den så kallade bågchocken, en skarp gräns som bildas i den yttre kanten av jordens magnetiska miljö när den interagerar med solvinden. Uppgifterna återspeglade sedan hur sonden flög genom magnethöljet, ett turbulent område som fortfarande påverkas avsevärt av det interplanetära plasmat, och korsade magnetopausen, gränsen efter vilken jordens magnetfält dominerar.
Teamet fick också värdefulla insikter om störningarna från andra instrument och speciellt från MTM. Väl framme vid Merkurius, MPO kommer att separeras från MTM, men att kunna filtrera bort framdrivningsmodulens buller under den sjuåriga kryssningen öppnar nya möjligheter för tidigare oplanerade vetenskapliga undersökningar.
Arbetar tillsammans med Solar Orbiter
"Detta är en mycket intressant tid för undersökningar av solvinden, " säger Daniel. "Vi har nu flera nyligen uppskjutna rymdfarkoster som färdas i solens riktning och som har några liknande instrument. Det finns ESA:s Solar Orbiter och NASA:s Parker Solar Probe. De befinner sig i heliosfären på olika avstånd från solen och det gör det möjligt för oss, till exempel, att spåra koronala massutkastningar och studera hur deras hastighet och intensitet förändras när de fortplantar sig från solen."
MAG-MPO-teamet planerar nu, trots det ursprungliga fokuset på Merkurius, att fortsätta mäta solvinden under större delen av den sjuåriga resan.
Johannes förväntar sig att att arbeta tillsammans med ESA:s egen Solar Orbiter kommer att möjliggöra stora synergier och ett nytt tillvägagångssätt för att studera miljön runt solen.
"Med BepiColombo Earth-flygningen kunde vi bevisa att våra instrument presterar bra även under kryssningsfasen, " säger han. "Nu vet vi att vi kan göra en del verklig och innovativ vetenskap som drar fördel av nätverket av rymdfarkoster som vi för närvarande har i det inre solsystemet."
