Närmar sig Venus från dess dagsida, passerar planeten, använder sin gravitationskraft för att sakta ner och fortsätter på sin nattsida på kurs mot Merkurius:Torsdagen den 15 oktober 2020, kl 05:58 CEST, ESA:s rymdfarkost BepiColombo kommer att flyga förbi Venus på ett avstånd av cirka 10, 720 kilometer och överför en del av dess kinetiska energi till vår grannplanet för att minska sin egen hastighet.

Två år efter lanseringen, syftet med manövern är att sänka BepiColombos bana runt solen mot Merkurius bana. Europeiska rymdorganisationens (ESA) och japanska rymdorganisationens (JAXA) rymdfarkoster med två kretslopp är en del av ett gemensamt uppdrag som kommer att nå denna punkt efter ytterligare en förbiflygning av Venus i augusti 2021. Efter sex nära förbiflygningar av Merkurius, uppdraget kommer sedan att gå i omloppsbana runt den innersta planeten i slutet av 2025. För planetforskare och ingenjörer vid German Aerospace Center (Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt; DLR) och för Institutet för Planetologi vid universitetet i Münster, Venus förbiflygningen är ytterligare ett tillfälle att testa BepiColombos MErcury Radiometer och Thermal Infrared Spectrometer (MERTIS).

Vy över Venus gashölje med infraröda sensorer

Förbiflygningen av Venus och Jord-månen-förbiflygningen som ägde rum våren 2020 är rymdfärdsmanövrar som används för att testa funktionen hos några av experimenten ombord på båda orbitorerna och för att kalibrera sensorerna och signalkedjorna med erhållen data. "Vetenskapliga mätningar kommer också att utföras under inflygning och avgång och vid närmaste inflygning till Venus, säger de två personer som är primärt ansvariga för MERTIS-instrumentet, Jörn Helbert från DLR Institute of Planetary Research och Harald Hiesinger från Institute of Planetology vid universitetet i Münster. "Vår bildspektrometer MERTIS, som vi byggt tillsammans med industrin och internationella partners, kommer att användas igen för att göra dessa mätningar, säger Helbert.

MERTIS utvecklades främst för att mäta spektra av bergbildande mineral på Merkurius atmosfärfria yta. Men med sina infraröda sensorer, den kan också titta in i Venus täta gashölje ner till ett visst djup. "Vi förväntar oss redan några mycket intressanta fynd, med mer att följa under 2021, när vi kommer att vara mycket närmare Venus, ", tillägger Hiesinger.

MERTIS är en infraröd avbildningsspektrometer och radiometer med två okylda strålningssensorer som är känsliga för våglängder på 7 till 14, och 7 till 40 mikrometer, respektive. Under två serier av mätningar, varav den första börjar idag, MERTIS kommer att fånga nästan 100, 000 enskilda bilder. Den första serien kommer att börja när rymdfarkosten närmar sig från ett avstånd av cirka 1,4 miljoner kilometer från Venus upp till ett avstånd av 670, 000 kilometer. Efter en paus för att kontrollera instrumentet, den andra serien börjar på ett avstånd av 300, 000 kilometer, 11 timmar innan Venus flyger förbi, och kommer att fortsätta tills BepiColombo är nästan 120, 000 kilometer från Venus fyra timmar före den närmaste inflygningen.

Venus som fokus för planetarisk forskning

Venus är nästan lika stor som jorden, men har utvecklats på ett helt annat sätt. Dess atmosfär är mycket tätare, nästan uteslutande består av koldioxid, och därmed upplever planeten en mycket stark växthuseffekt. Detta resulterar i en permanent yttemperatur på cirka 470 grader Celsius. Det finns inget vatten och därför tror man att inget liv skulle kunna överleva på ytan.

Det är fullt möjligt att vulkaner fortfarande är aktiva på Venus. "Dessa skulle upptäckas, till exempel, genom svaveldioxiden som de släpper ut, ", säger Helbert. "Efter de första mätningarna som gjordes på 1960- och 1970-talen, för ca 10 år sedan, ESA:s Venus Express-uppdrag registrerade en massiv minskning, med mer än hälften, svaveldioxidkoncentrationer. Venus bokstavligen "doftar" av aktiva vulkaner. MERTIS kan nu förse oss med ny information." Experimenten kommer att kompletteras med samtidiga observationer från den japanska Venusian orbiter Akatsuki och från ett dussin professionella teleskop samt information från amatörastronomer på jorden.

Venus hamnade först nyligen i vetenskapens och medias rampljus när en grupp astronomer använde teleskop på Hawaii och Chile för att utan tvivel bevisa närvaron av spårgasen fosfin (eller monofosfan, kemisk formel PH ₃ ) på Venus. Fosfin tillverkas industriellt på jorden för användning i skadedjursbekämpning, men produceras också genom biologiska processer i sapropel eller i matsmältningsorganen hos ryggradsdjur. Fosfin är en mycket kortlivad molekyl, så det måste finnas en strömkälla till molekylen på Venus eller i dess atmosfär.

Tidigare modellering av naturliga fosfinkällor som vulkanism, kemiska reaktioner efter meteoritnedslag eller blixtnedslag kan inte förklara de uppmätta koncentrationerna. Det är därför möjligheten att fosfinet produceras av mikroorganismer högt uppe i Venus atmosfär diskuteras av planetforskare. Detta fynd kan tyda på att det finns liv i de tempererade "flygande mattorna" av svavelsyramoln som finns på höjder av 40 till 60 kilometer. Författarna till studien själva ifrågasätter denna idé, dock, och ange behovet av ytterligare mätningar i framtiden. I framtiden, Venus kommer att bli målet för ESA:s och NASA:s uppdrag.

Venus, en exoplanet på vår tröskel

MERTIS och de andra fem aktiverade instrumenten ombord på Mercury Planetary Orbiter kommer inte att kunna upptäcka några fosfinmolekyler på avståndet från förbiflygningen. Ändå, förbiflygningen är vetenskapligt intressant, eftersom rymdfarkosten kan användas för att studera Venus som om den vore avlägsen, Jordliknande extrasolar planet med fast yta och tät atmosfär.

"När jorden flyger förbi, vi studerade månen, karaktäriserar MERTIS under flygning för första gången under verkliga experimentella förhållanden. Vi uppnådde goda resultat, säger Gisbert Peter, MERTIS projektledare vid DLR Institute of Optical Sensor Systems, som ansvarade för design och konstruktion av MERTIS. "Nu, vi pekar MERTIS mot en planet för första gången. Detta kommer att göra det möjligt för oss att göra jämförelser med mätningar som gjordes före lanseringen av BepiColombo, för att optimera drift och databehandling, och att få erfarenhet för utformningen av framtida experiment."

Alla experiment kommer att fokusera på att mäta sammansättningen, struktur och dynamik hos Venus atmosfär, planetens jonosfär och – med hjälp av instrumenten på den japanska MMO (Mercury Magnetospheric Orbiter) – Venus inducerade magnetosfär.

Spara bränsle med planetariska förbiflygningar

Efter BepiColombos första förbiflygning av jorden den 10 april 2020, dess förbiflygning av Venus är utformad för att fortsätta att bromsa rymdfarkosten utan att använda något bränsle. Detta är nödvändigt för att komprimera rymdfarkostens orbitala ellips mot en cirkulär bana som i slutändan är nästan geometriskt identisk med Merkurius bana. Rymdfarkosten "faller" mot Venus i sin spiralformade bana genom det inre solsystemet med olika hastigheter beroende på dess avstånd från solen. På Venus, BepiColombo kommer att minska sin heliocentriska hastighet med 37 kilometer per sekund (133, 500 km/h). Förbiflygningen kommer att ske på ett avstånd av 116 miljoner kilometer från jorden. Venus ligger för närvarande före jorden i sin omloppsbana och är synlig på den östra himlen strax före gryningen.

På grund av solens starka gravitationskraft, planetariska uppdrag till det inre solsystemet kan endast uppnås med mycket komplexa banor. Med manövern på torsdagen, rymdfarkostens relativa hastighet jämfört med Merkurius kommer att reduceras till 1,84 kilometer per sekund. I slutet av sin spiralflygning mellan jordens och Merkurius banor, BepiColombo kommer att kretsa runt solen med nästan samma hastighet som Merkurius. Den kommer sedan lätt att fångas av gravitationen hos den minsta planeten i solsystemet den 5 december 2025 och kommer att manövrera sig själv in i en polär bana. BepiColombo lanserades den 20 oktober 2018 ombord på en Ariane 5 bärraket från den europeiska rymdhamnen i Kourou.

Användningen av förbiflygningsmanövrar implementerades först under NASA:s Mariner 10-uppdrag, vilket gör det möjligt för rymdfarkosten att göra ytterligare två nära förbiflygningar av Merkurius efter att den redan rest förbi planeten en gång. Beräkningarna gjordes av den italienske ingenjören och matematikern Giuseppe 'Bepi' Colombo, en professor vid University of Padua. Colombo var inbjuden till en konferens som förberedelse för Mariner 10-uppdraget vid NASA:s Jet Propulsion Laboratory i Pasadena, Kalifornien, 1970. Efter att ha sett den ursprungliga missionsplanen, han insåg att en mycket exakt första förbiflygning kunde tillåta ytterligare två förbiflygningar av Merkurius. Det nuvarande europeisk-japanska Mercury-uppdraget döptes till hans ära.