ESA:s rymdfarkoster Solar Orbiter och BepiColombo gjorde en historisk Venus-förbiflygning tidigare i veckan, passerar planeten inom 33 timmar efter varandra och fångar unika bilder och data under mötet.

Rymdfarkosten ESA/NASA Solar Orbiter flög förbi Venus den 9 augusti på ett avstånd av 7995 km, medan ESA/JAXA BepiColombo-uppdraget skummade förbi på bara 552 km från planetens yta den 10 augusti. Förbiflygningarna behövdes för att ge rymdfarkosten en gravitationshjälp för att hjälpa dem att nå sina nästa destinationer. BepiColombo kommer att göra den första av sex förbiflygningar vid Merkurius under natten 1-2 oktober, innan den går in i omloppsbana 2025. Solar Orbiter kommer att flyga förbi nära jorden den 27 november, innan ytterligare Venus slangbellor kommer att luta sin lutning för att få den första utsikten någonsin av solens poler.

Venus förbiflygningar krävde extremt exakt djupnavigeringsarbete, säkerställer att rymdfarkosterna var på rätt inflygningsbanor exakt inom bara några få kilometer på ett avstånd av 187,7 miljoner km från jorden.

Känner värmen

Som väntat under BepiColombos nära förbiflygning, rymdskeppsmodulerna kände en snabb ökning av värmen när den passerade från nattsidan till planetens dagsida. JAXA Mercury Magnetospheric Orbiter (MMO), belägen inuti solskyddet, registrerade en ökning med 110 grader Celsius på en av sina åtta solpaneler, från -100ºC till +10ºC. Inom själva rymdfarkosten observerades endast en ökning med 2-3 grader, visar isoleringens effektivitet.

På den europeiska kvicksilveröverföringsmodulen, en temperaturökning på 50 grader observerades på rymdfarkostens radiator, medan Mercury Planetary Orbiter (MPO) registrerade en förändring på cirka 20 grader.

Tyngdkraftsdrag

Både Solar Orbiter och BepiColombo kände också planetens enorma gravitationskraft i vinkelmomentet hos deras reaktionshjul, som används för att upprätthålla rymdfarkosternas attityd, hålla den pekande på kurs.

Den italienska Spring Accelerometer (ISA) ombord på BepiColombo MPO registrerade accelerationerna som uppmätts av rymdfarkosten med stor känslighet. ISA-teamet översatte sedan accelerationsdata till frekvens för att göra dem hörbara för det mänskliga örat. Det resulterande ljudet är rikt med intressanta effekter på grund av planetens gravitation som verkar på rymdfarkostens struktur, rymdfarkostens svar på de snabba temperaturförändringarna, och reaktionshjulen som jobbar hårt för att kompensera för dessa effekter.

Accelerometern kände också tidvatteneffekterna som verkade på rymdfarkosten när den flög på olika avstånd förbi Venus. Den mycket lilla skillnaden i gravitationsattraktion mellan BepiColombos masscentrum och ISA i förhållande till Venus kunde detekteras, första gången en accelerometer registrerade denna effekt på en annan planet. Teamet analyserar dessa värdefulla data och kommer att använda mätningen som en referens för att finjustera instrumentet inför den vetenskapliga fasen på Merkurius.

Flerpunktsvetenskap

Många av de vetenskapliga instrumenten var på under förbiflygningarna, använda möjligheten att samla in data om Venus-magneten, plasma och partikelmiljö runt rymdfarkosten. Dessutom, den unika aspekten av den dubbla förbiflygningen är att de två datamängderna kan jämföras från platser som vanligtvis inte samplas av en planetomloppsbana.

Magnetometerteamen från båda rymdfarkosterna rapporterar att de såg effekterna av förbiflygningen i sina data, ger en sällsynt inblick i solvindens interaktion med en planetarisk atmosfär.

BepiColombo MPO-magnetometerteam skapade en enkel sonifiering av variationen i det totala magnetfältet när de flög förbi Venus. Ljudet fångar lågfrekventa vindliknande ljud orsakade av solvinden och dess interaktion med Venus. Rymdfarkostens plötsliga övergång till den mycket lugna solvinden vid bogchocken (platsen där planetens magnetosfär möter solvinden) registreras tydligt.

Solar Orbiters magnetometerteam beskriver också det magnetiska fältet som ökar i magnitud på grund av fältets komprimering när de färdades förbi planetens flanker, och sedan ett kraftigt fall när de korsade bogchocken tillbaka in i solvinden igen.

And while Solar Orbiter crossed through the tail of the magnetosphere and out of the bow shock into the solar wind, BepiColombo was 'upstream, " so the teams will know the input magnetic field conditions throughout the encounter to see how Venus has affected the solar wind downstream. It will take many weeks to make a detailed analysis of the two datasets.

Sensors on both BepiColombo MPO and MMO were also monitoring for ions circulating in the magnetosphere and in the close vicinity of Venus. Particles follow electromagnetic fields, and are also strongly related to processes in the ionosphere and atmosphere. Till exempel, the SERENA/PICAM ion particle detector on MPO clearly measured a peak in hydrogen ion density during the closest approach. SERENA is the Search for Exospheric Refilling and Emitted Natural Abundances instrument suite and PICAM is the Planetary Ion Camera.

With the close encounter, MPO's MErcury Radiometer and Thermal infrared Imaging Spectrometer (MERTIS) could capture spectra of the Venus atmosphere while the planet completely filled its field of view. Such high resolution spectra of Venus have not been obtained since the Venera 15 mission in the early 1980s. A first look at the MERTIS data shows the expected band of carbon dioxide and hints of more spectral features. The detailed analysis revealing the thermal structure in the atmosphere and potentially sulfur dioxide abundance will take many weeks. Apart from the scientific value of this data, it will also help to verify the instrument calibration in preparation for the first thermal infrared observations of Mercury by a spacecraft.

Venus photobomb

It was not possible to take high-resolution imagery of Venus with the science cameras onboard either mission, but both could use other instruments to capture black-and-white imagery.

Solar Orbiter's SoloHI imager observed the nightside of Venus in the days before closest approach. SoloHI usually takes images of the solar wind—the stream of charged particles constantly released from the sun—by capturing the light scattered by electrons in the wind. In the days leading up to the Venus flyby, the telescope caught the dramatic glare of the planet's dayside. The footage shows Venus moving across the field of view from the left, while the sun is off camera to the upper right. The planet's nightside, the part hidden from the sun, appears as a dark semicircle surrounded by a bright crescent of light.

BepiColombo's three monitoring cameras captured a series of black-and-white snapshots, starting from the approach over the nightside, through closest approach and in the days after as the planet faded from view.

Where to next?

Solar Orbiter and BepiColombo both have one more flyby this year.

During the night of 1-2 October BepiColombo will see its destination for the first time, making its first of six flybys of Mercury at a distance of just 200 km distance. The two planetary orbiters will be delivered into Mercury orbit in late 2025, tasked with studying all aspects of this mysterious inner planet from its core to surface processes, magnetiskt fält, and exosphere, to better understand the origin and evolution of a planet close to its parent star.

On 27 November, Solar Orbiter will make a final flyby of Earth at 460 km, kicking off the start of its main mission. It will continue to make regular flybys of Venus to progressively increase its orbit inclination to best observe the sun's uncharted polar regions, which is key to understanding the sun's 11 year activity cycle.