Hand in hand gaan Japan en Europa naar Mercurius

Astronomie Twee ruimtesondes, een Europese en een Japanse, gaan op weg naar Mercurius.

Tekening van de Europese Mercury Planetary Orbiter die in 2025 bij Mercurius aankomt. Illustratie ESA

In Kourou, Frans-Guyana, staat een Europese draagraket in de startblokken. Aan boord zijn twee ruimtesondes – een Europese en een Japanse – met dezelfde bestemming: de kleine planeet Mercurius. Ze worden pas kort voor aankomst, eind 2025, van elkaar gescheiden.

De lancering van de Europees/Japanse ruimtemissie ‘BepiColombo’ zal als alles goed gaat zaterdagochtend om 3.45 uur Nederlandse tijd plaatsvinden. Het is voor het eerst dat deze beide landen een ruimtesonde naar de binnenste planeet van ons zonnestelsel sturen. Eerder zijn alleen twee Amerikaanse ruimtesondes op bezoek geweest.

Mercurius is een buitenbeentje onder de planeten. Met een middellijn van 4.879 kilometer en een donker, rotsachtig oppervlak dat wemelt van de inslagkraters lijkt hij nog het meest op onze maan. Maar er zijn ook duidelijke verschillen, zoals zijn veel grotere dichtheid. Deze laatste wijst erop dat de planeet voor een aanzienlijk deel uit zware elementen zoals ijzer bestaat. Vermoedelijk heeft Mercurius een ijzerkern die meer dan de helft van zijn volume beslaat. Ter vergelijking: de ijzerkern van de aarde omvat slechts 17 procent van het planeetvolume.

Dikkere mantel

BepiColombo van onderaf gezien in de assemblagehal. Bovenop zit de Japanse Mercury Magnetospheric Orbiter, in het midden de Europese Mercury Planetary Orbiter en onderop de Europese Mercury Transfer Module. Foto ESA/JM GUILLON

Hoe de merkwaardige opbouw van Mercurius tot stand is gekomen, is nog onduidelijk. Volgens de meest gangbare theorie heeft de planeet oorspronkelijk een veel dikkere mantel van gesteenten gehad dan nu. Deze zou hij vroeg in de geschiedenis van ons zonnestelsel zijn kwijtgeraakt bij een botsing met een kleinere planeet. (Bij de aarde zou een vergelijkbaar scenario tot de vorming van de maan hebben geleid.)

Als deze hypothese klopt, zou de huidige korst van de planeet echter weinig of geen lichte elementen zoals kalium of zwavel mogen bevatten. Die zouden door de hoge temperaturen die bij de inslag optraden zijn verdreven. Uit metingen door de Amerikaanse ruimtesonde Messenger blijkt echter dat er op Mercurius wel degelijk kalium en zwavel te vinden zijn. De BepiColombo-missie – en met name de Europese Mercury Planetary Orbiter – moet deze paradox zien op te lossen.

Gassen van de zon

Tegelijkertijd zal de Japanse Mercury Magnetospheric Orbiter de naaste omgeving van Mercurius gaan verkennen. Dat moet onder meer inzicht geven in de eigenschappen van diens uiterst ijle en veranderlijke atmosfeer, die voor het grootste deel bestaat uit gassen van de zon. Ook het zwakke magnetische veld van Mercurius – de enige andere rotsachtige planeet naast de aarde die zo’n veld heeft – vraagt nog om een verklaring.

De naam van de nieuwe ruimtemissie is een eerbetoon aan de Italiaanse wetenschapper Giuseppe ‘Bepi’ Colombo. Diens berekeningen waren cruciaal voor de missie van de Mariner 10 – de eerste ruimtesonde die het zwaartekrachtveld van een planeet (Venus) benutte om van koers en snelheid te veranderen. Zo’n ‘zwaartekrachtslinger’ is de enige manier om bij Mercurius te komen zonder idioot veel brandstof mee te slepen.

Een lastige bestemming

Mercurius is een moeilijk reisdoel vanwege de enorme aantrekkingskracht van de zon. Een ruimtesonde die rechtstreeks richting Mercurius zou gaan krijgt zo veel snelheid, dat hij zijn bestemming voorbijschiet.

Om toch in een omloopbaan om de planeet te komen, moet de ‘valbeweging’ van de ruimtesonde worden afgeremd. BepiColombo is uitgerust met een zogeheten ionenmotor. De brandstof bestaat uit gas dat met behulp van elektriciteit wordt omgezet in ionen – geladen deeltjes – die met hoge snelheid worden uitgestoten. Zo’n motor heeft een groot duurvermogen, maar kan de sonde in zijn eentje echter niet voldoende afremmen.

Dat lukt wel dankzij negen nauwkeurig uitgevoerde zwaartekrachtslingers. Na zijn lancering komt BepiColombo in een ellipsvormige omloopbaan waarvan het verste punt buiten de baan van de aarde om de zon ligt. In april 2020 brengt dat hem opnieuw in de buurt van onze planeet. Die scheervlucht geeft hem de juiste koers en snelheid voor twee flyby’s langs Venus, die in oktober 2020 en augustus 2021 zullen plaatsvinden. Nog geen twee maanden later komt hij voor het eerst in de buurt van Mercurius. Dan heeft hij nog vijf scheervluchten nodig om zodanig af te remmen dat hij door de planeet kan worden ingevangen.

    • Eddy Echternach