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Die Geheimnisse des Merkur entschlüsseln Planetologen der Universität Münster entwickeln Infrarot-Spektrometer für die Weltraummission „BepiColombo“

Um die Rätsel des Merkur zu lösen, erforschen die Europäische Weltraumorganisation ESA und die Japanische Raumfahrtagentur JAXA mit der Weltraummission „BepiColombo“ den Planeten. Nach der Ankunft Ende 2025 sollen zwei Raumsonden den Merkur umkreisen und erkunden. An Bord der europäischen Sonde befindet sich das thermale Infrarot-Spektrometer „MERTIS“. Die wissenschaftliche Leitung der Entwicklung des Instruments liegt am Institut für Planetologie der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster (WWU) unter der Federführung von Prof. Dr. Harald Hiesinger, Dr. Iris Weber und ihrem Team.

„Wir können keine Standardprodukte aus dem Baumarkt verwenden. Es gibt nichts ‚von der Stange‘.“

Der Merkur ist der innerste und kleinste Planet unseres Sonnensystems, weshalb er extremen Bedingungen ausgesetzt ist. Während auf seiner Oberfläche tagsüber Temperaturen von 430 Grad Celsius erreicht werden können, fallen sie nachts auf bis zu minus 170 Grad Celsius. Unter anderem aufgrund der hohen Anforderungen hatte der Planet auch erst zweimal Besuch von irdischen Raumsonden. Er ist kaum erforscht und gibt den Wissenschaftlern zahlreiche Rätsel auf. Der europäische und der japanische Satellit der „BepiColombo“-Mission sollen neue Informationen erbringen – auch über die Entstehung des Sonnensystems. „Unser Spektrometer ‚MERTIS‘ wird dabei detaillierte Kenntnisse zur Mineralogie und Zusammensetzung der Oberfläche des Merkur liefern“, erklärt Projektleiter Harald Hiesinger.

Bis zum Beginn der Weltraummission mussten die WWU-Planetologen jedoch einen langen Atem haben: Denn zwischen der ersten Idee und dem Start der Ariane-5-Rakete vom Weltraumbahnhof Kourou in Französisch-Guayana am 19. Oktober 2018 um 22.45 Uhr Ortszeit (20. Oktober 2018, 3.45 Uhr unserer Zeit) liegen 14 Jahre Forschungsarbeit. „Durch die extremen Temperatur- und Vakuumbedingungen im Weltall können wir keine Standardprodukte aus dem Baumarkt verwenden. Fast alle Teile sind Spezialanfertigungen. Es gibt nichts ‚von der Stange‘“, beschreibt Projektmanagerin Iris Weber. Bevor das Team im Jahr 2004 mit seiner Arbeit starten konnte, galt es, die ESA im Vorstellungsgespräch vom Konzept des Instruments zu überzeugen.

Die „BepiColombo“-Mission

Aufgrund seiner Sonnennähe lässt sich der Merkur von der Erde aus nur schwer beobachten und ist lediglich auf komplizierten Flugbahnen zu erreichen. Die Entfernung zwischen dem Planeten und der Sonne beträgt nur 58 Millionen Kilometer, weshalb er deren Unbilden stark ausgesetzt ist. Zum Vergleich: Bei der Erde beläuft sich die Distanz auf rund 150 Millionen Kilometer. In der Merkur-Umlaufbahn ist die Sonneneinstrahlung auf die Raumsonden und Instrumente etwa zehnmal höher als auf der Erde. Deshalb gilt die Weltraummission „BepiColombo“ als eine der aufwendigsten in der Erforschung unseres Planetensystems.

„Was können wir vom Merkur über die Entwicklung des gesamten Sonnensystems schlussfolgern?“

Ihr Name geht auf den 1984 verstorbenen italienischen Mathematiker und Raumfahrtingenieur Giuseppe „Bepi“ Colombo zurück. Der größte Teil des bisherigen Wissens über den Planeten stammt von drei Vorbeiflügen der NASA-Sonde „Mariner 10“ in den Jahren 1974 und 1975, deren Flugbahn auf Giuseppe Colombos Berechnungen basierte, und der amerikanischen „Messenger“-Mission, die von 2011 bis 2015 um den Merkur kreiste. Mit der jüngsten Mission werden erstmals zwei Satelliten gleichzeitig ab Ende 2025 den Planeten und seine Umgebung für mindestens ein Jahr unter die Lupe nehmen. Die europäische Sonde „Mercury Planetary Orbiter“ kartografiert auf einer niedrigen polaren Umlaufbahn die Oberfläche und erkundet die innere Zusammensetzung des Planeten. Die japanische Sonde „Mercury Magnetospheric Orbiter“ soll das Magnetfeld und dessen Wechselwirkung mit dem Sonnenwind untersuchen. Die Wissenschaftler erhoffen sich Erkenntnisse über die geologische und chemische Zusammensetzung, den Aufbau des Planeten und die Eigenschaften des Magnetfelds. „Was sagen uns die zahlreichen Krater auf dem Merkur? Was können wir vom Merkur über die Entwicklung des gesamten Sonnensystems schlussfolgern? Warum ist der Kern des Merkurs so groß im Verhältnis zum Durchmesser des Planeten? Ist der Merkur-Kern tatsächlich flüssig? Wie kommt das Magnetfeld des Merkurs zustande? Diese Fragen gilt es zu beantworten“, erläutert Iris Weber.

Das thermale Infrarot-Spektrometer „MERTIS“ der WWU-Planetologen ist eines von 16 Instrumenten und Kameras an Bord. Während der siebenjährigen Reise zum Merkur werden die beiden Raumsonden verschiedene Missionsphasen durchlaufen.

Vom Start der Ariane-5-Rakete in Kourou bis zum Merkur: Die Zeitleiste zeigt die einzelnen Etappen der „BepiColombo“-Mission. Foto: ESA

Das thermale Infrarot-Spektrometer „MERTIS“

„Die Beteiligung unseres Instituts an einer so großen internationalen Raumfahrtmission birgt eine große Verantwortung. Sie ist aber auch eine ungeheure Chance für uns“, ordnet Harald Hiesinger die Bedeutung des „MERTIS“-Baus ein. Die Abkürzung „MERTIS“ steht für „Mercury Radiometer and Thermal Infrared Spectrometer“. Auf Deutsch sinngemäß: ein abbildendes Infrarot-Spektrometer zur Bestimmung der mineralogischen Zusammensetzung der Oberfläche des Merkur. Das Gerät nutzt die Wärmestrahlung, das sogenannte thermische Infrarot, um Informationen über die Oberfläche des Planeten zu erhalten. „Das Instrument ist eine Meisterleistung deutscher Ingenieurskunst“, schwärmt Harald Hiesinger. „Uns ist es gelungen, ein schreibtischgroßes Laborspektrometer zu miniaturisieren und für Weltraumbedingungen tauglich zu machen.“

Das Spektrometer „MERTIS“ der WWU-Planetologen – Prof. Dr. Harald Hiesinger (v. l.), Dr. Iris Weber und Dr. Andreas Morlok im Bild zu sehen – soll Erkenntnisse zur Mineralogie und Zusammensetzung der Oberfläche des Merkur liefern. Es ist in der europäischen Raumsonde „Mercury Planetary Orbiter“ verbaut. Die beiden Sonden der „BepiColombo“-Weltraummission erreichen, wenn alles planmäßig verläuft, 2025 den innersten Planeten unseres Sonnensystems. Fotos: ESA - ATG medialab, ESA - BepiColombo/MTM – CC BY-SA 3.0 IGO, ESA - CNES-Arianespace, ESA - Manuel Pedoussaut, WWU - Institut für Planetologie, WWU - MünsterView

Während die Laborspektrometer circa 85 Zentimeter lang und 65 Zentimeter breit sind, ist die Miniaturausgabe lediglich 37 Zentimeter lang und 20 Zentimeter breit – inklusive der langen „Sonnenblenden“. Neben Iris Weber und Harald Hiesinger arbeiten Dr. Andreas Morlok, Dr. Aleksandra Stojic, Karin Bauch und Maximilian Reitze vom Institut für Planetologie an diesem Projekt. Die Raumfahrtagentur des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) hat das Gerät mit knapp 20 Millionen Euro gefördert. „MERTIS“ wurde in den vergangenen 14 Jahren in Zusammenarbeit mit mehreren Forschungsinstituten und der Industrie entwickelt und gebaut. Projektpartner sind das DLR-Institut für Planetenforschung sowie das DLR-Institut für Optische Sensorsysteme (Berlin), die „OHB System AG“ (Bremen), die Astro- und Feinwerktechnik Adlershof GmbH (Berlin), das polnische Institut für Kosmosforschung in Warschau und das Ingenieurbüro Ulmer in Frankfurt an der Oder.

Bis zum Einbau von „MERTIS“ in die europäische Sonde im April 2018 gab es zahlreiche Probleme zu bewältigen. Auch auf dem Weg zum Merkur kann noch vieles schiefgehen.

Die 14-jährige Forschungsarbeit des Teams um Harald Hiesinger und Iris Weber ist mit viel Einsatz und Leidenschaft verbunden. Wie sehr sie an „MERTIS“ hängen, zeigt nicht zuletzt der mit den Projektpartnern gemeinsam verfasste und selbst komponierte „Bepi“-Song, der ausgedruckt an einer Bürotür im Institut hängt. Jede der sieben Strophen ist in einer anderen Sprache geschrieben. Der deutsche Teil lautet: „Durch unendliche Weiten tief, dunkel und froh treibe ich, ESA-BepiColombo. Das Ziel klar im Blick, Mühen und Plagen vergessen, Merkur im Herzen – wie bin ich besessen.“

Impressum

Autorin und Redaktion: Pressestelle der WWU Münster, Kathrin Nolte

Videos: ZIV Servicepunkt Film (Kamera: Olaf Glaser, Johannes Hölker; Schnitt/Postproduktion: Johannes Hölker; Unterstützung: Peter Kemper, Miriam Klauke, Anna-Lisa Mecklenburg, Michael Kentrup)

Fotos: ESA - ATG medialab, ESA - Manuel Pedoussaut, WWU - Institut für Planetologie, WWU - MünsterView

Impressum der WWU Münster

Created By
Kathrin Nolte
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