 |
De Ruimtemissie MESSENGER
Menu zonder JAVA
Home > Astronomie >Messenger.html
De missie MESSENGER: een reis naar de planeet Mercurius
Op 3 augustus 2004 werd vanaf de Aarde een ruimtevaartuig gelanceerd met daarin een kostbaar experiment. Het betreft de apparatuur voor de verkenning van de planeet Mercurius. Deze missie, Messenger genoemd moet in de komende jaren vrijwel alles gaan blootleggen over de baan van deze planeet, maar vooral zullen de waarnemingen veel gaan vastleggen over de interne structuur van deze rotsachtige planeet.
Mercurius, Venus, de Aarde en ook Mars maken deel uit van de zogenaamde "rotsachtige" planeten, ook wel "tellurische" planeten genoemd. Mercurius is van dit viertal wel de meest extreme, want hij staat het dichtst bij de Zon en wordt continu "geschroeid" door de warmte van de Zon, maar hij is ook de kleinste planeet en dit maakt Mercurius tot de planeet met de grootste dichtheid (gewicht aan materie per inhoudsmaat). De dagelijkse variaties in temperatuur zijn gigantisch: van 420° overdag tot -170° in de nacht. Omdat Mercurius zo dicht bij de Zon staat (gemiddeld staat hij op 1/3 van de afstand die de Aarde heeft tot de Zon), beweegt hij ook sneller om de Zon heen, namelijk in 88 dagen, ten opzichte van onze 365 dagen. Zijn eigen rotatie om zijn as duurt echter geen 24 uur zoals bij de Aarde, maar duurt bijna 59 dagen! Omdat Mercurius zo langzaam om zijn as draait, duurt een "dag" wel heel erg lang. De combinatie van asdraaiing en omloop om de Zon zorgt ervoor dat een "dag" 176 Aardse dagen lang duurt, met andere woorden: de brandende hitte van de Zon "overdag" duurt 88 dagen lang.
De laatste keer dat een ruimtevaartuig dicht bij Mercurius in de buurt kwam, is al weer lang geleden. De ruimtemissie Mariner-10 maakt furore in de jaren '70 van de vorige eeuw. Nog nooit eerder werden zulke gedetailleerde foto's gemaakt van het oppervlak van Mercurius. Er werden ruim 2800 foto's gemaakt in de periode dat Mariner-10 drie keer rond Mercurius vloog. Helaas stond de Mariner-10 steeds aan dezelfde kant van de planeet, zodat slechts 40-45% van het oppervlak kon worden gefotografeerd. Ook werden er toen metingen gedaan aan het magnetisch veld, niet alleen van Mercurius, maar ook van Venus, de planeet waarvan de zwaartekracht nodig was om verder te komen, dit wordt wel de "gravity assist" genoemd. Een ruimtevaartuig "snoept" wat momentum af van de planeet, krijgt daardoor een soort catapultwerking en kan zo sneller voortbewegen en/of brandstof besparen. Hieronder een afbeelding van de Mariner-10 op een postzegel uit die tijd.
Deze oude planeet Mercurius kan ons nog heel wat vertellen over zijn ontstaansgeschiedenis. Daarom zijn metingen een noodzaak. Magnetisch veld, massa, dichtheid, samenstelling, atmosfeer, etc. Alles is van belang. Het is opvallend dat o.a. de metingen van de Mariner-10 hebben geleid tot een nauwkeurig massa van de planeet, waardoor de baantheorie ook enorm is toegenomen. Omdat van de andere planeten ook gebeurde, werd één groot samenhangend geheel gevormd van verbeterde theorie en dit heeft geleid tot de nauwkeurigheden in de posities die tot op 0,001 boogseconde bekend zijn. Ook het astrologisch programma Newcomb Versie-3 en versie-4 heeft deze gigantische nauwkeurigheid "aan boord", mede door mijn persoonlijke interesse in de planeettheorie en jarenlang werk aan dit programma.
Merkwaardige
baan van Mercurius
Nemen wij een kijkje naar de merkwaardige baan van Mercurius, dan zien wij het volgende:
De baan is zéér excentrisch met een factor 0,21, dit geeft de baan dan ook werkelijk een ellipsachtige vorm. Echter de ellips blijft niet zo statisch als in de afbeelding getoond is. De ellips zélf draait ook en dit maakt de baan tot een zeer gecompliceerde. Om nu daar een ruimtevaartuig omheen te laten “cirkelen” is een zéér gecompliceerde operatie. Ten eerste moet het ruimtevaartuig er naar toe. Dit gebeurt dan weer via de planeet Venus, die een “gravitiy assist” geeft en vervolgens, aangekomen bij Mercurius moet het vaartuig worden afgeremd, zodat hij fatsoenlijk in een baan om de planeet kan worden gebracht. Deze hele manoeuvre duurt jaren en de afbeelding hieronder laat zien in welke stappen dit gebeurt.
In het midden staat de Zon en de buitenste gestreepte blauwe cirkel geeft de baan van de Aarde aan. Na lancering gaat het ruimtevaartuig in een baan, zoals aangegeven met de blauwe cirkel en de beweging is in de richting van de pijl, zie de detaillering hieronder.
Bij de passage van de Aarde na 1 omloop (op 2
aug. 2005) begint de
maneuvre om naar de baan van Mercurius te komen. Nu
neemt het vaartuig
de groenblauw gekleurde baan aan in de tekening. Bij de
eerste passage van
Venus op 24 okt. 2006 krijgt het vaartuig een
“gravitiy assist”, maar wordt ook
de baan een beetje bijgevormd, zoals hieronder is te
zien. De baan gaat over
naar een groene kleur.
Op 5 juni 2007 passeert de Messenger voor de tweede maal de planeet Venus
en wordt de baan, zoals hieronder is aangegeven met een oranje kleur.
De baan gaat nu al aardig
in de richting van Mercurius en hij moet zoveel mogelijk gaan passen bij
de vorm van de baan van Mercurius, maar tevens moet het ruimtevaartuig in
de buurt van de planeet zelf zien te komen en tegelijkertijd moet het
vaartuig de juiste snelheid krijgen en er niet “voorbij” te schieten.
Bij de eerste passage van Mercurius, vliegt het vaartuig op slechts 201 km
hoogte voorbij. Dit gebeurt op 14 jan. 2008. De snelheid wordt minder en
de baan krijgt ook een andere vorm, zie de tekening hieronder. Bij de
tweede passage (6 okt. 2008’ gebeurt iets soortgelijks en wordt de baan
nóg kleiner en bij de derde passage gebeurt dit nog een keer op 30 sept.
2009. De baan van het vaartuig is nu de rode “cirkel” in de tekening
hieronder.
Uiteindelijk gaat het
vaartuig definitief een kleine baan om de planeet heen aannemen, dit is de
MOI, ofwel Mercury Orbit Insertion, de snelheid van het
vaartuig wordt geweldig afgeremd tot ongeveer 860 meter per seconde. Ca.
31% van de hoeveelheid brandstof aan boord wordt gebruikt voor deze
operatie die ongeveer 15 minuten duurt en dit moment is hieronder
aangegeven met een lichtblauwe kromme lijn.
Het vaartuig komt aanzetten vanuit de groene baan, krijgt dan een
geweldige afremming en bijsturing van de baan te verwerken en zal zich dan
moeten manoeuvreren in de diepblauwe ellipsbaan om Mercurius heen met een
periode van 12 uur! Elke 12 uur passeert het ruimtevaartuig daarna de
planeet Mercurius op zijn kleinste afstand van 200 kilometer.
De Messenger passeert
Mercurius bovendien over een gebied dat nog nooit eerder is verkend met
een ruimtevaartuig, ook de Mariner-10 kwam daar nooit eerder.
Nadat de Messenger dan in zijn operationele baan is gekomen, zullen
diverse krachten aan dit voertuig blijven “trekken”, zoals de
zwaartekracht van de Zon en andere kleinere krachten, dus als er niets zou
gebeuren, dan zou het vaartuig langzaam uit positie geraken en dit moet
voorkomen worden. Er moeten dus over langere tijd kleine correctiestootjes
worden gegeven om het vaartuig op de juiste hoogte te houden en ook de
hoek die het vaartuig maakt met de planeet moet onder controle blijven.
Ook de tijdstippen waarop die baancorrectie plaatsvinden, moet goed
gecontroleerd worden, want de enorme hitte van de Zon moet uit de buurt
blijven van de brandstof die gebruikt wordt tijdens die baancorrecties. De
baancorrecties worden daarom in de schaduw uitgevoerd, dus het vaartuig
moet precies in de schaduw terecht komen.
U begrijpt na dit hele
verhaal dat deze Messenger operatie een van de meest fijngevoelige is uit
de gehele ruimtevaart. Het positioneren in de baan van Mercurius, het
uitvoeren van de kleine baancorrecties, etc. Dit alles vergt een
gigantische “behendigheid” van de ruimtevaartdeskundigen die alles
jaren van tevoren hebben bedacht en uitgerekend.
De naam is natuurlijk ook
niet zo maar gekozen, want behendigheid is DE grote eigenschap van dit
kleine planeetje dat al sinds de oudheid de “boodschapper der goden”
werd genoemd en daarmee doet het gehele NASA-project “Messenger” eer
aan de planeet Mercurius.
Wat probeert Messenger zoal te weten te komen over Mercurius?
Omdat de wetenschappelijke wereld van mening is dat de planeet Mercurius een van de oudste objecten is van ons zonnestelsel en zijn ligging vlakbij de Zon zo speciaal is én het zo lang geleden is dat de Mariner-10 er in de buurt was, is het een grote uitdaging om nu zoveel mogelijk te weten te komen over dit kleine planeetje. Mercurius kan de wereld erg veel onthullen over de vorming van de planeten in ons zonnestelsel en dit laatste is wellicht nog wel de grootste zoektocht: het ontstaan van de planeet Mercurius en wellicht ook meer over het ontstaan van de andere planeten in ons zonnestelsel. Er zullen daarvoor ongelooflijk veel metingen moeten worden verricht, metingen aan het oppervlak van de planeet, metingen aan de atmosfeer, aan het magnetisch veld, massa en zeer veel andere zaken die van groot belang zijn.
Hiertoe is de Messenger uitgerust met een arsenaal aan instrumenten, waarvan er hier enkele worden verklaard aan de hand van enkele afbeeldingen van de Messenger. Allereerst het totale overzicht van het ruimtevaartuig met opengeklapte zonnepanelen.
De
tweede afbeelding geeft een totaaloverzicht van alle instrumenten die zich
aan boord bevinden van de Messenger. Aan de achterzijde is een hitteschild
aangebracht dat dienst doet als schaduw tegen het enorme licht van de
dichtbij staande Zon. De afmetingen ervan zijn ca. 2,5 bij 2 meter. Alle
instrumenten zijn achter dit schild gerangschikt op een zeer inventieve
manier. De gehele Messenger is redelijk lichtgewicht, voornamelijk van
grafiet-composiet materiaal dat tevens zeer sterk is en ook flink tegen de
hitte bestand is. De brandstoftank bevat ca. 600 kilo aan brandstof en
neemt daarmee ongeveer de helft van het totaalgewicht voor zijn rekening.
Wij zullen eens een kijkje nemen bij deze instrumenten en tevens het doel van de metingen erbij nemen. Merk op dat het totale gewicht van al deze instrumenten aan zeer strenge restricties is gebonden. In totaal wegen al deze instrumenten ca. 50 kg. Tel daarbij op het gewicht van de brandstof, ook zo'n 50 kg. dan zit men op de limiet van wat haalbaar is voor een satelliet die ook steeds wendbaar moet zijn en gecorrigeerd moet worden in de baan rond Mercurius, zodat hij op de juiste hoogte blijft cirkelen.
Wij beginnen bij de MASCS, ofwel een spectrometer die analyses maakt van de gassen in de atmosfeer van Mercurius en analyses maakt van de stoffen op het oppervlak van de planeet.
Voor het ultraviolet spectrum zal de apparatuur metingen doen aan de
samenstelling van een
speciaal deel van de atmosfeer van Mercurius, de exosfeer. In
dit deel van de atmosfeer zijn er
zeer weinig deeltjes aanwezig en kan gas-emissie worden
gedetecteerd. Ook geioniseerde
deeltjes kunnen worden gemeten.
Hiermee hopen de wetenschappers een model op te stellen over hoe de
atmosfeer van Mercu-
rius in stand blijft en welke relatie / uitwisseling er is
tussen de stoffen op het oppervlak van de
planeet en de atmosfeer.
Helemaal bovenop het instrument zit een spectrograaf voor het zichtbare- en infrarode deel
van de atmosfeer en die gaat waarnemingen doen aan de reflectie van licht
door de ijzer- en
titaniumhoudende materialen op het oppervlak van Mercurius.
Met een resolutie van 3 km op
het oppervlak van de planeet kan dit instrument zijn metingen
en analyses uitvoeren.
(C) J. Ligteneigen, juni 2010
T
_______________________________________________
Pagina voor het laatst bewerkt op / Page maintained on: 07/12/2019