În spațiu: Mercur

După ce am aruncat într-un articol anterior o privire la Venus, călătoria prin Sistemul Solar continuă astăzi cu Mercur.

Locul în Sistemul Solar; mișcarea planetei

Mercur este prima planetă din sistemul nostru solar, adică cea mai apropiată față de Soare, la doar 0.4 UA (1 Unitate Astronomica este distanța Terra-Soare). Această apropiere înseamnă că este și cea mai rapidă planetă, Mercur călătorind prin spațiu cu o viteză orbitală medie de 170 000 km/h, adică de 2 ori mai repede ca Marte. Orbita este o elipsă cu excentricitate mare și asta face ca viteza să varieze mult, planeta accelerând când se apropie de Soare și decelerând când se îndepărtează de acesta. Viteza maximă, atinsă la periheliu, este de 208 000 km/h. Perioada orbitală (timpul în care înconjoară Soarele și prin urmare durata unui an mercurian) este de 88 zile terrane.

Mercur – orbită (Wikipedia)

O particularitate a sa este rezonanța gravitațională (sau rotația sincronă încă imperfectă), cu un raport 2/3 rotație/perioadă orbitală, fapt normal pentru corpurile care orbitează aproape în jurul altora (cum este spre exemplu Luna față de Pământ, cu sincronizare perfectă – deci raport 1/1 – motiv pentru care vedem mereu aceeași față). Perioada unei rotații complete în jurul propriei axe este de 58 zile terestre dar durată unui ciclu zi-noapte este 176 zile. Așadar între două dimineți trece mai mult de un an. Ca o curiozitate și mai mare, datorită particularităților traiectoriei, dacă am sta pe Mercur am avea mai multe răsărituri și apusuri de soare într-o singură zi.

Mercur – rezonanța orbitală (Wikipedia)

Înclinația axială este infimă (sub un grad), deci Soarele scaldă suprafața sub același unghi mereu. Asta înseamnă că nu avem anotimpuri, sau cel puțin nu în sensul obișnuit (deși apropierea și depărtarea față de soare pe parcursul anului pot simula într-o oarecare măsură efectele anotimpurilor).
 

Să ne apropiem!

Mercur este cea mai mică dintre planetele sistemului solar, cu dimensiuni asemănătoare Lunii, adică o treime din Pământ. La rândul său, Mercur nu are sateliți proprii. De pe suprafața sa Soarele se vede de 3 ori mai mare decât îl vedem noi zilnic, dar este și de 7 ori mai luminos. Această apropiere de Soare ne dă șansa de a-l vedea în timpul trecerii sale prin fața astrului, dar apropierea și mărimea ne fac să nu vorbim despre o eclipsă. 🙂 În schimb, această tranziție ne arată cât de mare este cu adevărat Soarele nostru față de Mercur.

Tranzit Mercur, animație (NASA)

Tranzit Mercur (NASA)

Cum arată de fapt Mercur? Păi este una din cele 4 planete telurice, deci avem o structură solidă asemănătoare planetei noastre (si totodată a doua ca densitate după Pământ), cu nucleu metalic, manta și scoarță. Sub scoarță avem o structură parțial lichidă, în curs de solidificare. Rotația lentă face ca Mercur să fie puțin turtit la poli, deci avem o sferă aproape perfectă.

Este greu de spus (a se citi ‘imposibil’) cum l-am vedea și descrie fiecare dintre noi pe Mercur. Practic pe RomaniaMilitary ar ieși o mare dispută cu privire la ce culoare are aceasta planetă. Culorile foarte subtile și lipsa reperelor ar face ca felul în care este perceput să depindă de sensibilitatea retinei fiecăruia dintre noi. Cert este că îl vom vedea în una din cele 4 variante posibile… în funcție de noi înșine. The look of Mercury is in the eye of the beholder.

Mercur – culori (NASA)

Apropierea de soare l-a lipsit pe Mercur de atmosferă (deși există o exosferă cu elemente dislocate de pe suprafață de vânturile solare și meteoriți). Asta înseamnă că planeta este neprotejată în fața impactului cu meteoriții și cometele și avem o suprafață asemănătoare cu cea a Lunii, brăzdată de nenumărate cratere, cel mai mare având 1550 km în diametru (Caloris). În afara acestor cratere, avem și suprafețe line dar și lanțuri stâncoase și aflorimente răsărite în urma răcirii și contracției planetei, pe parcursul celor 4.5 miliarde de ani de la formare. Ca fapt divers, Mercur este la jumătatea vieții, al cărei sfârșit îl știm pentru că… e scris în stele (va fi înghițit de Soarele muribund, aflat în expansiune).

Mercur – suprafața (NASA)

Lipsa atmosferei înseamnă, de asemenea, că de pe suprafața sa am vedea un cer negru în timpul zilei in locul scumpului azur terestru. Și mai înseamnă că nu avem curenți de gaze – mai neaoș vânturi – și nici eroziunea aferentă. Deci peisajul nu prea se schimbă, ceea ce-l face valoros dacă vrem sa cercetăm evenimente de demult, apropiate de nașterea sistemului nostru solar. Dar lipsa atmosferei înseamnă și variații foarte mari de temperatură: avem 430 °C ziua și –180 °C noaptea, deși să nu uităm că ne aflăm pe planeta cea mai apropiată de Soare! Dar spre deosebire de Venus, unde ne amintim că atmosfera densă făcea să nu prea conteze dacă e zi sau noapte, aici nu există nimic care să capteze căldura acumulată ziua sau să o transmită de pe partea scăldată de soare spre partea întunecată.

Avem câmp magnetic, slab (1% din cel terestru) dar suficient pentru a devia vânturile solare și a crea o magnetosferă. Gravitația este 40% din cea a Pământului (g = 3.7 m/s^2), deci am putea să țopăim în voie iar pentru slam dunk am sări până la un coș aflat la 8 metri înălțime. Nimic mai ușor. 😉

Apa se regăsește doar la poli, în cratere, unde umbra eternă o ferește de pârjolul razelor solare.
 

Cum ne-am cunoscut?

Mercur este vizibil cu ochiul liber, dar numai pentru perioade scurte de timp, imediat înainte de răsărit sau imediat după apus. Drept urmare planeta ne este cunoscută de mult timp (1000 î.Hr.), sub diverse nume dar mereu reprezentând mesagerul zeilor, indiferent de civilizație: Nabu la babilonieni, Hermes la greci, Mercurius la romani. Pentru moment omenirea a rămas la varianta latina. Simbolul planetei este un zeu Mercur stilizat, purtând coiful înaripat și bagheta magică (lat caduceus).

Același zeu a dat si numele zilei de miercuri (lat Mercurii dies).

Simbol Mercur

În ceea ce privește vizitarea și explorarea, Mercur este o destinație tare dificilă. În primul rând avem temperaturile cu variații uriașe. Inginerii se descurcă cu frigul sau căldura, dar ceva mai greu cu amândouă in același timp. Apoi apropierea de soare cere o cantitate uriașă de energie pentru frânarea navelor spațiale. Mai exact e nevoie de un delta V de 18.5 km/s, ceea ce înseamnă că putem ajunge mai ușor pe Pluto, cea mai îndepărtată (fostă) planetă din sistemul nostru solar (17 km/s). Este nevoie de 7-8 ani pentru ca o navă să-și sincronizeze viteza și direcția (orbita mai corect) cu Mercur pentru a intra pe orbita sa. Așadar e greu.

La început, în decadele ’60-’70 ale secolului XX, am avut uriașa serie (10 nave) de misiuni de explorare NASA – Mariner – care au explorat Venus (Mariner 1, 2, 5, 10), Marte (Mariner 3, 4, 6, 7, 8, 9) și abia la sfârșit Mercur (Mariner 10). Mariner 10 nu a fost doar prima navă spațială umană care a vizitat Mercur ci și prima care a reușit o manevră cu asistare gravitațională (engl gravity assist) oferită de o planetă cu metoda propusă de omul de știință italian Bepi Colombo, pasionat cercetător al lui Mercur (tot el a explicat și rezonanța gravitațională a planetei). Mariner 10 și-a modificat traiectoria și viteza cu ajutorul Luceafărului, iar asta i-a permis să survoleze Mercur de 3 ori față de o singură dată dacă ar fi ales o traiectorie directă. Dar cu Bepi ne vom reîntâlni mai târziu. Până atunci să precizăm că manevra folosind gravitația a fost explicată pentru prima oară de Yuri Kondratyuk (savant rus și oaspete de seamă al Gulagului in buna tradiție a recompensei rusești) și aplicată în premieră tot de ruși cu Luna 3.

Mariner 10 – traiectorie (NASA)

Mariner ne-a dat primele poze ale suprafeței lui Mercur, a cartografiat 45% din suprafața acestuia, a detectat câmpul magnetic (a fost o surpriză – până atunci se credea că mărimea planetei a făcut ca interiorul să se solidifice complet, anulând efectul de dinam), și a adunat date despre atmosferă și exosferă înainte de a termina combustibilul și de a înceta pentru totdeauna comunicarea cu Pământul. În acest moment probabil că orbitează tăcut în jurul Soarelui. Vor mai trece 30 de ani până când o altă navă umană va vizita Mercur!

Mercur văzut de Mariner 10 (NASA)

Scurt intermezzo pentru Nicolae: numele Mariner a fost dat misiunilor de explorare tocmai datorită asemănării cu lungile călătorii navale spre destinații îndepărtate. Din Mariner a fost dezvoltat Viking. Vremuri demult trecute, în care abrevierile nu erau invitate la botezuri. Așadar, zburătoarele tot un soi de bărci sunt.

Sonda Mariner 10 (NASA)

A urmat Messenger (engl Mercury Surface, Space Environment, Geochemistry, and Ranging). Suntem deja în 2004 și numele navei ne spune povestea sa.

Sonda Messenger (NASA)

Messenger a dus manevrele folosind gravitația la un alt nivel, folosindu-se de Terra, Venus, Soare și chiar Mercur, de 3 ori, înainte de a intra definitiv pe orbita acestuia (fiind și prima navă care a reușit asta). A avut parte de 2 extinderi ale misiunii, înainte de a-și termina combustibilul și a se prăbuși împrăștiindu-se pe suprafața planetei acum 4 ani.

Messenger – traiectoria până la Mercur

Messenger a cartografiat întreaga planetă, a văzut în detaliu suprafața (inclusiv găurile lăsate de sublimare – transformarea solidelor prin încălzire direct în gaze), a studiat compoziția scoarței (unde a găsit puțin fier dar multe elemente volatile: sulf, sodiu, clor), a identificat prezența gheții în cratere, a măsurat grosimea crustei și intensitatea câmpului magnetic, a descoperit sezonalitatea exosferei și contracția continuă a planetei. Misiunea a durat 19 ani, a implicat un număr de oameni suficient pentru a popula un sat, și a adus pe scenă vârfuri tehnologice: precizia asigurării unei mase reduse – toleranța totală a navei a fost de 28 g, utilizarea gazelor secundare – heliul pentru presurizarea rezervoarelor pentru propulsie, protecția termică complexă care asigură 20 °C în zona instrumentelor în timp ce în mediul exterior aveam peste 300 °C – prin orientarea navei pentru a distribui expunerea termică pe suprafața sa, cu ajutorul rețelei de radiatoare și conducte și nu în ultimul rând cu scutul termic ceramic, antene orientabile electronic.

BepiColombo (ESA)

În acest moment avem o misiune in curs: BepiColombo (numita așa în onoarea omului de știință italian menționat mai devreme). Este o colaborare europeano-nipona (ESA-JAXA), care-și propune să exploreze Mercur pentru a afla mai multe despre structura sa, exosferă, originea magnetosferei și depunerile din zonele polare. Pregătirea misiunii a durat 10 ani.

BepiColombo (ESA)

Misiunea este bazata nava spațială MCS (Mercury Composite Spacecraft) care este de fapt un ansamblu de 4 elemente care vor călători împreuna:

• MPO (engl Mercury Planetary Orbiter) este nava creată de ESA care va orbita aproape de Mercur (480-1500 km) la fiecare 2.3 ore. MPO are 1150 kg și va avea o orientare nadir (opus zenitului, adică ‘sub picioarele’ unui observator virtual). MPO este dotat cu o varietate uriașă de instrumente (camere, spectrometre, radiometre, altimetre, magnetometre, analizoare de particule, transponder, accelerometru), având originea în centre de cercetare de vârf:
  • BELA: BepiColombo Laser Altimeter – Univ. Berna & Institutul DLR Berlin;
  • ISA: Italian Spring Accelerometer – Institutul INAF Roma;
  • MPO-MAG: Magnetic Field Investigation – Univ. Tehnica Braunschweig, Institutul GeP Braunschweig si Imperial College Londra;
  • MERTIS: Mercury Radiometer and Thermal Imaging Spectrometer – Univ. Munster si Institutul DLR Berlin
  • MGNS: Mercury Gamma-ray and Neutron Spectrometer – Academia IKI Moscova si Institutul VLBI Dwingeloo;
  • MIXS: Mercury Imaging X-ray Spectrometer – Universitatea Leicester si Universitatea Helsinki;
  • MORE: Mercury Orbiter Radio science Experiment- Universitatea Roma si JPL/NASA;
  • PHEBUS: Probing of Hermean Exosphere by Ultraviolet Spectroscopy – Laboratorul LATMOS Guyancourt , Univ. Tokio si IKI Moscova;
  • SERENA: Search for Exosphere Refilling and Emitted Neutral Abundances – INAF Roma, Institutul SRI San Antonio, Academia din Graz si Institutul IRF Kiruna;
  • SIMBIO-SYS: Spectrometers and Imagers for MPO BepiColombo Integrated Observatory – Observatorul din Padova, Observatorul din Roma, INAF Roma, Institutul IAS Orsay, Observatorul din Paris;
  • SIXS: Solar Intensity X-ray and particle Spectrometer – Univ. Helsinki și Univ. Aberystwyth.

  În afara de aceste instrumente MPO mai are și un panou solar, un sistem de comunicații cu 4 antene (2 fixe și 2 orientabile) și un sistem de control al altitudinii și orbitei (care conține și 4 motoare chimice de 10-20 N).

• MMO (engl Mercury Magnetospheric Orbiter) este nava construită de JAXA (care excelează în studiile câmpurilor magnetice) și va fi plasată tot pe o orbita polară, dar mai excentrica și îndepărtată (590 – 11640 km). Este mai mică decât MPO având 275 kg și are forma unei prisme octogonale (fetele laterale fiind panouri solare / oglinzi) care se rotește de 15 ori pe minut in jurul unei axe perpendiculare pe planul orbital al planetei (și astfel bazele nu sunt expuse niciodată direct luminii solare). Și MMO are propria pleiadă de instrumente:
  • MGF: Magnetometru – Austrian Space Science, Graz si Institutul ISAS Kanagawa;
  • MPPE: Plasma Particle Experiment – ISAS Kanagawa, Univ. Nagoya, Univ. Orleans, Centrul CNES Paris si Institutul IRF Kiruna;
  • PWI: Plasma Wave Instrument – Univ. Sendai, Univ. Kyoto, Observatorul din Paris, Univ. Kanazawa, Institutul INF Uppsala;
  • MSASI: Mercury Sodium Atmospheric Spectral Imager – Univ. Tokio si IKI Moscova;
  • MDM: Mercury Dust Monitor – Institutul Chiba.
• MTM (engl Mercury Transfer Module) – este de fapt baza care susține cele 2 nave (MPO si MMO) și le transportă la destinație. Conține de asemenea sistemul de propulsie, adică cele mai puternice motoare ionice de până acum (T6 ale englezilor de la Qinetiq – forța de propulsie fiind de 2 x 125-145 mN) și totodată foarte eficiente (impuls specific 4000 sec). Le putem compara cu motoarele NSTAR (engl NASA Solar Technology Application Readiness) care oferă maxim 92 mN si 3000 sec. Pe lângă aceste motoare avem și uriașele panouri solare (2 x 14 metri).
• MOSIF (engl MMO Sunshield and Interface Structure) – adică scutul care protejează MMO de razele solare pe perioada drumului.

BepiColombo MPO și MMO (ESA)

BepiColombo – orbite (ESA)

BepiColombo – componente (ESA)

Misiunea a fost lansată în 2018 cu Ariane 5 (deși inițial era planificata cu Soyuz) și va ajunge pe orbita lui Mercur după 7 ani, timp în care va fi asistată gravitațional de Terra (1x), Venus (x2) si chiar Mercur (x6). In 2025, odată ajunsa in preajma planetei, nava spațială compozită se va dezintegra prin largarea modulului de transfer. Apoi MPO (având atașate MOSIF si MMO) va intra pe orbită cu ajutorul unei perechi de motoare chimice de 20 N (MON-3 – oxizi de azot), unde va elibera MMO (JAXA preluând controlul acestuia) și apoi va intra pe orbita proprie (2026).

BepiColombo – traiectoria până la Mercur (ESA)

Odată plasate pe orbite, cele două nave vor studia planeta Mercur timp de un an (până în 2027), cu posibilitatea extinderii misiunii până în 2028.

BepiColombo, Mercur (ESA)

Ca de obicei, sarcina de a ne ține la curent cu desfășurarea misiunii și alte noutăți despre Mercur va reveni Satelitului.

Oare Mercur poate fi colonizată?
 

Marius B

Notă: Există o evaluare înglobată în acest articol, te rog vizitează acest articol pentru a-l evalua.  

Surse:
1. BepiColombo – What We Know ( http://sci.esa.int/bepicolombo/59927-what-we-know/ , accesată la 2019-06-12 )
2. Mariner program ( https://space.jpl.nasa.gov/msl/Programs/mariner.html , accesată la 2019-06-12 )
3. Mercury Fact Sheet ( https://nssdc.gsfc.nasa.gov/planetary/factsheet/mercuryfact.html , accesată la 2019-06-12 )
4. BepiColombo – Meet Mercury ( https://www.esa.int/Our_Activities/Space_Science/BepiColombo/Meet_Mercury , accesată la 2019-06-12 )
5. MESSENGER – Unlocking the Mysteries of Planet Mercury ( http://messenger.jhuapl.edu/index.html# , accesată la 2019-06-12 )
6. QinetiQ – Electric Propulsion ( https://www.qinetiq.com/What-we-do/Space/Electric-Propulsion , accesată la 2019-06-12 )
7. About Mercury Exploration Mission „BepiColombo” ( https://global.jaxa.jp/projects/sas/bepi/ , accesată la 2019-06-12 )

Sursele imaginilor: NASA, ESA, JAXA, Wikipedia