BepiColombo: Merkür'e üçüncü görev başarıyla başlatıldı

BepiColombo uzay aracı, 20 Ekim'de Moskova saatiyle 04:45'te Fransız Guyanası'ndaki Kourou uzay üssünden fırlatıldı. Merkür'e doğru gidiyor. Bu, bu gezegene yapılan yalnızca üçüncü görev; Güneş'e en yakın ve en az çalışılmış karasal gezegen. Uzay aracının varış noktasına yedi yıldan biraz fazla bir sürede ulaşması planlanıyor ve bilimsel programı bir yıl sürecek. BepiColombo'nun ekipmanları, bu gezegenin yapısını ve manyetosferini daha iyi anlamamıza yardımcı olacak.

Gizemli Merkür

Merkür, karasal gezegenler arasında en küçüğü, Güneş'e en yakın olanı ve en az incelenenidir. Şimdiye kadar, her ikisi de NASA liderliğinde olmak üzere, Merkür'e yalnızca iki görev gönderildi: 1973'te fırlatılan Mariner 10 ve 2004'te fırlatılan Messenger . Üçüncü görev ise, Avrupa Uzay Ajansı (ESA) ve Japonya Uzay Araştırma Ajansı'nın (JAXA) ortak projesi olan BepiColombo olacak.

Venüs ve Mars'a onlarca uzay aracı fırlatıldı ve bu gezegenler yörüngeden ve yüzeyden incelendi. BepiColombo'nun Merkür'e gönderilen üçüncü görev olması, Merkür'ün ilgi çekici olmamasından değil, Güneş'e yakınlığının onu incelemeyi son derece zorlaştırmasından kaynaklanıyor.

Öncelikle, Merkür çevresindeki sıcaklık ve radyasyon koşulları aşırıdır. Gün boyunca gezegenin yüzeyi bazı yerlerde 450°C'ye kadar ısınırken, geceleri -180°C'ye kadar soğur. Merkür yörüngesinde dönen ve periyodik olarak gölgesine giren uzay araçları da benzer sıcaklık dalgalanmaları yaşayacaktır. Bu bölgelerdeki güneş rüzgarı yoğunluğu Dünya'dakinden çok daha yüksek olduğundan, yüksek hassasiyetli cihazlar radyasyona karşı daha hassas olacaktır. Bu nedenle, tüm ekipmanlar gelişmiş koruma gerektirir (uzay araçlarının güneş radyasyonundan nasıl korunduğu hakkında bilgi için, Ağustos ayında Güneş'e fırlatılan Parker sondası hakkındaki makaleye bakın).

İkinci olarak, bir uzay aracını Merkür yörüngesine yerleştirmek zordur. Herhangi bir gezegene uçuş için klasik Hohmann yörüngesi iki manevra gerektirir. İlk manevra, Dünya yörüngesinden Güneş etrafındaki eliptik bir yörüngeye geçmektir ve bu yörünge, hedef gezegenin yörüngesiyle zıt noktada (Güneş'e göre fırlatma sahasından) kesişir. İkinci manevra ise gezegenin yörüngesine yakın bir yörüngeye geçmek için gereklidir. Merkür'e uçuş durumunda, bu manevraların her ikisi de frenlemeyi gerektirir: önce uzay aracının Dünya yörüngesinin "içine" uçmak için yavaşlaması, ardından Güneş'in yerçekimi altında hızlanması ve Merkür'e yaklaştığında tekrar fren yapması gerekir. Her iki frenleme manevrası da yaklaşık 5 km/sn hızında olur ve önemli miktarda yakıt gerektirir; modern roketler, uzay araçlarını yalnızca böyle bir manevra için yeterli yakıtla taşıyabilir.

Bir alternatif var, ancak bunlar uzay aracının hızını değiştirmek için gezegenlerin yer çekimini ( yer çekimi destekleri olarak da bilinir) kullanan daha uzun yörüngeler. Mariner 10 sondası, özellikle Merkür'e yönelik bu yöntemi kullanan ilk uzay aracıydı. Yörüngesi İtalyan matematikçi Giuseppe (Bepi) Colombo tarafından hesaplandı. Bepi Colombo görevine onun adı verilmiştir. Yer çekimi frenlemesi şu şekilde gerçekleşir: uzay aracı gezegene yaklaşır ve onu yakalar. Bu sırada gezegen tarafından çekilir ve yer çekiminden kaynaklanan ivme, uzay aracının hareketine ters yönde yönlendirilerek yavaşlamasına neden olur.

BepiColombo’nun selefleri bize ne söyledi?

Mariner 10, Merkür'e gönderilen ilk uzay aracıydı. 3 Kasım 1973'te Florida, Cape Canaveral'dan fırlatıldı. Mariner 10, Merkür'e yalnızca üç kez yakın geçiş yaptı (29 Mart 1974'te 703 km mesafede; 21 Eylül 1974'te 48.069 km mesafede; ve 16 Mart 1975'te 327 km mesafede) ve gezegen yüzeyinin yalnızca yaklaşık %45'ini görüntüleyebildi (Şekil 2).

Bununla birlikte, bu uzay aracı oldukça ilginç veriler topladı: yaklaşık 2.300 siyah-beyaz fotoğraf, bazıları piksel başına 140 metre gibi oldukça yüksek bir çözünürlüğe sahipti. Ayrıca gezegenin atmosferi ve ekzosferi hakkında da veri elde etti ve Merkür'de Dünya'nınkine benzer bir manyetik alan keşfetti. Mariner 10'un yakıtı 24 Mart 1975'te bitti, ancak hâlâ Güneş'in yörüngesinde dönüyor olabilir .

Bir sonraki görev, 3 Ağustos 2004'te Mariner 10 ile aynı fırlatma üssünden fırlatılan Messenger'dı. Önceki görev gibi Messenger da Merkür'e ulaşmak için yerçekimi yardımlarını kullandı. Yolculuk yaklaşık yedi yıl sürdü ve Mart 2011'de alçak Dünya yörüngesine ulaştı. Oldukça uzun olan bu yörünge, gezegenin kutuplarının yakınından geçiyordu. Messenger, ana görevi sırasında Merkür'ün etrafında her 24 saatte iki kez dönerek, yüzeyine 200 km kadar yaklaşıp 15.000 km kadar uzaklaştı. Messenger, yakıtı bitene kadar dört yıl boyunca Merkür'ün etrafında döndü. Uzay aracı, 30 Nisan 2015'te gezegenin yüzeyine çarptı.

MESSENGER, bir lazer altimetre ve çok spektral görüntüleme sistemi kullanarak Merkür'ün neredeyse tüm yüzeyini görüntülemeyi başardı (bkz. Merkür Haritalama ). Merkür'ün büyük bir kısmının kraterlerle değil, pürüzsüz ovalar oluşturan volkanik aktivite izleriyle kaplı olduğu keşfedildi. MESSENGER, gezegenin kraterlerinde ve ovalarında küçük, düzensiz çöküntüler keşfetti. Bu çöküntülerin kökeni ise hala bir sır olarak kalmaya devam ediyor.

MESSENGER'ın çeşitli spektrometreleri, Merkür yüzeyindeki kayaların element ve mineral bileşimini belirledi. Gezegenin yüksek yoğunluğuna ve varsayılan bir demir çekirdeğine rağmen, Merkür'ün yüzeyinde çok az demir var gibi görünse de, yüksek miktarda uçucu element (kükürt, sodyum ve klor) barındırıyor. MESSENGER ayrıca Merkür'de su tespit etti; gölgeli kutup kraterlerinde bulunan buz formunda (bkz. Messenger: Buz ve Ateşin Ötesinde ).

BepiColombo Görevleri

BepiColombo ile bilim insanları pek çok soruya cevap bulmayı umuyor. İşte bunlardan bazıları (görev hedeflerinin tam listesi web sitesinde mevcuttur):

• Merkür nasıl oluştu?
• Gezegenin içinde sıvı bir çekirdek var mı ve eğer varsa ne kadar büyük?
• Merkür'ün yoğunluğu diğer karasal gezegenlerden daha fazladır. Neden?
• Gezegenimizde jeolojik aktivite devam ediyor mu?
• Merkür'ün Güneş'e olan aşırı yakınlığı genel görelilik kuramını daha ileri düzeyde test etmek için kullanılabilir mi?
• Merkür'ün manyetik alanı nasıl oluşuyor ve güneş rüzgarıyla nasıl etkileşime giriyor?
• Messenger, Merkür'de buz keşfetti, peki bu buz nedir ve kökeni nedir?

BepiColombo, Merkür'e iki bağımsız uzay aracı teslim edecek. Bu araçlar gezegenin etrafında farklı yörüngelerde dönecek: Avrupa Uzay Ajansı tarafından geliştirilen Merkür Gezegen Yörünge Aracı (MPO) ve Japonya Uzay Araştırma Ajansı tarafından geliştirilen Merkür Manyetosferik Yörünge Aracı (MMO).

Her şey planlandığı gibi giderse, BepiColombo 5 Aralık 2025'te yörüngeye girecek. Uzay aracı ayrılacak ve MPO 14 Mart 2026'da son yörüngesine girecek.

Avrupa modülü MRO, Merkür'e Merkür'ün kendisini, yüzeyini, yapısını, hareketini vb. incelemek üzere tasarlanmış 11 deneysel kurulum teslim edecek (Şekil 5). Yaklaşık 2,3 saatlik bir periyotta 480 ila 1500 km arasındaki yüksekliklerde alçak kutup yörüngesinde uçacak.

MPO sondasında aşağıdaki cihazlar bulunur. BELA , yüzeye olan mesafeyi ölçen bir lazer altimetredir. Verileri, daha ayrıntılı arazi modelleri oluşturmak için kullanılacaktır. MPO-MAG, bir destek bomu üzerindeki iki manyetometreden oluşur. Birincil işlevi, gezegenin yakınındaki manyetik alanı ölçmektir. MERTIS, bolometre prensipleriyle çalışan bir cihazdır. Görevleri arasında minerallerin kimyasal bileşimini ve dağılımını incelemek ve yüzeyin sıcaklığını ve termal ataleti incelemek yer alır. MIXS (T teleskop, C kolimatör için), X-ışını floresan analizi kullanarak yüzeyin kimyasal bileşimini belirlemek için tasarlanmış bir X-ışını spektrometresidir. PHEBUS, Merkür yüzeyinden buharlaşan maddelerin kimyasal bileşimini incelemek için tasarlanmış bir ultraviyole spektrometresidir. Dört adet SERENA nötr ve iyonize parçacık dedektörü, gezegenin yakınındaki yüklü parçacıkların kütlesini, yükünü, hızını, yoğunluğunu ve dağılımını ölçebilecek ve böylece Merkür'ün toprağını ve gezegenin ekzosferiyle etkileşimini inceleyebilecektir. SIMBIO-SYS, görünür ve yakın kızılötesi aralıklarda spektrometreler ve stereografik kameralar içeriyor. Yüzeyi fotoğraflayacak, jeolojik araştırmalar yapacak, volkanizma ve küresel tektonik belirtileri arayacak ve kraterlerin yaşını ve yapısını inceleyecek. SIXS ise Güneş'ten gelen X-ışını radyasyonunu kaydetmek ve gezegenin yüzeyi üzerindeki etkisini araştırmak için tasarlanmış bir X-ışını spektrometresi. Ayrıca güneş koronasını, güneş rüzgarını ve güneş parlamalarını da inceleyecek.

MRO'nun içinde birkaç başka araştırma cihazı daha bulunmaktadır. ISA , uzay aracının hızındaki değişiklikleri izleyen ve yerçekimi alanındaki değişiklikleri gösteren bir ivmeölçerdir. MGNS gama ışını ve nötron spektrometresi, radyoaktif elementlerin emisyonunu kaydedecek ve niceliksel bolluklarını belirleyecektir. Ayrıca, güneş rüzgarının yüzeyle etkileşimi sonucu oluşan ikincil nötronları da kaydedecektir. Bu veriler, Merkür'ün yeraltı veya karanlık katmanlarının kimyasal bileşimini belirlemek için gereklidir. MORE, gezegenin dönüş parametrelerini ölçecek bir radardır.

MMO sondası, Merkür'ün etrafında oldukça eksantrik bir kutup yörüngesinde dönecek: en yakın noktasında Merkür'den 590 km, en uzak noktasında ise 11.640 km uzakta olacak. Teneke kutu şeklindeki bu sonda, dakikada 15 devire kadar dönebilecek. Yönlendirmesi, Güneş'in uzay aracının üst ve alt kısımlarını ısıtmasını önleyecek şekilde tasarlandı: radyasyonun ana etkisi, sürekli gölgede kalacak ve aşırı ısınmayacak olan sondanın yan tarafında olacak. Bu dönüş, elektrik alanını ve radyo dalgalarını ölçen dört adet 15 metrelik antenin konuşlandırılmasına da olanak sağlayacak. MMO, manyetik alan sensörleri taşıyan iki adet beş metrelik direkle donatılmıştır (Şekil 7). Bu izolasyon, sensörleri sondanın elektrikli ekipmanlarından kaynaklanan parazitlerden korumak için gereklidir. Uzay aracı, öncelikle Merkür çevresindeki uzayı incelemeyi amaçlayan beş deney taşıyacak.

Şekil 7, Merkür Mars sondası üzerindeki beş deneysel kurulumun konumlarını göstermektedir. MDM, uzayda ve Merkür yakınlarında tozu kaydedip karakterize edecek dört piezoelektrik seramik sensörden oluşmaktadır. MMO/MGF deneyi, iki manyetometre kullanarak Merkür'ün manyetik alanlarını inceleyecektir. MPPE, farklı enerji seviyelerindeki yüksek enerjili parçacıkları kaydeden yedi sensörden oluşacak ve gezegenin manyetosferindeki ve uzaydaki plazma parçacıklarını inceleyecektir. MSASI, gezegenin sodyum kuyruğunu bulmayı ve incelemeyi amaçlamaktadır. PWI, Merkür'ün manyetosferindeki ve uzaydaki elektrik alanını, elektromanyetik dalgaları ve plazmayı incelemek üzere tasarlanmıştır.

Uzay aracının yörüngeleri, Güneş'in çekim kuvveti nedeniyle hızla değişecek ve sık sık ayarlamalar gerektirecektir. Ayrıca, uzay aracının aşırı ısınmasını önlemek için doğru yönelimini koruması için yakıta ihtiyaç duyulacaktır. Uzay aracının bir yıl çalışması planlanıyor, ancak uygun koşullar altında görevin bir yıl daha uzatılması mümkün. Umarız bu görev başarılı olur.

Ayrıca bakınız: Su İçin Merkür'e – Igor Mitrofanov'un BepiColombo'nun yükünün Rus bileşeni hakkındaki hikayesi.

Alexander Yarovitchuk