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17:39 18.10.2018
Darstellung der beiden Orbiter von BepiColombo am Planeten Merkur.
Darstellung der beiden Orbiter von BepiColombo am Planeten Merkur. Quelle: DLR/ESA/dpa
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Darmstadt/Hannover

Merkur, der kleinste und sonnennächste Planet, gilt als Welt der Extreme. Seine Temperaturen schwanken zwischen Gluthitze und Eiseskälte, zwischen 430 Grad Celsius auf der Tagseite und -180 Grad auf der Nachtseite. Merkur ist der schnellste Planet im Sonnensystem und benötigt für einen Sonnenumlauf nur 88 Tage. Die Erforschung dieser geheimnisvollen Welt ist mühsam. Außer den Temperaturunterschieden muss ein Raumschiff mit der extremen Schwerkraft der Sonne und extremer Strahlenbelastung klarkommen.

Die europäische Weltraumorganisation Esa will den Geheimnissen des Merkurs dennoch auf den Grund gehen: Am Sonnabendmorgen, 3.45 Uhr, startet die japanisch-europäische Sonde BepiColombo vom Weltraumbahnhof Kourou in Französisch-Guyana zum noch unbekanntesten Planeten unseres Sonnensystems. Rund sieben Jahre wird die Reise der Sonde durch das Innere des Sonnensystems dauern.

Eine farblich bearbeitete Aufnahme, die von der NASA-Sonde Messenger aus aufgenommen wurde, zeigt den Planeten Merkur. Quelle: -NASA / JHU Applied Physics Lab

Ein einziger Fehler lässt Mission scheitern

Erst im April 2026 kann voraussichtlich die Forschung beginnen. „Das ist Christoph Kolumbus im 21. Jahrhundert“, sagt die Leiterin des Flugkontrollteams der Sonde, Elsa Montagnon. Das Vorhaben ist nach Esa-Auskunft die anspruchsvollste interplanetare Mission ihrer Geschichte. „Ein einziger Fehler könnte die ganze Mission zum Scheitern bringen“, sagt der Leiter des Missionsbetriebs der Esa, Paolo Ferri.

Namensgeber ist der italienische Mathematiker Bepi Colombo (1920-1984), der schon früh Grundlagen für eine Flugbahn zum Merkur berechnet hatte. Die Vorbereitungen der rund 1,3 Milliarden Euro teuren Mission haben fast 20 Jahre gedauert. Grund sind auch die unwirtlichen Bedingungen in der Nähe des Merkurs: Um das Überleben der Sonde in dieser nach den Worten der Esa „höllischen Umgebung“ zu ermöglichen, musste eine Reihe neuer Technologien entwickelt werden.

Entschleunigen, um nicht auf die Sonne zu fallen

Die Reise ist zudem extrem kompliziert: „Wir brauchen mehr Energie, als zum Pluto zu fliegen“, beschreibt der Flugdirektor für BepiColombo und Leiter der Esa-Abteilung für interplanetare Missionen, Andrea Accomazzo, eine der größten Herausforderungen. Die Entfernung von der Erde zum Pluto ist wesentlich größer als die zum Merkur. Grund für den hohen Energiebedarf sei die Anziehungskraft der Sonne.

Die 6,40 Meter hohe und 4,1 Tonnen schwere Raumsonde nähert sich ihrem Ziel in großen elliptischen Bahnen. Dabei fliegt sie neunmal an Planeten vorbei, unter anderem, um mit sogenannten Swing-by-Manövern zu entschleunigen und nicht auf die Sonne zu fallen. Bei Swing-By-Manövern nutzt das Raumfahrzeug die Anziehungskraft der Himmelskörper, um Geschwindigkeit für den weiteren Weg durchs All aufzunehmen, oder aber auch, um abzubremsen. Zuerst ist 2020 die Erde dran, dann zweimal die Venus und sechsmal der Merkur selbst. „Jeder Vorbeiflug an einem Planeten braucht ein paar Monate intensive Vorbereitungszeit“, sagt Accomazzo.

Zwei Orbiter erkunden gemeinsam den Planeten

Wenn die Merkur-Zielumlaufbahn voraussichtlich im Dezember 2025 erreicht wird, trennen sich die zwei selbstständigen Wissenschafts-Satelliten von ihrem Raumtaxi und erforschen den Planeten aus unterschiedlichen Umlaufbahnen. Der Esa-Satellit MPO (Mercury Planetary Orbiter), auch „Bepi“ genannt, nimmt die Oberfläche des weitgehend unbekannten Planeten unter die Lupe. Der japanische Satellit MMO (Mercury Magnetospheric Orbiter) – oder „Mio“- nimmt das Magnetfeld ins Visier.

Ziel der Mission ist es, zu verstehen, wie unser Sonnensystem entstanden und geformt ist. Dafür hat der Merkur, der so nah an der Sonne ist, eine besondere Bedeutung. Astronomen vermuten, dass Merkur wie die Erde einen flüssigen Kern hat, der sein Magnetfeld erzeugt – aber die Wissenschaft weiß nicht, warum. Vorbeiflüge der Sonden Mariner 10 und Messenger in den 1970er und den 2010er Jahren hätten zwar viele Daten gebracht, diese aber lassen sich nur schwer erklären. Dazu gehören der Esa zufolge auch Aushöhlungen an der Oberfläche, die darauf hinweisen, dass Gas entwichen sein könnte. Es gebe auch Hinweise auf Wassereis in Kratern, wo die Sonne nicht hinkommt.

Die Computeranimation zeigt die Sonde BepiColombo, wie sie den Merkur umkreist. Quelle: EADS_Astrium

24 Triebwerke und elf Kameras an Bord

An Bord des Esa-Satelliten MPO sind elf Kameras und Instrumente, die speziell für die Merkur-Mission entwickelt worden sind. Bei vier davon sind deutsche Forschungseinrichtungen beteiligt. So wird etwa für die Charakterisierung der Minerale und Elemente auf der Merkur-Oberfläche ein in Münster entwickeltes Thermisches Infrarotspektrometer namens „Mertis“ eingesetzt. Ein Jahr ist für die Forschung mindestens vorgesehen, MPO könnte aber auch bis zu vier Jahre halten. Dann werde der Orbiter voraussichtlich verglühen. Der japanische Orbiter soll nach etwa dreieinhalb Jahren auf dem Merkur zerschellen.

Die 24 Triebwerke von BepiColombo sind ebenfalls so komplex wie bei keiner anderen Esa-Mission zuvor. Erstmals sind auch vier elektrische Ionenantriebe darunter. Sie werden von insgesamt 42 Quadratmeter großen Solarzellen versorgt. Die Außentemperatur am Merkur beträgt rund 350 Grad, die Panele mit den Solarzellen können aber nur bis 200 Grad aushalten, so Elsa Montagnon. „Sie müssen ständig von der Sonne weggedreht werden.“

Das nur schuhkartongroßes Messgerät Mertis soll Aufschluss über die Oberfläche des kleinsten Planeten unseres Sonnensystems geben. Quelle: WWU/Institut für Planetologie

Die ersten Stunden nach dem Start sind kritisch

„Die erste Stunde nach dem Start ist am riskantesten“, sagt Accomazzo. Die Sonnenpanele müssen nach dem Start rasch ausgefahren werden. Auch in den folgenden 47 Stunden müsse das Raumflugkontrollzentrum in Darmstadt sehr schnell reagieren, wenn etwas schief läuft. Die erste größere Hürde ist nach drei Tagen geschafft. Etwa 80 Fachleute in Darmstadt sind in dieser Zeit rund um die Uhr mit dem Gelingen der Mission befasst.

Ein grafische Darstellung zur Separierung der oberen Stufe rund 30 Minuten nach dem Start der Sonde BepiColombo. Quelle: ESA/ATG MEDIALAB

Danach wird es Mitte Dezember wieder kritisch, wenn die Ionen-Triebwerke zum ersten Mal betrieblich eingesetzt werden. Wenn das nicht funktioniert, könnte die ganze Mission scheitern, sagt Accomazzo. Wenn es jedoch gelingt, werde es bis zum Vorbeiflug von BepiColombo an der Erde in rund eineinhalb Jahren „relativ ruhig“ sein.

Zuletzt hatte Merkur von sich Reden gemacht, als er sich im Mai 2016 bei einem sogenannten Merkurtransit vor die Sonne geschoben hat.

Von Sonja Fröhlich/RND/dpa