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Eine Illustration der Magnetfelder, die Merkur, den sonnennächsten Planeten, umgeben (Bildnachweis: Robert Lea (erstellt mit Canva)/NASA)

Die Raumsonde BepiColombo hat den Merkur zwar nur kurz überflogen, aber sie trägt bereits dazu bei, die Geheimnisse um den sonnennächsten Planeten zu entschlüsseln.

Im Jahr 2026 wird eine gemeinsame Mission der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) und der Japanischen Raumfahrtbehörde (JAXA) in eine Umlaufbahn um Merkur, den kleinsten Planeten des Sonnensystems, einschwenken. Dazu muss die Sonde jedoch zunächst mehrere Vorbeiflüge an Merkur, Venus und Erde absolvieren. Glücklicherweise erweisen sich diese Vorbeiflüge für die Wissenschaft als unschätzbar wertvoll.

Bei einem Vorbeiflug am Merkur im Juni 2023 stieß BepiColombo auf mehrere Merkmale des Magnetfeldes des Planeten. Dieses Feld bildet eine schützende magnetische Blase um Merkur und bewahrt den Planeten vor geladenen Teilchen im Sonnenwind, ähnlich wie die Magnetosphäre der Erde unseren Planeten abschirmt – aber die Wissenschaftler sind neugierig, warum das Magnetfeld dieses winzigen inneren Planeten viel schwächer ist als unseres.

Da Merkur viel näher an der Sonne ist als die Erde – Merkur ist im Durchschnitt 36 Millionen Meilen (58 Millionen Kilometer) von der Sonne entfernt, während die Erde etwa 93 Millionen Meilen (150 Millionen km) entfernt ist – wird seine Magnetblase viel stärker vom Sonnenwind angestoßen.

Eine der Hauptaufgaben von BepiColombo wird darin bestehen, diese Wechselwirkung und die Eigenschaften des Merkur-Magnetfeldes zu untersuchen. Die Raumsonde wird ein dynamisches Doppelbild der Weltraumumgebung um Merkur erstellen, indem sie sich in verschiedene Einheiten aufteilt: den von der ESA kontrollierten Mercury Planetary Orbiter (MPO) und den von der JAXA geleiteten Mercury Magnetospheric Orbiter (MMO).

Rasche Vorbeiflüge am Merkur helfen den Wissenschaftlern, die endgültige Umlaufbahn von BepiColombo festzulegen, aber diese Vorbeiflüge haben den Betreibern auch verlockende Hinweise auf die Art von Wissenschaft gegeben, die die Mission liefern wird, wenn sie wirklich vor Ort ist. Die sechs geplanten Vorbeiflüge ermöglichen auch Einblicke in den Merkur, die aus der Umlaufbahn nicht möglich wären.

„Diese Vorbeiflüge sind schnell; wir haben die Magnetosphäre des Merkurs in etwa 30 Minuten durchquert, wobei wir uns von der Abenddämmerung bis zur Morgendämmerung bewegten und uns der Oberfläche des Planeten bis auf 235 km genähert haben“, sagte Lina Hadid vom Laboratoire de Physique des Plasmas am Pariser Observatorium in einer Erklärung. „Wir haben die Art der Teilchen, wie heiß sie sind und wie sie sich bewegen, erfasst und können so die magnetische Landschaft während dieses kurzen Zeitraums klar darstellen.“

Überraschungen in der Magnetblase des Merkur

Hadid und seine Kollegen führten ihre Forschungen mit Hilfe der Instrumente des Mercury Plasma Particle Experiment (MPPE) von BepiColombo durch, die während des Vorbeiflugs im Juni 2023 (der dritten von sechs Begegnungen zwischen der Raumsonde und ihrem Zielplaneten) aktiv waren.

Das Team kombinierte die vom MPPE gesammelten Daten mit Computermodellen, um den Ursprung der wechselwirkenden Teilchen und die Merkmale der magnetischen Blase des Merkurs zu ermitteln.

„Wir sahen erwartete Strukturen wie die ‚Schock‘-Grenze zwischen dem frei fließenden Sonnenwind und der Magnetosphäre, und wir durchquerten auch die ‚Hörner‘, die die Plasmaschicht flankieren, eine Region mit heißerem, dichterem, elektrisch geladenem Gas, das wie ein Schweif in Richtung der Sonne ausströmt“, sagte Hadid. „Aber wir hatten auch einige Überraschungen.“

Quecksilber-Magnetfeld, wie es von BepiColombo beobachtet wurde, mit verschiedenen markierten Merkmalen. (Bildnachweis: ESA/JAXA)

Mit dem Massenspektralanalysator von BepiColombo, der speziell für die komplexe Weltraumumgebung um Merkur entwickelt wurde, konnte das Team eine turbulente Grenze erkennen, an der der Sonnenwind auf das Magnetfeld des Planeten trifft. Dies wurde durch eine Region turbulenten Plasmas mit den höchsten Energien angezeigt, die jemals auf Merkur beobachtet wurden.

„Wir haben auch energiereiche heiße Ionen in der Nähe der Äquatorebene und in niedrigeren Breitengraden beobachtet, die in der Magnetosphäre gefangen sind, und wir denken, dass die einzige Möglichkeit, dies zu erklären, ein Ringstrom ist, entweder ein teilweiser oder ein vollständiger Ring, aber dies ist ein Bereich, der viel diskutiert wird“, fügte Hadid hinzu.

Ringströme wie der von ihr beschriebene entstehen, wenn geladene Teilchen von magnetischen Blasen um Planeten eingefangen werden. Der Ringstrom der Erde befindet sich in einer Höhe von mehreren zehntausend Kilometern über ihrer Oberfläche. Die Magnetosphäre des Merkurs ist gegenüber seiner Oberfläche stärker komprimiert als die der Erde, was bedeutet, dass es ein Rätsel ist, wie die Magnetblase des Merkurs Teilchen einige hundert Meilen über dem Planeten einfangen kann, wie das Team gesehen hat.