BepiColombo vor dem Start – Fliegender Wechsel in Maryland

Dann also begann das neue Semester. Wo gerade noch Ruhe in den Fluren herrschte, strömte eine neue Generation an wissbegierigen jungen Menschen durch die Korridore, willens, wieder die alten Grundsatzfragen zu stellen – z.B. nach  dem Aufzug (ist das große, orange Dingens vor dem ihr steht, das mit der Aufschrift ‘Aufzug’). Oder die alte Frage nach dem ominösen zweiten Stockwerk (liegt immer noch zwischen dem ersten und dritten Stock, gerne geschehen).

Zeit also, ein wenig Distanz zu gewinnen, bis sich der Staub gelegt hat. Am besten eignet sich da eine Tagung für. Ja, da war doch schon eine im letzten Monat. Dieses Mal aber eine, wo es nur um das Thema geht, an welchem auch ich arbeite: The Mercury: Current and Future Science of the Innermost Planet . In anderen Worten: Wie schon öfters angedroht, endlich mal ein Artikel über meine eigentliche Arbeit. Die Tagung ist zwar  schon wieder vorbei (wie die Zeit vergeht…)  Mit meiner verbrannten vom Kater leicht zitternden Hand (Das Treffen wurde, wie es sich gehört, von einigen der üblichen Verdächtigen am letzten Abend noch ordentlich begossen) schreibe ich nun also vom Wesen des Planeten Merkurs. Genauer, wie man mehr über das Wesen jenes Planeten erfahren könnte. Hier schon mal die feine Themenseite vom Spektrum der Wissenschaft.

Vorletzte Woche trafen sich im schönen Columbia/Maryland (der zersiedelten Region zwischen Washington und Baltimore) also Forscher, die an der abgeschlossenen MESSENGER-Mission der NASA beteiligt waren, sowie eben jene, die in der kommenden BepiColombo-Mission der ESA und JAXA zu selbigem Planeten involviert sind. Was BepiColombo betrifft, hier lang zu einem ausführlichen Beitrag von Leaving Orbit über die Sonde.

Ziel des Treffens, das in Zukunft alle 1-2 Jahre bis zum Eintreffen BepiColombos stattfinden soll: die Kontinuität in der Merkurforschung zu fördern. Die immens erfolgreiche MESSENGER-Mission beschäftigte (und ernährte) so einige Forschergruppen über die Jahre, war der Beginn (und die Rettung) ganzer wissenschaftlicher Laufbahnen. Jetzt, nach Auslaufen der Gelder mit dem Ende der Mission, haben sich viele der Beteiligten oft anderen Himmelskörpern (oder gar zivilen Dingen) zugewandt. Um das institutionelle Gedächtnis am Leben zu erhalten (und auch weitere Zusammenarbeit zu inspirieren), wurde unter anderem dieses Treffen also ins Leben gerufen. Und bei aller wissenschaftlicher Publikationstätigkeit ist es oft besser, Dinge in Person zu besprechen. Das sah praktisch so aus, das von allem der aktuelle Stand der Merkurforschung, vor allem basierend auf MESSENGER (steht übrigens für Mercury Surface, Space Environment, Geochemistry and Ranging), präsentiert wurde. Die Ergebnisse (und darauf basierenden Modelle) dieser Mission stellen so was wie die Grundlage für BepiColombo dar.

Da wäre zum Beispiel die Zielplanung. So eine Raummission verläuft nicht so einfach, wie ich mir das mal vorgestellt habe – also nicht einfach Luke auf nach Eintreffen im Orbit und losmessen, bis ein großer Datenhaufen am Ende herauskommt, aus dem man sich dann die Ergebnisse von Interesse heraussucht. Nein, jedes Instrument hat seine Bedürfnisse, muss kalibriert werden, produziert unterschiedliche Datenmengen und die nach Bedingungen von unterschiedlicher Qualität. Das bedeutet, das schon vorgeplant werden sollte, worauf man die besten Messzeiten verwenden will. Und dazu bieten die Ergebnisse von MESSENGER eine hervorragende Grundlage: die Oberfläche wurde im Detail kartiert, und zusammen mit chemischen und spektralen Daten können die interessanten Punkte identifiziert werden.

Denn der Zweck von BepiColombo ist nicht, einfach alles von MESSENGER nochmal zu machen. Die Instrumente an Bord sind zum einen eine Generation weiter, und es wird ein deutlich kohärenterer Datensatz herauskommen, bei dem die Instrumente besser aufeinander abgestimmt sind. Dass also, wenn jemand einen chemisch interessanten Punkt im Datensatz findet, z.B. passende infrarot und optische Daten vorhanden sind. Und es gibt auch noch viele Lücken, die gefüllt werden müssen.  Zum eine, was die Erfassung der Oberfläche betrifft (MESSENGER war etwas südhalbkugel-lastig), aber eben auch messtechnisch. Und das führt uns zu meiner Arbeit.

Bei der dreht sich alles um MERTIS. Das steht für Mercury Radiometer and Thermal Infrared Spectrometer, und wurde unter der Leitung einer Arbeitsgruppe am Institut für Planetologie in Münster und dem DLR in Adlershof entwickelt. Das ist ein Spektrometer, der im mittleren Infrarot arbeitet. Das Gerät produziert also mehr oder weniger zackige zackelige Linien (hier Beispiele in einem Abstakt von mir), an Hand derer man etwas über die Molekularstruktur der Oberfläche aussagen kann. Man kann also vor allem Minerale direkt identifizieren, im Gegensatz zur indirekten Bestimmung aus den chemischen Daten anderer Instrumente. Und das mittlere Infrarot wurde von MESSENGER nicht abgedeckt (die Spektrometer in diesem Bereich sind technisch ziemlich aufwändig). Und da dieser Wellenlängenbereich sehr ergiebig ist, was zackelige Linien von Mineralen betrifft, ist einiges von MERTIS zu erwarten.

Und für die Daten eines Spektrometers benötigt man dann natürlich was zum Vergleich, und die wackeligen Linien zu interpretieren. Genau das machen wir in unserer Arbeitsgruppe in Münster, am Institut für Planetologie. Da es kaum möglich ist, alle denkbaren Minerale und Gesteine im Labor durchzumessen, sind die Daten von MESSENGER sehr nützlich, um sich erst mal auf wahrscheinlichere Kandidaten zu konzentrieren. Das können natürliche Gesteine sein (z.B. Basalte), Impaktgesteine oder Meteorite, die eine potenzielle Ähnlichkeit mit dem Material an der Merkuroberfläche aufweisen (oder vielleicht nicht, hier das schöne Paper von Weber et al. zu dem Thema).

Aber es ergibt sich auch die Möglichkeit, basierend auf den umfangreichen chemischen Daten von MESSENGER der verschiedenen Oberflächenregionen Merkurs synthetische Analoggesteine herzustellen. Und vor der Messung im Infrarot müssen die Proben z.B. via Elektronenmikroskopie charakterisiert werden, und auch genau zu wissen, was man da durch den Spektrometer jagt. Und dazu kommen dann noch Effekte, die die spektralen Eigenschaften der Gesteine beeinflussen – das Space Weathering, Temperatur und Oberflächeneigenschaften. Diese müssen bestimmt werden. Das ist, was ich und meinen Kollegen und Kolleginnen so machen.  Und das sind dann erst mal die Spektren, wir müssen uns auch Gedanken über die Auswertung der hoffentlich in nicht allzu ferner Zukunft hereinströmenden Daten machen. Natürlich können wir nicht alles in Münster abdecken – die Zusammenarbeit beginnt innerhalb der Uni (mit dem Institut für Mineralogie), dann arbeiten wir eng mit Kollegen unserer Gruppe am DLR in Berlin zusammen, wo MERTIS zusammengebaut wurde. Dazu kommen enge regionale Verbindungen an die TU in Dortmund, und zur Hochschule Emden/Leer. Damit nicht genug, wir arbeiten eng mit Leuten in Manchester, Lüttich/Löwen und Rom zusammen. Und der Kreis erweitert sich beständig. Und das nur für ein Instrument, man kann sich vorstellen, was für ein großes internationales Netzwerk sich um die ganze Mission gebildet hat.

Das Treffen verlief in einer sehr angenehmen Atmosphäre, nur etwa 130 Teilnehmer, jeweils nur eine Session. Da behält man die Übersicht. Ein paar Poster finden sich hier. Was also sind dann die offenen Fragen? Unter anderem, ohne Gewähr auf Vollständigkeit: Da ist zum einen der Kern des Merkurs. Der ist im Verhältnis zum Gesamtplaneten einfach sehr, sehr groß. Und aus was der genau besteht, ist auch noch ungeklärt. Dann der Vulkanismus – der fand zwar sicher statt, aber das Ausmaß sowie Dauer sind noch nicht geklärt. Und dann die Mineralogie der Oberfläche. Da gibt es einige Fragen – um was handelt es sich bei dem ominösen dunklen Material – Graphit aus dem Magmaozean? Wie oxidiert/reduziert ist die Oberfläche, denn das hätte Potential für eine deutlich exotischere Zusammensetzung. Und dann noch die volatilen BestandteileEis? Organik? Und das Magnetfeld und die dünne Exosphäre – abgefahrenes Zeug, faszinierend, aber ich verstehe auch beim x-ten Male nicht unbedingt alles. Was die Oberflächenzusammensetzung betrifft, fasste es Veteran James Head III am besten zusammen: “Follow the sulfur”. Könnte der Schlachtruf der Mission werden.

Es wird also interessant werden. Nur muss die Sonde erst mal ankommen. Das Startfenster öffnet sich im Oktober, dann wird es erst mal ein paar Vorbeiflüge and der Venus (2020 und 2021) geben.  Danach schleicht sich BepiColombo langsam an den Merkur heran, mit Vorbeiflügen ab Oktober 2021. Und MERTIS wird in der Lage sein, schon dabei Messungen vorzunehmen.  Die Spannung steigt.

 

 

Mein Interesse an Planetologie und Raumforschung begann schon recht früh. Entweder mit der Apollo/Sojus Mission 1975. Spätestens aber mit dem Start der Voyager-Sonden 1977, ich erinnere mich noch wie ich mir mein Leben in der fernen Zukunft des Jahres 1989 vorzustellen versuchte, wenn eine der Sonden an Neptun vorbeifliegen würde. Studiert habe ich dann Mineralogie in Tübingen (gibt es nicht mehr als eigenständiges Studienfach). Anstatt meinen Kommilitonen in die gängigen Richtungen wie Keramikforschung zu folgen, nahm ich meinen Mut zusammen und organisierte eine Diplomarbeit über Isotopenanalysen von Impaktgestein aus dem Nördlinger Ries Einschlagkrater. Dem folgte dann eine Doktorarbeit über primitive Meteorite in Münster. Nach 10 Jahren als PostDoc in verschiedenen Ecken der Welt arbeite wieder am Institut für Planetologie in Münster, an Labormessungen für die ESA/JAXA Raumsonde BepiColombo, die demnächst zum Merkur aufbrechen wird. Mein ganzes Arbeitsleben drehte sich bisher um die Untersuchung extraterrestrischer (und damit verwandter) Materialien: Gesteine aus Impaktkratern, die ganze Bandbreite Meteoriten (von den ganz primitiven Chondriten bis hin zu Marsmeteoriten). Zu meiner Forschung gehören auch Laborexperimente, in denen Vorgänge im frühen Sonnensystem nachgestellt wurden. Mein besonderes Interesse ist, die Laboruntersuchungen von extraterrestrischem Material mit Fernerkundungsdaten (im Infrarot) zu verknüpfen. Das vor allem mit Daten aus der planetaren Fernerkundung durch Raumsonden, aber auch mit Beobachtungen junger Sonnensysteme durch Teleskope.

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