Mercure’nin Sırları: BepiColombo Sondası Güneş’e En Yakın Gezegeni Nasıl İnceleyecek (İçine Düşmeden)

Bu 2016 tarihli görüntüde, Merkür’ün (sol tarafta oldukça aşağıda yer alan güneş lekasının yanındaki siyah nokta) yıldızımızın önünden geçerken ne kadar küçük göründüğü açıkça görülüyor; bu da ona yakın mesafeden yapılan keşfin üstesinden gelinmesi gereken zorluklardan bazılarını gözler önüne seriyor.
NASA/SDO

TEMEL

• Merkür, Güneş’e en yakın gezegen. Yıldızımız olan Güneş’in, Merkür’e göre devasa boyutlardaki yerçekimi etkisi nedeniyle, onun yörüngesine yerleşmek zor.

• BepiColombo sondası, bu başarıyı Kasım 2026’da gerçekleştirecek. Buradan gezegenin iç yapısını, yüzeyini ve manyetik alanını inceleyebilecek.

• Bu da uzun süredir bilimin çözümünü bulamadığı sorulara yanıt verecek.

Merkür, akşam güneş battıktan kısa bir süre sonra ya da sabah güneş doğmadan önce çıplak gözle görülebilir. Assurlular tarafından MÖ 1400’de zaten gözlemlenmişti ve Antik Yunanlılar, MÖ 350 civarında «sabah yıldızı» ile «akşam yıldızı»nın aslında aynı nesne olduğunu, yani bir gezegen olduğunu anlamışlardır.

Bu, Güneş’e en yakın gezegen hem erişimi zor hem de bir o kadar da gizemlerle dolu. Kasım ayında, Avrupa’nın BepiColombo görevi, sekiz yıllık gezegenlerarası yolculuğun ardından Merkür’ün yörüngesine yerleşecek. Hiçbir zaman Merkür’e gönderilen en iddialı görev olan bu misyon, iki uydudan oluşuyor. Mercury Planetary Orbiter (MPO), yüksek çözünürlüklü yüzey görüntüleri elde etmek ve gezegenin iç yapısını incelemek için alçak yörüngeye (480 ile 1 500 kilometre arası) yerleşecek. Japon sorumluluğundaki Mio ise, manyetosferini ve iyonlaşmış ortamını keşfetmek için 580 ile 11 640 kilometre arasında yüksek ve oldukça eliptik bir yörünge kullanarak manyetosferini büyük mesafelere kadar yerinde inceleyecek.

Europe Newsletter | Inline | A weekly email for Europeans

Mercury’ye ulaşım dizisi, uzun ve karmaşık bir aşamadır.

Bu çok kapsamlı bilimsel hedefler, gezegenin tüm bileşenlerini – iç yapı, yüzey, exosfer ve manyetosfer – kapsar ve insanlığın Mercury’yi çalışmaya başladığından beri ortaya çıkan çeşitli soruları yansıtır. BepiColombo’un üstesinden gelmesi gereken zorlukları anlamak için astronomi tarihine bir yolculuk yapalım.

Gizem no 1: olağandışı bir yörünge

Galileo, Gassendi ve Schröter’in teleskop ile yaptığı ilk gözlemler, hassas olmayan haritalar üretti. 1880’lerin civarında Schiaparelli, Mercury’nin “senkron dönüş” içinde olduğunu, yani güneşe her zaman aynı yüzünü gösterdiğini iddia etti.

Bu iddia, ancak neredeyse bir yüzyıl sonra Arecibo radyo teleskopundan yapılan ilk gözlemlerle çürütüldü: 1965 yılında bu radar gözlemleri sayesinde İtalyan astronom Giuseppe Colombo, Mercury’nin aslında kendi etrafında üç dönüş yaparken güneş etrafında iki devriye tamamladığını kanıtladı.

Bu rezonans, güneşe yakınlıktan kaynaklanan güçlü gelgit etkisi ile çok eliptik bir yörüngenin bir araya gelmesiyle mümkündür. Böylece Mercury’nin yörüngesi, Güneş Sistemi’nde oldukça olağandışı bir nitelik taşır; diğer pek çok nesne (uydular, asteroitler) çeşitli rezonanslarda kilitlenmiş olsa bile.

Gizem no 2: sarmış gibi görünen bir gezegen ve kısa ömürlü eşlikçisi

1859’da Urbain Le Verrier, Mercury’nin yörüngesinin yavaş ilerlemesi, yani “perihel öniçimi” olarak adlandırılan olgu, Newton mekaniğiyle açıklanamayacağını gözlemler. Uranus’un yörüngesini açıklamak için Neptune’un varlığını öngören Le Verrier, Mercury’nin yörüngesindeki bu anomaluyu açıklayacak, kendisi “Vulcan” diyeceği bir iç gezegen önerir. Ancak Vulcan uzun süre arandı, hiçbir zaman bulunamadı.

Einstein’in genel görelilik teorisinin 1915’te gelmesi beklenmeli; perihelion ötelenmesinin hesaplanması Einstein denklemleriyle ölçülen değeri veriyor. Bu keşif büyük bir başarıydı – Einstein’in teorisinin deneysel doğrulamalarından biri. Bu sonuç 18 Kasım 1915’te Prusya Bilimler Akademisi’nde sunuldu.

Mariner 10’dan BepiColombo’ya, ya da Merkür yörüngesine girmenin bu kadar hassas olması

Merkür’ün uzaydan keşfi Mariner 10 sonduyla başladı, 1974’te fırlatıldı. Zorluk, gezegene ulaşmak için gereken enerjinin kocaman olması. Çünkü Dünya yörüngesinden ayrılmak için gereken enerjiye ek olarak, sondu Güneş’e düşmeden önce yavaşlatmak zorunlu.

Bu enerji Merkür’ün yakınında yavaşlamak için harcanıyor – bir hız değişimi olarak ifade ediliyor ve 13 kilometre/saat ile 15 kilometre/saat arasında değişiyor (bu hızlar büyük: 11,2 kilometre/saat olan Dünya’nın yerçekiminden kurtulmak için gereken hızla karşılaştırılabilir).

Gemide taşınması gereken toplam enerji (hızlanma ve yavaşlama) çok büyük, 1970’lerde Pioneer 10 ve 11 ile Voyager 1 ve 2 sondlarının kullandığı, Güneş Sistemi’nden kurtulmak için gereken enerjiden bile fazla.

Harcanacak enerji miktarını azaltmak için Giuseppe Colombo, Merkür’e giderken Venüs’ün üzerinden geçerek “yerçekimi yardımı”ndan yararlanmayı öneriyor. Aslında bir sondu bir gezegenin yakınından geçerken, sondu yakıt tüketmeden hızlanabilir (veya geçiş geometrisine göre yavaşlayabilir). Bu manevra yakıt kullanmadan yavaşlamayı sağlamalı. Bu yenilikçi fikir ilk kez 1974’te Mariner 10 tarafından kullanıldı ve artık birçok gezegen sondu tarafından yaygın olarak kullanılıyor.

Mariner 10, bu Venus geçişine rağmen, Merkür’e ulaşmak için yalnızca beş ay harcayacak; oysa BepiColombo aynı yolu sekiz yılda kat edecek. BepiColombo’nun bu yolculuğu yedi yılda tamamlaması gerekiyordu, ancak iyonik motorlardaki anormallikler ESA operatörlerini varış tarihini bir yıl ertelemeye zorladı.

Süredeki fark, Mariner 10’un Merkür’ü geçiş amacıyla tasarlanması ve dolayısıyla yüksek hızla ulaşabilmesi; BepiColombo ise yörüngeye girmesi gerektiği için daha fazla yavaşlaması ve en az dokuz yerçekimi yardımı sağlaması gerekiyor: bir tane Dünya, iki tane Venus ve altı tane da kendisi Merkür üzerinden.

Sonuç olarak, Mariner 10, yakıtı tükene kadar mars 1974 ile mars 1975 arasında üç kez Merkür’ü geçecek. Geçiş geometrisinin yörüntür tarafından belirlenmesi nedeniyle Mariner 10, gezegenin yalnızca aydınlanmış tarafını gözlemiş ve onun yalnızca %45’ini haritalamıştır.

Merkür’e yakından bakış: Üçüncü gizem, manyetik alan

Mariner 10, bazı yönleriyle Ayımıza benzeyen, güçlü biçimde kraterle kaplı bir gezegen keşfetti. O dönemde bilim insanlarını oldukça şaşırtan başlıca keşif, bir manyetik alanın varlığıydı. Zaten Merkür’ün kendi etrafındaki yavaş dönüşü, bir manyetik alan üretebilen dahili bir dinamo etkisiyle uyumsuz görünüyordu. Oysa, Merkür’ün manyetik alanının yoğunluğu Dünya’nınkının %1’i kadar olsa da, güneş rüzgârını saptırmak için yeterlidir.

En 1992, l’antenne de communication de 70 mètres de Goldstone, en Californie, utilisée en mode radar, va sonder les pôles de Mercure. Des échos intenses sont identifiés en provenance de fonds de cratères perpétuellement à l’ombre, donc dans un froid glacial, et interprétés comme étant dus à la présence de glaces piégées dans ces cratères. Comme sur la Lune, la présence de glaces est attribuée à des impacts de comètes qui sont très riches en glace d’eau, celle-ci allant se piéger dans les cratères froids lors de l’impact, de la même façon que votre congélateur se charge en glace issue de la vapeur d’eau atmosphérique. La mission BepiColombo devra confirmer cette interprétation.

Trois décennies après Mariner 10, en 2004, la Nasa envoie Messenger, le premier orbiteur de Mercure, qui va étudier la planète entre 2011 et 2015.

Cette mission démontre que le champ magnétique est dû à un effet dynamo provenant de la rotation et de la convection d’un noyau de fer liquide. La mesure de la densité de la planète, très importante, révèle que celle-ci est constituée d’un très gros noyau, représentant 57 % du volume de la planète (en comparaison, le noyau terrestre ne représente que 17 % de son volume), et recouverte d’un manteau de 400 kilomètres d’épaisseur et d’une croûte d’environ 35 kilomètres.

Une hypothèse expliquant les petites tailles relatives de la croûte et du manteau, par rapport à ceux de la Terre, est que Mercure aurait subi une collision avec un planétésimal (c’est-à-dire un petit corps solide constitué de poussières et de gaz qui s’est aggloméré lors de la formation d’un système planétaire) qui aurait arraché une partie du manteau et de la croûte. Cette hypothèse devra être confirmée par la sonde BepiColombo.

Mystère numéro 4 : des rides et des cavités à la surface

Messenger’a atfedilen başka bir bulgu ise uzunluğu 1.000 kilometreye, yüksekliği 3 metreye kadar ulaşabilen çok sayıda kıvrımdır. Ay’da da görülen bu kıvrımlar, Merkür’de daha fazla ve daha belirgindir. Gezegen, varoluşunun 4,5 milyar yılı boyunca (Sistem’in geri kalanı gibi) soğurken büzüldüğü, bu da yüzeyi deforme ederek kıvrımlar oluşturduğu düşünülmektedir. Bu süreçte Merkür’ün oluşumundan bu yana 3 ile 10 metre arasında büzüldüğü tahmin edilmektedir.

Bunun yanı sıra, « hollows » (boşluklar) olarak adlandırılan gizemli çukurlar Messenger tarafından gezegenin çeşitli yerlerinde gözlemlenmektedir. Bu çukurların varlığı iyi anlaşılmamıştır. Olası yorumlardan biri, gezegenin belirli noktalarda gaz çıkardığına (degazmana) ve bu boşlukları ürettiğine dayanmaktadır. Yerçekimi kararlı bir atmosferi korumasına izin vermemesine rağmen, Merkür aslında Mariner 10 tarafından keşfedilen bir exosphère’a sahiptir; yani yüzeyden gaz çıkması veya güneş rüzgarıyla gelen gazlardan oluşan ve bileşenleri sürekli yenilenen dinamik bir denge.

BepiColombo’nun yanıtlamaya katkı sağlayacağı sorular

Kısacası, BepiColombo’nun, bu tarihi ayrıntıdan sonra tanıdık gelebilecek birçok soruya yanıt vermesi gerekiyor:

• İç yapısı, abartılı derecede büyük bir çekirdeğe sahip gezegenin iç yapısının kökeni nedir?

• Kutuplardaki bazı kraterlerin buzlarının kökeni ve bileşimi nedir?

• Merkür, manyetik alanını hangi mekanizma ile sürdürüyor?

• « hollows »nın oluşum mekanizması nedir?

• Gezegenin volkanik aktivite tarihi nedir?

• Exosphère’in bileşimi ve dinamiği nedir?

• Merkür’ün yörüngesinin dinamiği genel görelilik ile açıklanabiliyor mu?

• Güneş rüzgarı magnétosphère ile nasıl etkileşiyor?

• planètes
• Agence spatiale européenne (ESA)
• histoire des sciences
• système solaire
• planète Mercure