Przeglądałem z synem aplikację z ruchem planet i wtedy mignął mi Merkury, ten malutki, wiecznie zagnany przypalony kamień krążący przy samym Słońcu. Nagle wróciło wspomnienie: kiedyś oglądałem jego przejście przez tarczę słoneczną. Teleskop był skierowany w stronę Słońca, ale nie patrzyłem w okular, obraz rzucałem na białą kartkę na prowizorycznej „półce” z drutu. I tam, na papierze, działo się coś absurdalnie pięknego: maleńka kropka przesuwała się po jasnym krążku jak pyłek na reflektorze. Zresztą zaćmienia Słońca też tak oglądaliśmy.
I pomyślałem: Okej, fajny pokaz mechaniki nieba… ale czy ktoś w ogóle interesuje się Merkurym na serio? Z planetami zwykle jest jak z celebrytami: jedne mają PR, inne stoją w cieniu. Merkury wyglądał jak ten, o którym wszyscy pamiętają tylko przy tranzycie.
Z Merkurym było do tej pory trochę jak z kolegą z pierwszej ławki: wszyscy wiedzą, że istnieje, ale mało kto naprawdę go odwiedza. A jednak… jeśli spojrzeć na historię, to te „wizyty” są jak rzadkie komety:
Mariner 10 (NASA) w latach 1974–1975 przeleciał obok Merkurego trzy razy i przywiózł tysiące zdjęć, pokazując nam prawie połowę powierzchni planety. Potem… cisza. Ponad 30 lat przerwy w odwiedzinach tego „pierwszego przy Słońcu”.
MESSENGER (NASA) i to już była wizyta „na serio”, bo sonda weszła na orbitę i pracowała tam ponad cztery lata (2011–2015). To dzięki niej wiemy m.in. dużo więcej o składzie powierzchni, historii geologicznej i o tym, że w okolicach biegunów są depozyty zdominowane przez lód wodny. (Tak, lód. Na planecie kojarzonej z patelnią.)
i w zasadzie niewiele więcej, by wreszcie wreszcie BepiColombo (ESA + JAXA) poleciał i zajął się tym zapomnianym globem. tu robi się najciekawiej.
Źródło zdjęcia: ESA–CNES–Arianespace, 2018.
Siedem lat temu (start 20 października 2018) ESA i JAXA odpaliły w stronę Merkurego misję BepiColombo. I to jest ważne: nie „sondę”, tylko dwa orbitery naukowe. Europejski MPO ma patrzeć na samą planetę z bliska, a japoński Mio (dawniej MMO) ma krążyć dalej i badać to, co Merkurego otula i smaga: pole magnetyczne, plazmę i wiatr słoneczny. No tak, ale to było kilka lat temu, a ja o tym piszę teraz? No właśnie: dopiero teraz „ekipa” naprawdę dojeżdża do przystanku końcowego. ESA podaje, że wejście na orbitę Merkurego jest planowane na listopad 2026, a regularna nauka ruszy na początku 2027. Wobec czego najpierw mała dygresja i wracamy do misji BepiColombo.
Muszę Wam coś napisać o drodze i odległościach bo robi się dziwnie.Merkury jest nieprzyzwoicie daleko (ale to i tak pikuś w gdy piszemy o innych planetach czy galaktykach). Średnia odległość Ziemia–Merkury to około 155 milionów kilometrów. To jakieś 403 “odległości Ziemia–Księżyc” ustawione w jednym rzędzie. I nawet światło potrzebuje na taki dystans około 8,6 minuty. A w praktyce bywa bliżej albo dalej, zależnie od tego, gdzie akurat są planety na orbitach w skrajnych ustawieniach rząd wielkości to około 77 do 222 mln km zależnie od tego, gdzie akurat są planety na orbitach w skrajnych ustawieniach rząd wielkości to ~77–222 mln km). A teraz czy to naprawdę daleko?
Po drugie: to nie jest Google Maps, gdzie ustawiasz trasę „Łódź → Warszawa”, jedziesz i Warszawa grzecznie czeka w tym samym miejscu.
Z Merkurym (i w zasadzie z każdym ciałem niebieskim) jest tak, że jakbyście polecieli „tam, gdzie on jest teraz”, to po drodze odkrylibyście brutalną prawdę: jego już tam nie ma. Punkt docelowy porusza się po orbicie, i to w trzech wymiarach, a Wy nie jedziecie po asfalcie, tylko negocjujecie z geometrią Układu Słonecznego.
Projektując drogę, trzeba brać pod uwagę odległość, kierunek i prędkość ruchu celu oraz rzecz najbardziej bezlitosną: koszty, czyli paliwo i energię. I tu pojawia się paradoks, który uwielbiam: lot „bliżej Słońca” wcale nie jest łatwiejszy. Żeby zejść do Merkurego, trzeba względem Słońca… wyhamować. A hamowanie w kosmosie bywa droższe niż rozpędzanie.
Dlatego między innymi stosuje się proce grawitacyjne i dlatego ten lot jest tak długi: statek „podkrada” trochę zmiany prędkości planetom, przelatując obok nich w odpowiednim miejscu i czasie. BepiColombo zaliczył przelot koło Ziemi i Wenus, a potem serię przelotów koło samego Merkurego, ostatni taki „ostatni szlif” trajektorii to przelot z 8 stycznia 2025, który ESA opisuje jako finalny manewr asysty grawitacyjnej potrzebny, by w końcu dać się złapać na orbitę w 2026.
I jeszcze jedno: to nie jest tak, że „wydłużamy lot i nic się nie dzieje”. Po drodze też wpadają konkretne bonusy: podczas piątego przelotu (1 grudnia 2024) misja wykonała pierwsze w historii obserwacje Merkurego w średniej podczerwieni, a podczas przelotów w 2024/2025 sypnęło też świetnymi zbliżeniami kraterów i rejonów biegunowych. To trochę jakbyś jechał na wymarzoną wyprawę i już na stacjach po drodze dostawał materiały do reportażu.
Co BepiColombo będzie badać „na miejscu” i jak?
BepiColombo to duet dwóch braci, ale jeśli miałbym ich rozróżnić po charakterze, to MPO (ESA) jest tym typem, który bierze plecak, lupę, notes i mówi: „Dobra, pokaż mi skały. I jeszcze raz, tylko dokładniej.” Mio woli mapy o oglądanie wszystkiego z innych stron.
MPO to jest geolog z lupą + geodeta + fotograf od map w jednym. Ma latać nisko nad Merkurym po polarnej orbicie (mniej więcej 480 × 1500 km) i interesują go trzy rzeczy: jak wygląda powierzchnia, co to za materiały i co ta planeta ma w środku. To nie jest prosty aparat z kilkoma obiektywami to złożone urządzenie i składa się z:
Moduł MERTIS patrzy w podczerwieni: z jednej strony widzi temperaturę, z drugiej rozróżnia rodzaje skał po tym, jak emitują promieniowanie cieplne.
To jest trochę jak termowizja połączona z badaniem „z czego to jest zrobione”, tylko zamiast ściany domu mamy rozgrzaną powierzchnię planety.
Moduł SIMBIO-SYS To pakiet do obrazowania i spektroskopii: zdjęcia + „kolory, których nie widzi oko”. SIMBIO-SYS ma mapować powierzchnię tak, żeby dało się rozróżnić różne jednostki geologiczne i ich skład. Czyli nie tylko: „ładny krater”, ale: „krater z materiału A, obok płaty materiału B, a tu ślady czegoś, co wygląda jak geologiczna opowieść sprzed miliardów lat.” Będzie też sprawdzał czy faktycznie w niektórych kraterach może być lód.
Moduł MIXS Tu robi się pięknie podstępnie: Słońce bombarduje Merkurego promieniowaniem X, a skały odpowiadają… fluorescencją rentgenowską. MIXS „zbiera odpowiedź” i pozwala wyciągnąć skład pierwiastkowy powierzchni. Jakby Merkury mówił: „zobacz, ile mam magnezu, krzemu i innych składników”.
Moduł MORE to instrument, który nie tyle patrzy, co słucha, jak zachowuje się orbita sondy. Bardzo precyzyjne śledzenie radiowe pozwala odtworzyć pole grawitacyjne Merkurego.
A z grawitacji da się wyczytać wnętrze: jak jest zbudowany, jak rozłożona jest masa, co siedzi pod skorupą. Bonusowo: w tak silnym polu grawitacyjnym Słońca da się też robić bardzo czułe testy fizyki.
Moduł SERENA to zestaw czujników od neutralnych atomów i jonów. Łapie to, co ulatuje i krąży nad Merkurym w jego skrajnie rozrzedzonej „atmosferze” (egzosferze).
I spina całą historię w logiczny łańcuch: powierzchnia → egzosfera → magnetosfera. Co jest wybijane przez mikrometeoroidy? Co wyrywa wiatr słoneczny? Co ucieka, a co wraca? To trochę jak analiza „zapachu” planety.
Mio – brat, który nie ogląda skał. On ogląda… to, co skały dostają po głowie
Jeśli MPO jest geologiem od map, to Mio (JAXA) jest kimś w rodzaju meteorologa tylko że nie od deszczu, a od kosmicznej pogody. Bo Merkury, biedak, żyje tuż przy Słońcu i obrywa od niego nieustannym biczem wiatru słonecznego. Japońscy naukowcy wykoncypowali: nie patrzymy tylko na planetę, ale też na to, co się dzieje wokół niej. Bo część tajemnic Merkurego nie leży w kraterach, tylko w tym, jak jego (dość dziwne) pole magnetyczne walczy (albo nie walczy) z naporem Słońca. Czym to wszystko bada? A na przykład:
Modułem MGF. To jest podstawowy zmysł Mio: mierzy pole magnetyczne (magnetometr). Dzięki temu powinniśmy dowiedzieć się, gdzie jest „bańka ochronna”, jak się odkształca, gdzie ma dziury, gdzie robi się turbulencja.
Moduł MPPE – licznik cząstek, który mierzy elektrony i jony w różnych energiach.
To one są „pogodą” w kosmosie: czasem spokojny wiatr, czasem strzał jak z myjki ciśnieniowej. Z tych danych da się wyczytać, skąd cząstki przyszły, jak się rozpędzają i gdzie są „strefy burzowe”.
Moduł PWI to „mikrofon” magnetosfery naukowcy założyli, że jeśli magnetosfera to instrument muzyczny, to PWI słucha, jak gra. Mierzy fale plazmowe oraz zmiany pól elektrycznych i magnetycznych. Po co? Bo fale to często znak, że gdzieś dzieje się transfer energii, rekoneksja, przyspieszanie cząstek – czyli rzeczy, które w kosmosie odpowiadają za „zorzę”, tylko że na Merkurym jest to dużo bardziej… surowe. Tam nie doświadczymy zorzy jaką znamy u nas na naszej kochanej Ziemi. Tam atmosfera jest szczątkowa i zorza przejawia swoje oblicze w spektrum dla nas niewidocznym (np. promieniowanie X)
Moduł MSASI – detektyw od egzosfery Merkury nie ma atmosfery jak Ziemia (kilka linijek temu też o tym pisałem), ale ma egzosferę – ultrarozrzedzoną otoczkę atomów, które są wybijane z powierzchni (poprzez mikrometeoroidy, wiatr słoneczny, promieniowanie). MSASI patrzy m.in. na sód w ultrafiolecie i pomaga śledzić, jak ta „mgiełka” zmienia się w czasie. Najogólniej to MPO mówi „jaki jest grunt”, a Mio pyta: „co z tego gruntu właśnie ucieka?”
Moduł MDM – łapacz pyłu. Pył w kosmosie brzmi jak nic, ale potrafi wiele powiedzieć. Drobiny uderzające w powierzchnię mogą wybijać atomy, dokładać materiał do egzosfery, zmieniać lokalnie warunki. MDM ma rejestrować te mikrouderzenia i pomagać odpowiedzieć na pytanie: ile z tego, co „wisi” nad Merkurym, bierze się z pyłu, a ile z wiatru słonecznego?
BepiColombo to duet „dwóch braci”, o różnych charakterach ale mimo to współpracujących i wspierających się. Do naprawdę świetne narzędzie i pokaz ciekawych rozwiązań (a nie tylko szeregu kosmicznych nazw – co tam naukowcom dodają do kawy, że zawsze znają jakieś wymyślne określenie na „aparat fotograficzne”).
Podsumowanie
Gdy ten duet wreszcie wejdzie na swoje docelowe orbity, naukowcy liczą na kilka dużych „aha!” – takich, które nie są tylko ciekawostką o jednej planecie, ale kawałkiem instrukcji obsługi planet skalistych i poradnikiem przetrwania w strefie, gdzie Słońce nie świeci, tylko napiera.
- Dlaczego Merkury w ogóle ma pole magnetyczne?
Jest mały, a jednak coś w jego wnętrzu nadal pracuje. Czy to „serce” planety bije inaczej niż ziemskie? Co to mówi o rdzeniu i historii stygnięcia? - Skąd się wzięła jego dziwna gęstość i „żelazność”?
Merkury jest jak planeta zrobiona z ciężkich składników bardziej niż by się spodziewać. Czy to efekt dawnych kolizji, czy innej historii powstawania blisko Słońca? - Jak wygląda chemia powierzchni, kiedy Słońce stoi metr od twarzy?
(No dobra, prawie.) Jak zmienia się minerał po miliardach lat w „słonecznym grillu”? Gdzie są różnice w składzie i co mówią o ewolucji skorupy? - Co naprawdę dzieje się w egzosferze i skąd biorą się tam atomy?
Czy dominuje wiatr słoneczny, mikrometeoroidy, a może oba na zmianę – jak dwa różne „tryby” doby na Merkurym? - Jak działa magnetosfera w ekstremum blisko Słońca?
To może być lekcja nie tylko o Merkurym: to naturalne laboratorium procesów, które rządzą kosmiczną pogodą, a pośrednio wpływają też na nasze satelity i technologie.
Najładniejsze jest to, że te odpowiedzi nie przyjdą jako jedna wielka „tajemnica rozwiązana” na koniec odcinka. One będą się składać jak puzzle: jedno dopowie MPO, drugie dośpiewa Mio, a trzecie wyjdzie dopiero wtedy, gdy porównasz dane z obu naraz. Nie jedno genialne zdjęcie, tylko spójny obraz z wielu warstw. I bardzo dobrze bo to oznacza, że na Merkurym zaczyna się robota na lata. A ja mam wrażenie, że dopiero teraz robi się naprawdę ciekawie. Czekam i jak coś dam znać co tam się dzieje.
Ciekawe linki:
- https://www.esa.int/ESA_Multimedia/Keywords/System/BepiColombo_MPO/(result_type)/videos filmy z dotychczasowych przelotów
- https://www.esa.int/Science_Exploration/Space_Science/BepiColombo/Top_five_Mercury_mysteries_that_BepiColombo_will_solve najważniejsze poszukiwania BepiColombo
Trudniejsze pojęcia:
Mapa geochemiczna – mapa pokazująca, jak na powierzchni planety rozkładają się pierwiastki i związki chemiczne (np. magnez, krzem, siarka).
Depozyty lodu wodnego – miejsca, gdzie w wiecznie zacienionych rejonach (np. kraterach polarnych) może zalegać lód, bo temperatura nigdy nie pozwala mu wyparować.
Obrazowanie w „fałszywych kolorach” – sposób prezentacji danych, w którym kolory nie odpowiadają temu, co widzi oko, tylko np. różnicom składu, temperatury lub jasności w innych zakresach światła.
Egzosfera – skrajnie rozrzedzona „atmosfera” z pojedynczych atomów i cząstek krążących nad powierzchnią, które łatwo uciekają w przestrzeń.
Altimetr laserowy – urządzenie mierzące wysokości terenu, wysyłając impuls laserowy i licząc czas jego powrotu po odbiciu od powierzchni.
Spektroskopia / spektrometria – technika badania materii poprzez analizę widma promieniowania (pochłaniania/emisji), żeby ustalić skład lub własności fizyczne.
Spektroskopia obrazująca – spektroskopia połączona ze zdjęciem, gdzie dla każdego punktu obrazu dostajesz informację o widmie, a więc i o składzie.
Widmo elektromagnetyczne – pełny „zestaw” rodzajów promieniowania od fal radiowych, przez podczerwień i światło widzialne, po UV, rentgen i gamma.
Rekoneksja magnetyczna – proces, w którym linie pola magnetycznego „przepinają się”, gwałtownie uwalniając energię i przyspieszając cząstki.
Magnetosfera – obszar wokół planety, w którym jej pole magnetyczne w dużej mierze kontroluje ruch naładowanych cząstek i osłabia napór wiatru słonecznego.
Inklinacja orbity – kąt nachylenia orbity względem wybranej płaszczyzny odniesienia (np. równika planety albo ekliptyki).
Magnetopauza – granica magnetosfery, gdzie napór wiatru słonecznego równoważy się z „ciśnieniem” pola magnetycznego planety.
Asysta grawitacyjna / proca grawitacyjna – manewr przelotu obok planety, który pozwala zmienić prędkość i kierunek lotu statku kosmicznego, „pożyczając” odrobinę energii orbitalnej od tej planety.
Tranzyt – przejście planety na tle tarczy gwiazdy (np. Merkurego na tle Słońca), widoczne jako mała kropka przesuwająca się po jasnym dysku.
Do następnego artykułu
Aleksander Marcin Sanetra