Nach einer achtjährigen Reise mit neun Milliarden Flugkilometern durch das innere Sonnensystem wird BepiColombo, eine gemeinsame Mission der Europäischen Weltraumorganisation ESA und der Japanischen Raumfahrtagentur JAXA, Ende 2026 ihr Ziel, den Planeten Merkur, erreichen.

In Österreich sind neben dem Grazer Institut für Weltraumforschung (IWF) der Österreichischen Akademie der Wissenschaften (ÖAW) die beiden Weltraumfirmen Beyond Gravity Austria und Terma Technologies maßgeblich an der Mission beteiligt. Ein technologisch wesentlicher Aspekt dabei ist der Hitzeschutz der Raumsonde, wissenschaftlich stehen die Erforschung des Merkur-Magnetfeldes und die Untersuchung der dünnen Atmosphäre des Planeten im Mittelpunkt.

BepiColombo startete am 20. Oktober 2018 an Bord einer Ariane‑5-Trägerrakete vom europäischen Weltraumbahnhof Kourou in Französisch-Guayana. Es ist Europas erste Mission zum Merkur, dem innersten, kleinsten und am wenigsten erforschten Gesteinsplaneten unseres Sonnensystems. Bisher besuchten erst zwei US-amerikanische Raumsonden den Merkur: Mariner 10 in den 70er-Jahren und MESSENGER von 2011 bis 2015. BepiColombo ist zudem die erste Mission, bei der zwei Raumsonden - der Mercury Planetary Orbiter (MPO) der ESA und der Mercury Magnetospheric Orbiter (Mio) der JAXA - auf den Weg zum Merkur gebracht wurden, um zeitgleich einander ergänzende Messungen des Planeten, seiner Wechselwirkung mit der nahen Sonne und seiner dynamischen Umgebung vorzunehmen.

Obwohl der Merkur relativ nahe an der Erde liegt (im Durchschnitt etwa 77 Millionen Kilometer), ist die Reise dorthin aufgrund der starken Gravitationskräfte der Sonne äußerst anspruchsvoll. BepiColombo benötigte aus diesem Grund einen Vorbeiflug an der Erde, zwei Vorbeiflüge an der Venus und sechs am Merkur selbst sowie ein solarelektrisches Antriebssystem, um gegen die gewaltige Anziehungskraft der Sonne in eine stabile Merkurumlaufbahn einschwenken zu können.
 

Nach der Abtrennung vom Transfermodul MTM werden die verbleibenden Bremsmanöver mithilfe des chemischen Antriebssystems von MPO durchgeführt, um die beiden wissenschaftlichen Satelliten ans Ziel zu bringen. Bevor die wissenschaftliche Phase der Mission im April 2027 endlich beginnen kann, gilt es einige bedeutende und äußerst kritische Zwischenziele zu erreichen.

Am 21. November 2026 erfolgt ein entscheidendes Abbremsmanöver, damit MPO und Mio gemeinsam vom Gravitationsfeld des Merkur in eine 674 x 178.000 km Umlaufbahn eingefangen werden. Danach erfolgen fünf weitere Bremsaktivitäten, bis Mio gegen Mitternacht von 9. auf 10. Dezember 2026 von seinem europäischen Partner-Raumschiff abgekoppelt und in seine wissenschaftliche Umlaufbahn von 590 x 11.640 km entlassen wird. Ab diesem Zeitpunkt muss Mio erstmals selbständig den Kontakt zur Erde aufnehmen und seine Lebensfähigkeit in der äußerst heißen Umgebung des Merkurs unter Beweis stellen.

Am 16. Dezember 2026 wird das Thermalschild, das Mio während der gesamten Reise von der extremen Sonneneinstrahlung geschützt hat, von MPO abgekoppelt. Letztendlich wird sich MPO durch weitere chemische Bremsmanöver bis 10. März 2027 in seine sehr nahe, finale Umlaufbahn von 480 x 1.500 km bringen.
 

"Die magnetische Struktur des gesamten Merkur bleibt ein großes Rätsel", so Daniel Schmid.

Das Grazer Weltrauminstitut der ÖAW ist an den Magnetfeldmessgeräten auf beiden Raumsonden beteiligt. Beim Magnetometer auf dem japanischen Mio hat das IWF die Federführung. Das MPO-Magnetometer steht unter der Leitung der Technischen Universität Braunschweig. Im Mittelpunkt der Untersuchungen am IWF werden das von Mariner 10 überraschend entdeckte planetare Magnetfeld und dessen dynamische Wechselwirkung mit der sehr nahen Sonne stehen. "Während uns MESSENGER wertvolle Daten der Nordhalbkugel geliefert hat, bleibt die magnetische Struktur des gesamten Merkur ein großes Rätsel. Vor allem die Frage, ob sein Inneres flüssig ist, stellt die Planetenforschung vor ein echtes Paradoxon: Bei dieser geringen Größe müsste der Kern längst erstarrt sein", so IWF-Forscher Daniel Schmid, der die wissenschaftliche Leitung für das japanische Magnetfeldmessgerät innehat. "Mit BepiColombo wollen wir nun erstmals entschlüsseln, wie ein so kleiner Planet den Dynamoprozess für ein globales Magnetfeld bis heute aufrechterhalten kann."

"Zum ersten Mal kann direkt der Einfluss der Sonne auf die dünne Atmosphäre des Planeten untersucht werden", erläutert Ali Varsani.

Ein weiteres Instrument, das unter der Führung des IWF für die Nutzlast des MPO entwickelt und gebaut wurde, ist die Ionenkamera PICAM. Mit diesem Massenspektrometer wird untersucht, wie Neutralteilchen aus der Merkuroberfläche herausgeschlagen, ionisiert und in die Umgebung des Planeten befördert werden. "Zum ersten Mal kann direkt der Einfluss der Sonne auf die dünne Atmosphäre des Planeten untersucht werden", erläutert Ali Varsani, der für PICAM verantwortliche IWF-Wissenschaftler.
 

"Mit BepiColombo ist Österreich auf dem Weg ins Zentrum unseres Sonnensystems", so Christiane Helling.

Wenn BepiColombo Ende 2026 beim Merkur ankommt, werden die Hightech-Instrumente an Bord trotz der extremen Hitze an der Außenhülle der Satelliten mindestens zwei Jahre lang hochgenaue Daten über den kleinsten und am wenigsten erforschten Gesteinsplaneten sammeln. "Mit BepiColombo ist Österreich auf dem Weg ins Zentrum unseres Sonnensystems. Im April 2027 beginnt die wissenschaftliche Erkundung des innersten Planeten, der einer zehnfach höheren Sonnenintensität als die Erde ausgesetzt ist. Aus diesem Grund müssen auch unsere Messinstrumente enormen Belastungen standhalten", so IWF-Direktorin Christiane Helling.

Merkur ist der einzige Planet im Sonnensystem, der wie die Erde ein eigenes - aber etwa 150-mal schwächeres - Magnetfeld besitzt. Mit BepiColombo kann dieses Magnetfeld und seine Beeinflussung durch den Sonnenwind auf völlig neue Weise untersucht werden. Erstmals werden zwei Raumsonden das Magnetfeld gleichzeitig präzise vermessen, um den inneren Aufbau des Merkur zu erforschen und Unterschiede und Gemeinsamkeiten mit dem Erdkern zu untersuchen. Dadurch wird auch die innere Struktur unseres Heimatplaneten besser verstanden.