BEPICOLOMBO
Der Merkur in drei Dimensionen
Redaktion / idw / Pressemitteilung der Universität Bern
astronews.com
6. Oktober 2016

Im April 2018 soll die europäisch-japanische Mission BepiColombo zum Merkur starten. An Bord einer der beiden Sonden der Mission wird sich ein jetzt fertiggestellter Laser-Höhenmesser befinden, der die Oberfläche des sonnennächsten Planeten abtasten soll. Bei dessen Entwicklung fühlte sich das Team an der Universität Bern auch von Albert Einstein inspiriert.

Die europäisch-japanische Mission BepiColombo soll ab 2024 den sonnennächsten Planeten Merkur erkunden. Bild: ESA [Großansicht]

Seit 2005 wurde das Laser-Altimeter unter der Leitung des Center for Space and Habitability (CSH) der Universität Bern von einem Forschungsteam mit Beteiligten aus der Schweiz, Deutschland und Spanien entwickelt. Im April 2018 tritt BELA, das steht für BepiColombo Laser Altimeter, an Bord des Mercury Planetary Orbiter der europäischen Weltraumagentur ESA seine 80 Millionen Kilometer lange Reise zum Planeten Merkur an. Einmal dort angekommen, schwenkt BELA in eine Umlaufbahn ein und soll ab 2024 die Topografie des Planeten aufzeichnen. Gestern wurde BELA an die ESA übergeben.

"Bisher hatten wir dank Kameraaufnahmen 2D-Bilder des Planeten. BELA wurde geschaffen, um uns die Analyse der dritten Dimension zu ermöglichen", sagt Co-Projektleiter Nicolas Thomas vom CSH. Mit einem Hochleistungslaser ermittelt BELA die Distanz zwischen seiner Raumsonde und der Planetenoberfläche.

Dabei werden vom Infrarotlaser kurze Impulse zum Planeten ausgesendet, dort von der Oberfläche reflektiert und zurück am Orbiter von einem Ultraleichtgewichts-Teleskop, das in der Schweiz designt wurde, empfangen. So kann gemessen werden, wie lange der Laserimpuls unterwegs war, und daraus lässt sich später die Topografie der Planetenoberfläche berechnen. Die Messgenauigkeit von BELA liegt unter einem Meter auf eine Entfernung von 1000 Kilometern. Thomas veranschaulicht dies wie folgt: "Das ist, als würde man von Hamburg aus die Distanz zur Eiger-Nordwand auf einen Meter genau messen".

"Zusammen mit unseren Partnern aus der Industrie in der Schweiz, in Deutschland und Spanien haben wir es geschafft, ein äußerst präzises Messinstrument herzustellen", sagt Karsten Seiferlin, der BELA-Projektmanager. "Auf der Erde sind Laser-Entfernungsmesser heute normal. Doch so ein Gerät herzustellen, das unter 14 Kilogramm wiegt und Entfernungen von über 1000 Kilometern im Weltall misst, war eine enorme Herausforderung."

Der vom Merkur reflektierte Laserimpuls umfasst nur noch wenige hundert Photonen und kann deshalb nur von einem hochentwickelten Teleskop erfasst werden. Die Entwicklung eines solchen Instruments war gerade auch deshalb keine leichte Aufgabe, weil der Merkur der sonnennächste Planet ist und in seiner Umlaufbahn Temperaturen von bis zu 200 Grad Celsius herrschen. Als größtes Problem stellte sich jedoch der enorme Energieverbrauch der Lasers in einem sehr kurzen Zeitfenster dar: "Wir mussten die üblichen Anforderungen für die Erdung von Raumfahrtsinstrumenten bei weitem übertreffen", erklärt Thomas.

"An der Entwicklung der Elektronik haben sechs verschiedene Organisationen zusammengearbeitet. Um das Experiment erfolgreich zu gestalten, mussten wir in mehreren Fällen völlig neue technische Lösungen finden", berichtet Thomas. "Aber BELA wird viel dazu beitragen, dass wir den Planeten Merkur in Zukunft besser verstehen. Für Albert Einstein waren die Erkenntnisse über die Bewegungen des Merkur enorm wichtig bei der Entwicklung der Relativitätstheorie. Es ist ein schöner Gedanke, dass die Universität Bern, an der er tätig war, mit diesem Messinstrument eine führende Rolle bei der Erforschung dieses Planeten einnimmt."

Die BepiColombo-Mission der europäischen Weltraumagentur ESA besteht aus zwei Raumfahrzeugen. Der Mercury Planetary Orbiter wird von der ESA selbst gebaut, der Mercury Magnetospheric Orbiter von der japanischen Weltraumbehörde JAXA. Beide Orbiter fliegen in einem gekoppelten System zum Merkur, wo sie sich trennen, um in unterschiedlichen Umlaufbahnen ihre Arbeit aufzunehmen. Das BepiColombo Laser Altimeter ist eines der Hauptexperimente an Bord des Mercury Planetary Orbiter.