Η διαστημική αποστολή Bepi Colombo βρίσκεται καθ’ οδόν για τον κοντινότερο στον Ήλιο και πλέον ανεξερεύνητο πλανήτη του ηλιακού μας συστήματος, Ερμή. Οι ελιγμοί βαρυτικής ώθησης σε συνδυασμό με την καινοτόμο τεχνολογία των ηλιο-ηλεκτρικών προωθήσεων οδηγούν το σκάφος της αποστολής σε ένα πολυετές πολύπλοκο ταξίδι προς τον μικρό, βραχώδη πλανήτη, με στόχο τη συλλογή ζωτικών πληροφοριών για τα φυσικά χαρακτηριστικά του, την προέλευση του ηλιακού συστήματος και την επίδραση του πεδίου βαρύτητας του Ήλιου στην τροχιά του.
Ο πλανήτης Ερμής
Παγιδευμένος στο ισχυρό πεδίο βαρύτητας του Ήλιου, ο Ερμής διαγράφει ελλειπτική τροχιά μεγάλης εκκεντρότητας, με περιήλιο (το σημείο της τροχιάς με τη μικρότερη απόσταση από τον Ήλιο) σε απόσταση μόλις 46 εκατομμυρίων χιλιομέτρων και αφήλιο (το σημείο της τροχιάς με τη μεγαλύτερη απόσταση από τον Ήλιο) σε απόσταση 70 εκατομμυρίων χιλιομέτρων.
Το γεγονός πως πρόκειται για εσωτερικό πλανήτη σε συνδυασμό με την μεγάλη εκκεντρότητα και την υψηλή ταχύτητα περιφοράς γύρω από τον Ήλιο, προκαλούν ανάδρομες κινήσεις του πλανήτη στον γήινο νυκτερινό ουρανό κατά τη διάρκεια του έτους. Αυτές οι φαινόμενες παλινδρομήσεις στον ουράνιο θόλο ευθύνονται για την ταύτισή του κατά την αρχαιότητα με τον θεό Ερμή, τον αγγελιαφόρο των θεών.
Οι θερμοκρασίες στον Ερμή αγγίζουν κατά τη διάρκεια της ημέρας τους 425 βαθμούς Κελσίου και κατά τη διάρκεια της νύκτας βυθίζονται στους -180 βαθμούς Κελσίου. Ωστόσο, λόγω της έλλειψης ατμόσφαιρας και αερίων του θερμοκηπίου, ο θερμότερος πλανήτης του ηλιακού συστήματος είναι η Αφροδίτη. Ο Ερμής είναι ένας αδικαιολόγητα πυκνός πλανήτης, δεδομένης της μικρής μάζας του. Η μέση πυκνότητά του είναι 5.4 φορές μεγαλύτερη από εκείνη του νερού, που ξεπερνάει τόσο εκείνη της Γης, όσο την αντίστοιχη της Αφροδίτης. Απρόσμενη θεωρήθηκε η ανακάλυψη ότι ο πλανήτης περιστρέφεται γύρω από τον άξονά του με περίοδο της τάξης των 58.6 Γήινων ημερών. Η αποκάλυψη αυτή ήρθε να ανατρέψει την πεποίθηση ότι είναι παλιρροϊκά κλειδωμένος στον Ήλιο έχοντας στραμμένο πάντα τo ίδιο ημισφαίριο σε αυτόν (κατ’ αναλογία με το σύστημα Γης-Σελήνης), αποδεικνύοντας πως πραγματοποιεί τρεις περιστροφές για κάθε δύο περιφορές γύρω από τον Ήλιο. Επιπλέον, έκπληξη προκάλεσε στους ερευνητές το γεγονός πως παρά τον ογκώδη υπέρπυκνο πυρήνα του και τη χαμηλή ταχύτητα (ιδιο)περιστροφής, ο Ερμής φαίνεται πως συντηρεί ένα ισχνό μεν (περίπου εκατό φορές ασθενέστερο από εκείνο της Γης), ανιχνεύσιμο δε μαγνητικό πεδίο, όντας μάλιστα ο μοναδικός βραχώδης πλανήτης πέρα από τη Γη με αυτήν την ιδιότητα. Ως επακόλουθο, της ύπαρξης μαγνητικού πεδίου ο πλανήτης διατηρεί περιορισμένη μαγνητόσφαιρα που διαταράσσεται συχνά από επαναλαμβανόμενες ριπές του ηλιακού ανέμου που την περιβάλλει. Πάντως, η μικρή ταχύτητα περιστροφής σε συνδυασμό με την ύπαρξη πυκνού πυρήνα δεν είναι συμβατές με τη θεωρία του εσωτερικού ηλεκτρικού δυναμό, που θεωρείται η γενεσιουργός αιτία των πλανητικών μαγνητικών πεδίων.
Συναρπαστικές ανακαλύψεις και αναπάντητα ερωτήματα
Ο μικρός βραχώδης πλανήτης παρότι εγγύτερος στον Ήλιο από οποιονδήποτε άλλον στο ηλιακό σύστημα, παρέμενε μέχρι πρότινος στην αφάνεια, ενώ είναι χαρακτηριστικό πως μόλις δύο διαστημικές αποστολές αφιερώθηκαν τις περασμένες δεκαετίες στην εξερεύνησή του. Η πρώτη εκτοξεύθηκε το 1973 από την NASA με την ονομασία Mariner 10 και εφοδίασε τους επιστήμονες με τις πρώτες κοντινές εικόνες της ιδιόμορφης επιφάνειας του πλανήτη στην ιστορία. Για περισσότερα από 30 χρόνια το Mariner 10 ήταν το μοναδικό διαστημικό σκάφος που εστάλη για να προσεγγίσει τον μικρό ιδιόμορφο πλανήτη μέχρι το 2004, όταν η αποστολή MESSENGER κατάφερε να τον επισκεφτεί ξανά.
Τα επιστημονικά ευρήματα των δύο αποστολών ήταν πλούσια και συνθέτουν το μεγαλύτερο μέρος της γνώσης μας για τον πλανήτη μέχρι σήμερα. Έφεραν στην επιφάνεια πληροφορίες για τη μορφολογία του πλανήτη και αποκάλυψαν μία ανάγλυφη, αρχέγονη (χρονολογείται στις απαρχές του ηλιακού συστήματος) επιφάνεια με τραχιά, εκτεταμένα υψίπεδα που συνδυάζουν λείες, ομαλές κοιλάδες με κρατήρες, ενώ παρατηρήθηκαν και φαινομενικά ανέπαφες από βομβαρδισμούς ουρανίων αντικειμένων περιοχές. Οι περιοχές αυτές φαίνεται πως σχηματίστηκαν από τα βραχώδη απομεινάρια του πρώιμου ηλιακού συστήματος που προσέκρουαν στους νεοσύστατους πλανήτες και εν τέλει ομαλοποιούσαν τμήματα των υψιπέδων, γεμίζοντας σταδιακά τους παλαιότερους κρατήρες. Στα χαμηλότερα επίπεδα εντοπίζονται λείες πεδιάδες με μικρό αριθμό διάσπαρτων κρατήρων που εικάζεται πως μορφοποιήθηκαν λόγω της έντονης ηφαιστειακής δραστηριότητας του πλανήτη ή της αναπήδησης και διάχυσης καυτής λάβας έπειτα από βίαιες συγκρούσεις με εισερχόμενα ουράνια αντικείμενα. Ο κρατήρας Caloris θεωρείται το εντυπωσιακό αποτέλεσμα μίας τέτοιας κολοσσιαίας πρόσκρουσης ουράνιου αντικειμένου αφού η πλήρης δομή του εκτείνεται σε περιοχή με διάμετρο 1.500 χιλιομέτρων και περιβάλλεται από ορεινούς όγκους ύψους δύο χιλιομέτρων. Εικάζεται πως η σύγκρουση που ευθύνεται για τη δημιουργία του επηρέασε τη μορφολογία ολόκληρου του πλανήτη και πυροδότησε έντονη σεισμική δραστηριότητα που διαδόθηκε μέχρι την επιφάνεια του αντίπερα ημισφαιρίου.
Μεταξύ των εντυπωσιακών ευρημάτων των δύο αποστολών περιλαμβάνεται ακόμα η διαπίστωση ότι ο πυρήνας του πλανήτη ξεκινάει σε βάθος μόλις 400 χιλιομέτρων από την επιφάνεια του και η ανακάλυψη περίπου 1 τρισεκατομμυρίου τόνων πάγων νερού στις περιοχές των πόλων. Το MESSENGER απέστειλε τις πρώτες ευκρινείς εικόνες περιοχών που φιλοξενούν τις αινιγματικές «κοιλότητες», όπως ονομάστηκαν, του Ερμή. Πρόκειται για ρηχές, ιδιόμορφες, συχνά λαμπρές στο εσωτερικό τους, θλίψεις (υποχωρήσεις) εδάφους, οι οποίες συνθέτουν ένα φαινόμενο δίχως ανάλογο στο ηλιακό σύστημα. Η μορφή τους παραπέμπει σε φαινόμενα εξάχνωσης τα οποία όμως δεν αιτιολογούνται με βάση τη βραχώδη σύσταση του περιβάλλοντος των «κοιλοτήτων» και την προϊστορία της επιφάνειας του πλανήτη. Θεωρείται δε, πως πρόκειται για δυναμικά εξελισσόμενο και όχι στατικό φαινόμενο. Στο αινιγματικό φαινόμενο προστέθηκε μία ακόμη έκπληξη για τους επιστήμονες καθώς διαπιστώθηκε η ύπαρξη μίας λεπτής ατμόσφαιρας (ή εξώσφαιρα όπως την αποκαλούν οι ερευνητές), η οποία συντίθεται κυρίως από οξυγόνο, υδρογόνο και ήλιο, ενώ μεταγενέστερες φασματοσκοπικές μετρήσεις αποκάλυψαν επιπλέον συγκεντρώσεις σε νάτριο, κάλιο, ασβέστιο και μαγνήσιο.
Τέλος, η εγγύτητα του πλανήτη στο ισχυρό βαρυτικό πεδίου του Ήλιου έχει ως αποτέλεσμα το περιήλιο της ελλειπτικής τροχιάς που ακολουθεί να μετατοπίζεται περιοδικά. Το φαινόμενο αυτό είναι γνωστό ως μετάπτωση του περιηλίου του Ερμή, είναι απόρροια της Γενικής Θεωρίας της Σχετικότητας και αποτέλεσε την πρώτη επιβεβαίωση της σπουδαίας θεωρίας του Αϊνστάιν.
BepiColombo και η «βουτιά» προς τον Ερμή
Αν και πλούσια, τα ευρήματα των δύο προγενέστερων αποστολών γέννησαν περισσότερα ερωτήματα και διατήρησαν το πέπλο μυστηρίου που καλύπτει συγκεκριμένες πτυχές του πλανήτη, μέχρι και σήμερα. Στα καίρια αυτά ερωτήματα καθώς και σε πληθώρα άλλων, αναμένεται να δώσει απαντήσεις η διαστημική αποστολή BepiColombo.
Πρόκειται για το αποτέλεσμα ενός πολυετούς, φιλόδοξου σχεδιασμού της Ευρωπαϊκής Διαστημικής Υπηρεσίας (ESA), η οποία σε συνεργασία με την Ιαπωνική Υπηρεσία Εξερεύνησης του Αεροδιαστήματος (JAXA) κατόρθωσε να δημιουργήσει ένα επταετές διαστημικό πρόγραμμα πολλαπλών τεχνολογικών προκλήσεων. Το BepiColombo θα κληθεί να πραγματοποιήσει μία κυκλοειδή κίνηση πανομοιότυπη με εκείνες των προκατόχων του, Mariner 10 και MESSENGER, εωσότου φτάσει τελικά στον τραχύ, βραχώδη πλανήτη. Η τεχνική διαστημικών ταξιδιών που καθιστά εφικτή την μετακίνηση του σκάφους στον πλανήτη είναι εκείνη των ελιγμών βαρυτικής ώθησης ή βαρυτικής σφενδόνης όπως συχνά αποδίδεται σε κύκλους της ελληνικής αστρονομικής κοινότητας και όχι μόνο. Η κοντινή διέλευση ενός αντικειμένου (δορυφόρος) από ένα δεύτερο σημαντικά μεγαλύτερης μάζας (πλανήτης) με στόχο την αλλαγή της ταχύτητας του πρώτου λόγω της βαρυτικής αλληλεπίδρασης μεταξύ των δύο, έχει ως βασικό στόχο την επιτάχυνση ή την επιβράδυνσή του. Η εφαρμογή της ευφυούς, σχετικά απλής, αυτής τεχνικής έφερε επανάσταση στα διαπλανητικά ταξίδια και βασίζεται σε μεγάλο βαθμό στους ενδελεχείς υπολογισμούς του ευρηματικού μαθηματικού και μηχανικού Guiseppe “Bepi” Colombo, στον οποίο και οφείλεται η ονομασία της αποστολής.
Η διαδρομή περιέχει προγραμματισμένες διελεύσεις (και αντίστοιχες βαρυτικές ωθήσεις) από τους πλανήτες Γη, Αφροδίτη και από τον ίδιο τον Ερμή. Το σκάφος έχει εκκινήσει το διαπλανητικό του ταξίδι εδώ και τρία χρόνια έχοντας ήδη διανύσει πάνω από 3 δισεκατομμύρια χιλιόμετρα, ενώ στην 1 Οκτωβρίου του 2021 απέστειλε τις πρώτες εικόνες του πλανήτη κατά τη διάρκεια της πρώτης διέλευσής του από αυτόν. Η πρώτη φάση του μακροσκελούς ταξιδιού του σηματοδοτήθηκε με την εκτόξευση του πυραύλου Ariane 5 στις 20 Οκτωβρίου του 2018 όταν με την πυροδότηση των ισχυρών προωθητικών πυραύλων του, το διαστημικό σκάφος απέκτησε την κατάλληλη ταχύτητα διαφυγής από το βαρυτικό πεδίο της Γης. Η ταχύτητα αυτή ανέρχεται περί τα 12.000 χιλιόμετρα ανά ώρα και παρότι αναγκαία για τη διαφυγή του σκάφους, θεωρείται υπέρμετρη για διαστημικά οχήματα που κατευθύνονται προς το ισχυρό πεδίο βαρύτητας του Ήλιου. Σύμφωνα λοιπόν με τους υπολογισμούς, δίχως την προσθήκη διορθωτικών κινήσεων στην τροχιά, η ταχύτητα αυτή είναι ικανή να οδηγήσει το σκάφος στο εγγύς περιβάλλον του Ήλιου, όπου η ισχυρή βαρύτητά του θα το παγιδεύσει και εν τέλει θα το οδηγήσει σε ελεύθερη πτώση προς το καυτό πλάσμα της ηλιακής ατμόσφαιρας, ήτοι στην καταστροφή.
Το πρόβλημα αυτό υπερπηδήθηκε με τον σχεδιασμό μία νέας τεχνολογίας ηλιο-ηλεκτρικών προωθήσεων. Η αρχή λειτουργίας του συστήματος βασίζεται στην καύση ξένου στις προωθητικές μηχανές (ιοντικοί προωθητές) και την εκτόξευση κυανών πιδάκων πλάσματος μερικές στιγμές μετά την πυροδότηση τους. Το καινοτόμο αυτό προωθητικό σύστημα αποδείχθηκε οκτώ φορές πιο αποδοτικό από το αντίστοιχο των χημικών καυσίμων. Η προγραμματισμένη πυροδότηση των ηλιο-ηλεκτρικών προωθήσεων εκτελεί τις κατάλληλες διορθώσεις (επιβραδύνσεις ή επιταχύνσεις του διαστημικού σκάφους) σε κρίσιμα σημεία της τροχιάς και σε συνδυασμό με τις διαδοχικές βαρυτικές ωθήσεις που θα υποστεί το διαστημικό σκάφος θα το οδηγήσουν τελικά σε ελλειπτική τροχιά γύρω από τον Ήλιο με περιήλιο σε απόσταση περίπου ίση με εκείνη του Ερμή από το άστρο μας. Θα ακολουθήσουν έξι διελεύσεις από τον Ερμή κατά τις οποίες θα εφαρμοστεί παρόμοιο πρωτόκολλο συνδυαστικών προωθήσεων με τελικό στόχο την τοποθέτηση του διαστημικού σκάφους σε ευσταθή τροχιά τον Δεκέμβριο του 2025. Το κυρίως διαστημικό πρόγραμμα αναμένεται να διαρκέσει έως τον Μάιο του 2027, ωστόσο φαίνεται πως θα επεκταθεί για ένα ακόμα έτος.
* Γιάννης Δακανάλης, φυσικός, υποψήφιος διδάκτορας Αστροφυσικής στο τμήμα Φυσικής του Εθνικού και Καποδιστριακού Πανεπιστημίου Αθηνών.
ΠΗΓΕΣ:
https://astronomy.com/magazine/news/2018/10/the-bepicolombo-mission-will-image-mercury-like-never-before
https://ikanlife16.blogspot.com/2019/05/bepicolombo-mission-ESA.html
https://solarsystem.nasa.gov/missions/bepicolombo/in-depth/