MESSAGER

MESSENGER était une sonde spatiale robotisée de la NASA qui a orbité autour de la planète Mercure entre 2011 et 2015, étudiant la composition chimique, la géologie et le champ magnétique de Mercure . Le nom est un rétroacronyme pour Mercury Surface, Space Environment, Geochemistry, and Ranging , et une référence au dieu messager Mercure de la mythologie romaine .

MESSENGER a été lancé à bord d'une fusée Delta II en août 2004. Son trajet impliquait une série complexe de survols : le vaisseau spatial a survolé la Terre une fois, Vénus deux fois et Mercure elle-même trois fois, ce qui lui a permis de décélérer par rapport à Mercure en utilisant un minimum de carburant. Lors de son premier survol de Mercure en janvier 2008, MESSENGER est devenu la deuxième mission, après Mariner 10 en 1975, à atteindre Mercure.

MESSENGER est entré en orbite autour de Mercure le 18 mars 2011, devenant ainsi le premier vaisseau spatial à le faire. Il a accompli avec succès sa mission principale en 2012. Après deux prolongations de mission, le vaisseau spatial a utilisé le reste de son propulseur de manœuvre pour se désorbiter, percutant la surface de Mercure le 30 avril 2015.

La mission officielle de collecte de données de MESSENGER a débuté le 4 avril 2011. La mission principale s'est achevée le 17 mars 2012, après avoir collecté près de 100 000 images. MESSENGER a réalisé une cartographie à 100 % de Mercure le 6 mars 2013 et a achevé sa première mission prolongée d'un an le 17 mars 2013. La deuxième mission prolongée de la sonde a duré plus de deux ans, mais comme son orbite basse s'est dégradée, elle a dû être reboostée pour éviter l'impact. Elle a effectué ses derniers reboosts le 24 octobre 2014 et le 21 janvier 2015, avant de s'écraser sur Mercure le 30 avril 2015.

Au cours de son séjour en orbite autour de Mercure, les instruments de la sonde ont fourni des données importantes, notamment une caractérisation du champ magnétique de Mercure et la découverte de glace d'eau au pôle nord de la planète ce qui avait été longtemps suspecté sur la base de données radar terrestres.

En 1973, Mariner 10 fut lancé par la NASA pour effectuer plusieurs survols de Vénus et de Mercure. Mariner 10 fournit les premières données détaillées sur Mercure, cartographiant 40 à 45 % de la surface. Le dernier survol de Mercure par Mariner 10 eut lieu le 16 mars 1975. Aucune observation ultérieure à courte distance de la planète n'eut lieu pendant plus de 30 ans.

En 1998, une étude a détaillé une mission proposée pour envoyer un vaisseau spatial en orbite autour de Mercure, car la planète était à ce moment-là la moins explorée des planètes intérieures. Dans les années qui ont suivi la mission Mariner 10, les propositions de missions ultérieures pour revisiter Mercure se sont avérées trop coûteuses, nécessitant de grandes quantités de propulseur et un lanceur lourd . De plus, l'insertion d'un vaisseau spatial en orbite autour de Mercure est difficile, car une sonde s'approchant sur une trajectoire directe depuis la Terre serait accélérée par la gravité du Soleil et passerait Mercure beaucoup trop rapidement pour orbiter autour de lui. Cependant, en utilisant une trajectoire conçue par Chen-wan Yen en 1985, l'étude a montré qu'il était possible d'exécuter une mission de classe Discovery en utilisant plusieurs manœuvres consécutives d'assistance gravitationnelle autour de Vénus et de Mercure, en combinaison avec des corrections mineures de trajectoire propulsive, pour ralentir progressivement le vaisseau spatial et minimiser ainsi les besoins en propulseur.

La mission MESSENGER a été conçue pour étudier les caractéristiques et l'environnement de Mercure depuis l'orbite. Les objectifs scientifiques de la mission étaient les suivants :

• caractériser la composition chimique de la surface de Mercure.
• pour étudier l'histoire géologique de la planète.
• pour élucider la nature du champ magnétique global ( magnétosphère ).
• pour déterminer la taille et l'état du noyau .
• pour déterminer l’inventaire volatil aux pôles.
• pour étudier la nature de l' exosphère de Mercure .

Le vaisseau spatial MESSENGER a été conçu et construit au laboratoire de physique appliquée de l'université Johns Hopkins . Les opérations scientifiques ont été gérées par Sean Solomon en tant que chercheur principal, et les opérations de mission ont également été menées à JHU/APL. Le bus MESSENGER mesurait 1,85 mètre (73 pouces) de haut, 1,42 m (56 pouces) de large et 1,27 m (50 pouces) de profondeur. Le bus était principalement construit avec quatre panneaux composites en fibre de graphite / ester de cyanate qui supportaient les réservoirs de propulseur, le propulseur à réglage de grande vitesse (LVA), les moniteurs d'attitude et les propulseurs de correction, les antennes, la palette d'instruments et un grand pare-soleil en tissu céramique, mesurant 2,5 m (8,2 pieds) de haut et 2 m (6,6 pieds) de large, pour le contrôle thermique passif. Au lancement, le vaisseau spatial pesait environ 1 100 kilogrammes (2 400 livres) avec sa pleine charge de propulseur. Le coût total de la mission MESSENGER , y compris le coût de la construction du vaisseau spatial, a été estimé à moins de 450 millions de dollars américains.

La propulsion principale était assurée par un propulseur à grande vitesse (LVA) _à biergols ( hydrazine et tétroxyde d'azote ) de 645 N et 317 s. Le modèle utilisé était le LEROS 1b , développé et fabriqué dans les usines Westcott d'AMPAC-ISP, au Royaume-Uni. Le vaisseau spatial a été conçu pour transporter 607,8 kilogrammes (1 340 lb) de propulseur et un pressuriseur d'hélium pour le LVA.

Quatre propulseurs monopropulseurs de 22 N (4,9 lb _f ) assuraient la direction du vaisseau spatial pendant les allumages du propulseur principal, et douze propulseurs monopropulseurs de 4,4 N (1,0 lb _f ) étaient utilisés pour le contrôle d'attitude . Pour un contrôle d'attitude de précision, un système de contrôle d'attitude à roue de réaction était également inclus. Les informations pour le contrôle d'attitude étaient fournies par des suiveurs d'étoiles , une unité de mesure inertielle et six capteurs solaires .

La sonde comprenait deux petits transpondeurs pour les communications avec le réseau Deep Space Network et trois types d'antennes : une antenne à gain élevé à commande de phase dont le faisceau principal pouvait être dirigé électroniquement dans un plan, une antenne à gain moyen à « faisceau en éventail » et un cornet à faible gain avec un motif large. L'antenne à gain élevé était utilisée en émission uniquement à 8,4 GHz, les antennes à gain moyen et à faible gain émettaient à 8,4 GHz et recevaient à 7,2 GHz, et les trois antennes fonctionnaient avec un rayonnement polarisé circulairement à droite (RHCP). Une de chacune de ces antennes était montée à l'avant de la sonde face au Soleil, et une de chacune était montée à l'arrière de la sonde tournée à l'opposé du Soleil.

La sonde spatiale était alimentée par un panneau solaire à deux panneaux en arséniure de gallium / germanium fournissant en moyenne 450 watts en orbite autour de Mercure. Chaque panneau était rotatif et incluait des réflecteurs solaires optiques pour équilibrer la température du panneau. L'énergie était stockée dans une batterie nickel-hydrogène à pression commune de 23 ampères -heures , avec 11 réservoirs et deux cellules par réservoir.

Le système informatique embarqué du vaisseau spatial était contenu dans un module électronique intégré (IEM), un dispositif qui combinait l'avionique de base dans un seul boîtier. L'ordinateur comprenait deux IBM RAD6000 résistants aux radiations , un processeur principal de 25 mégahertz et un processeur de protection contre les pannes de 10 MHz. Pour la redondance, le vaisseau spatial transportait une paire d'IEM identiques. Pour le stockage des données , le vaisseau spatial transportait deux enregistreurs à semi-conducteurs capables de stocker jusqu'à un gigaoctet chacun. Le processeur principal IBM RAD6000 collectait, compressait et stockait les données des instruments de MESSENGER pour une lecture ultérieure sur Terre.

MESSENGER a utilisé une suite logicielle appelée SciBox pour simuler son orbite et ses instruments, afin de « chorégraphier le processus complexe de maximisation du retour scientifique de la mission et de minimisation des conflits entre les observations des instruments, tout en respectant toutes les contraintes du vaisseau spatial en matière de pointage, de débits de données descendantes et de capacité de stockage des données à bord. »

Il comprenait deux caméras CCD , une caméra à angle étroit (NAC) et une caméra grand angle (WAC) montées sur une plate-forme pivotante. Le système de caméra fournissait une carte complète de la surface de Mercure à une résolution de 250 mètres/pixel (820 pieds/pixel) et des images de régions d'intérêt géologique à 20-50 mètres/pixel (66-164 pieds/pixel). L'imagerie couleur n'était possible qu'avec la roue filtrante à bande étroite fixée à la caméra grand angle.

Objectifs :

• Phase de survol :
  • Acquisition d'une couverture quasi-globale à ≈500 mètres/pixel (1 600 pieds/pixel).
  • Cartographie multispectrale à ≈2 kilomètres/pixel (1,2 mi/pixel).
• Phase orbitale :
  • Une photomosaïque monochrome globale d'aspect nadir à des angles d'incidence solaire modérés (55°–75°) et une résolution d'échantillonnage de 250 mètres/pixel (820 pieds/pixel) ou supérieure.
  • Une mosaïque à 25° du nadir pour compléter la mosaïque d'apparence nadir pour la cartographie stéréo globale .
  • Achèvement de la cartographie multispectrale commencée lors des survols.
  • Images haute résolution (20 à 50 mètres/pixel (66 à 164 pieds/pixel)) représentant des caractéristiques représentatives des principales unités et structures géologiques.

Chercheur principal : Scott Murchie / Université Johns Hopkins

Les émissions de rayons gamma de la surface de Mercure ont été mesurées pour déterminer la composition de la planète en détectant certains éléments ( oxygène , silicium , soufre , fer , hydrogène , potassium , thorium , uranium ) jusqu'à une profondeur de 10 cm.

Objectifs :

• Fournir les abondances superficielles des principaux éléments.
• Fournir les abondances de surface de Fe, Si et K, déduire l'épuisement alcalin des abondances de K et fournir des limites d'abondance de H (glace d'eau) et de S (si présent) aux pôles.
• Cartographier les abondances des éléments de surface lorsque cela est possible et, dans le cas contraire, fournir des abondances moyennes de surface ou établir des limites supérieures.

Chercheur principal : William Boynton / Université de l'Arizona

Détermination de la composition minérale en hydrogène jusqu'à une profondeur de 40 cm en détectant des neutrons de faible énergie résultant de la collision des rayons cosmiques avec les minéraux.

Objectifs :

• Établir et cartographier l’abondance de l’hydrogène sur la majeure partie de l’hémisphère nord de Mercure.
• Étudier la présence éventuelle de glace d’eau à l’intérieur et à proximité de cratères ombragés en permanence près du pôle Nord.
• Fournir des preuves secondaires pour aider à interpréter les intensités des raies gamma mesurées par GRS en termes d'abondances élémentaires.
• Décrivez les domaines de surface à la base des cuspides nord et sud de la magnétosphère où le vent solaire peut implanter de l'hydrogène dans le matériau de surface.

Chercheur principal : William Boynton / Université de l'Arizona

Cartographie de la composition minérale dans le millimètre supérieur de la surface de Mercure en détectant les lignes spectrales des rayons X du magnésium , de l'aluminium , du soufre , du calcium , du titane et du fer, dans la gamme de 1 à 10 keV .

Objectifs :

• Déterminer l'histoire de la formation de Mercure
• Caractériser la composition des éléments de surface en mesurant les émissions de rayons X induites par le flux solaire incident .

Chercheur principal : George Ho / APL

Le champ magnétique autour de Mercure a été mesuré en détail pour déterminer la force et la position moyenne du champ.

Objectifs :

• Étudiez la structure du champ magnétique de Mercure et son interaction avec le vent solaire .
• Caractériser la géométrie et la variabilité temporelle du champ magnétosphérique.
• Détecter les interactions ondes-particules avec la magnétosphère.
• Observez la dynamique de la queue magnétique, y compris des phénomènes potentiellement analogues aux sous-tempêtes dans la magnétosphère terrestre.
• Caractériser la structure et la dynamique de la magnétopause.
• Caractériser les courants alignés sur le champ qui relient la planète à la magnétosphère.

Chercheur principal : Mario Acuna / NASA Goddard Space Flight Center

Fournit des informations détaillées sur la hauteur des reliefs à la surface de Mercure en détectant la lumière d'un laser infrarouge lorsque la lumière rebondit sur la surface.

Objectifs :

• Fournir une carte topographique de haute précision des régions de haute latitude nord.
• Mesurer les caractéristiques topographiques à grande longueur d’onde aux latitudes moyennes et basses de l’hémisphère nord.
• Déterminer les profils topographiques des principales caractéristiques géologiques de l’hémisphère nord.
• Détectez et quantifiez les librations physiques forcées de la planète en suivant le mouvement des caractéristiques topographiques à grande échelle en fonction du temps.
• Mesurez la réflectivité de surface du mercure à la longueur d'onde de fonctionnement MLA de 1 064 nanomètres.

Chercheur principal : David Smith / GSFC

Ils ont déterminé les caractéristiques de l' atmosphère ténue entourant Mercure en mesurant les émissions de lumière ultraviolette et ont déterminé la prévalence des minéraux de fer et de titane à la surface en mesurant la réflectance de la lumière infrarouge.

Objectifs :

• Caractériser la composition, la structure et le comportement temporel de l'exosphère.
• Étudier les processus qui génèrent et maintiennent l’exosphère.
• Déterminer la relation entre la composition exosphérique et la composition de surface.
• Rechercher des dépôts polaires de matières volatiles et déterminer comment l’accumulation de ces dépôts est liée aux processus exosphériques.

Chercheur principal : William McClintock / Université du Colorado

Les particules chargées dans la magnétosphère autour de Mercure ont été mesurées à l'aide d'un spectromètre à particules énergétiques (EPS) et les particules chargées provenant de la surface à l'aide d'un spectromètre à plasma à imagerie rapide (FIPS).

Objectifs :

• Déterminer la structure du champ magnétique de la planète.
• Caractériser les neutres de l'exosphère et les ions magnétosphériques accélérés.
• Déterminer la composition des matériaux réfléchissant le radar aux pôles de Mercure.
• Déterminer les propriétés électriques de l’interface croûte/atmosphère/environnement.
• Déterminer les caractéristiques de la dynamique de la magnétosphère de Mercure et leurs relations avec les moteurs externes et leurs conditions internes.
• Mesurer les propriétés du plasma interplanétaire en croisière et à proximité de Mercure.

Chercheur principal : Barry Mauk / APL

La gravité de Mercure et l'état du noyau planétaire ont été mesurés en utilisant les données de positionnement du vaisseau spatial.

Objectifs :

• Déterminer la position du vaisseau spatial pendant les phases de croisière et orbitale de la mission.
• Observez les perturbations gravitationnelles de Mercure pour étudier les variations spatiales de densité à l'intérieur de la planète, ainsi qu'une composante variable dans le temps de la gravité de Mercure pour quantifier l'amplitude de la libration de Mercure .
• Fournir des mesures précises de la portée du vaisseau spatial MESSENGER jusqu'à la surface de Mercure pour déterminer une cartographie d'altitude appropriée avec le MLA.

Chercheur principal : David Smith / NASA Goddard Space Flight Center

• Images du vaisseau spatial
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  Diagramme de MESSENGER .
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  Le montage des panneaux solaires du MESSENGER par les techniciens d'APL.
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  Les techniciens préparent le MESSENGER pour le transfert vers une installation de traitement dangereuse.
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  Fixation du PAM au MESSENGER . Le pare-soleil en tissu céramique est bien visible sur cette vue.
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  Un ouvrier en costume surveille l' approvisionnement en carburant d'hydrazine à charger dans le MESSENGER .

La sonde MESSENGER a été lancée le 3 août 2004 à 06:15:56 UTC par la NASA depuis le Space Launch Complex 17B de la base aérienne de Cap Canaveral en Floride, à bord d'un lanceur Delta II 7925. La séquence de mise à feu complète a duré 57 minutes, amenant le vaisseau spatial sur une orbite héliocentrique, avec une vitesse finale de 10,68 km/s (6,64 miles/s) et envoyant la sonde sur une trajectoire de 7,9 milliards de kilomètres (4,9 milliards de miles) qui a pris 6 ans, 7 mois et 16 jours avant son insertion orbitale le 18 mars 2011.

Voyager vers Mercure et entrer en orbite nécessite un changement de vitesse extrêmement important ( voir delta-v ) car l'orbite de Mercure est profondément ancrée dans le puits de gravité du Soleil . Sur une trajectoire directe de la Terre vers Mercure, un vaisseau spatial est constamment accéléré alors qu'il tombe vers le Soleil et arrivera à Mercure avec une vitesse trop élevée pour atteindre l'orbite sans utilisation excessive de carburant. Pour les planètes dotées d'une atmosphère, comme Vénus et Mars , les vaisseaux spatiaux peuvent minimiser leur consommation de carburant à l'arrivée en utilisant la friction avec l'atmosphère pour entrer en orbite ( aérocapture ), ou peuvent allumer brièvement leurs moteurs-fusées pour entrer en orbite, suivi d'une réduction de l'orbite par aérofreinage . Cependant, l' atmosphère ténue de Mercure est bien trop fine pour ces manœuvres. Au lieu de cela, MESSENGER a largement utilisé des manœuvres d'assistance gravitationnelle sur Terre, Vénus et Mercure pour réduire la vitesse par rapport à Mercure, puis a utilisé son gros moteur-fusée pour entrer dans une orbite elliptique autour de la planète. Le processus de survols multiples a considérablement réduit la quantité de propulseur nécessaire pour ralentir le vaisseau spatial, mais au prix d'un prolongement du voyage de plusieurs années et d'une distance totale de 7,9 milliards de kilomètres (4,9 milliards de miles).

Plusieurs tirs de propulseurs prévus en route vers Mercure se sont avérés inutiles, car ces ajustements de trajectoire précis ont été effectués en utilisant la pression du rayonnement solaire agissant sur les panneaux solaires de MESSENGER. Pour minimiser davantage la quantité de propulseur nécessaire, l'insertion orbitale du vaisseau spatial visait une orbite très elliptique autour de Mercure.

L'orbite allongée avait deux autres avantages : elle permettait au vaisseau spatial de refroidir après avoir passé des moments entre la surface chaude de Mercure et le Soleil, et elle permettait également au vaisseau spatial de mesurer les effets du vent solaire et des champs magnétiques de la planète à différentes distances tout en permettant des mesures rapprochées et des photographies de la surface et de l'exosphère. Le lancement du vaisseau spatial était initialement prévu dans une fenêtre de lancement de 12 jours commençant le 11 mai 2004. Le 26 mars 2004, la NASA a annoncé que le lancement serait décalé à une fenêtre de lancement ultérieure de 15 jours commençant le 30 juillet 2004, pour permettre de nouveaux tests du vaisseau spatial. Ce changement a considérablement modifié la trajectoire de la mission et a retardé l'arrivée à Mercure de deux ans. Le plan initial prévoyait trois survols de Vénus, avec une insertion en orbite de Mercure prévue pour 2009. La trajectoire a été modifiée pour inclure un survol de la Terre, deux survols de Vénus et trois survols de Mercure avant l'insertion en orbite le 18 mars 2011.

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  Vue éclatée du lanceur Delta II avec MESSENGER
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  Le lancement de MESSENGER sur un lanceur Delta II.
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  Animation de la trajectoire de MESSENGER du 3 août 2004 au 1er mai 2015
  MESSAGER · Terre · Mercure · Vénus
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  Trajectoire interplanétaire de l' orbiteur MESSENGER .

MESSENGER a effectué un survol de la Terre un an après son lancement, le 2 août 2005, avec une approche au plus près à 19h13 UTC à une altitude de 2 347 kilomètres (1 458 miles terrestres) au-dessus du centre de la Mongolie . Le 12 décembre 2005, une mise à feu de 524 secondes (Deep-Space Maneuver ou DSM-1) du gros propulseur a ajusté la trajectoire du prochain survol de Vénus de 316 m/s.

Lors du survol de la Terre, l' équipe MESSENGER a pris des images de la Terre et de la Lune à l'aide du MDIS et a vérifié l'état de plusieurs autres instruments en observant les compositions atmosphériques et de surface et en testant la magnétosphère. Elle a également déterminé que tous les instruments testés fonctionnaient comme prévu. Cette période d'étalonnage avait pour but de garantir une interprétation précise des données lorsque le vaisseau spatial est entré en orbite autour de Mercure. Le fait de s'assurer que les instruments fonctionnaient correctement à un stade aussi précoce de la mission a permis de corriger de nombreuses erreurs mineures.

Le survol de la Terre a été utilisé pour étudier l' anomalie de survol , où certains engins spatiaux ont été observés avec des trajectoires légèrement différentes de celles prévues. Cependant, aucune anomalie n'a été observée lors du survol de MESSENGER.

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  Une vue de la Terre depuis MESSENGER lors de son survol de la Terre.
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  Une vue de la Terre depuis MESSENGER lors de son survol de la Terre.
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  La Terre et la Lune (en bas à gauche), capturées par MESSENGER à une distance de 183 millions de kilomètres.
• Séquence de survol de la Terre capturée le 3 août 2005 ( vidéo pleine taille ).

Le 24 octobre 2006, à 08h34 UTC, MESSENGER a rencontré Vénus à une altitude de 2 992 kilomètres. Au cours de la rencontre, MESSENGER est passé derrière Vénus et est entré en conjonction supérieure , une période pendant laquelle la Terre se trouvait exactement à l'opposé du système solaire, le Soleil empêchant tout contact radio. Pour cette raison, aucune observation scientifique n'a été effectuée pendant le survol. La communication avec le vaisseau spatial a été rétablie fin novembre et une manœuvre dans l'espace lointain a été effectuée le 12 décembre, pour corriger la trajectoire afin de rencontrer Vénus lors d'un deuxième survol.

Le 5 juin 2007, à 23h08 UTC, MESSENGER a effectué un deuxième survol de Vénus à une altitude de 338 km (210 miles), pour la plus grande réduction de vitesse de la mission. Au cours de la rencontre, tous les instruments ont été utilisés pour observer Vénus et se préparer aux rencontres suivantes avec Mercure. La rencontre a fourni des données d'imagerie visible et proche infrarouge de la haute atmosphère de Vénus . Des spectrométries ultraviolettes et à rayons X de la haute atmosphère ont également été enregistrées, pour caractériser la composition. Venus Express de l' ESA était également en orbite pendant la rencontre, offrant la première opportunité de mesure simultanée des caractéristiques des particules et des champs de la planète.

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  Vénus photographiée par MESSENGER lors de son premier survol de la planète en 2006.
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  Vénus photographiée par MESSENGER lors de son deuxième survol de la planète en 2007.
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  Une image plus détaillée de Vénus MESSENGER lors du deuxième survol de la planète.
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  Séquence d'images du départ de MESSENGER après le deuxième survol de la planète.

MESSENGER a survolé Mercure le 14 janvier 2008 (en effectuant son approche la plus proche de 200 km au-dessus de la surface de Mercure à 19:04:39 UTC ), suivi d'un deuxième survol le 6 octobre 2008. MESSENGER a exécuté un dernier survol le 29 septembre 2009, ralentissant encore davantage le vaisseau spatial. À un moment donné pendant l'approche la plus proche du dernier survol, le vaisseau spatial est entré en mode de sécurité . Bien que cela n'ait eu aucun effet sur la trajectoire nécessaire à l'insertion ultérieure en orbite, cela a entraîné la perte de données scientifiques et d'images qui étaient prévues pour l'étape aller du survol. Le vaisseau spatial s'est complètement rétabli environ sept heures plus tard. Une dernière manœuvre dans l'espace lointain, DSM-5, a été exécutée le 24 novembre 2009, à 22h45 UTC pour fournir le changement de vitesse requis de 0,177 kilomètre par seconde (0,110 mi/s) pour l'insertion prévue sur l'orbite de Mercure le 18 mars 2011, marquant le début de la mission orbitale.

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  La première image couleur grand angle haute résolution de Mercure acquise par MESSENGER .
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  Mercure vu plus tard lors du premier survol, montrant de nombreuses caractéristiques jusqu'alors inconnues
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  Vue du deuxième survol en octobre 2008, avec le cratère Kuiper près du centre
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  Plaines lisses de Borealis Planitia photographiées par MESSENGER lors du troisième survol de la planète.
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  Une image d'une partie de la face jusqu'alors invisible de la planète.
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  Cratères inondés de lave et grandes étendues de plaines volcaniques lisses sur Mercure.
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  Vue du cratère Rachmaninoff , depuis le troisième survol

La manœuvre de propulsion pour insérer la sonde dans l'orbite de Mercure a commencé à 00h45 UTC le 18 mars 2011. La manœuvre de freinage à 0,9 km/s (0,5 mi/sec.) a duré environ 15 minutes, avec confirmation que l'engin était sur l'orbite de Mercure reçue à 01h10 UTC le 18 mars (21h10, 17 mars EDT). L'ingénieur en chef de la mission Eric Finnegan a indiqué que le vaisseau spatial avait atteint une orbite presque parfaite.

L'orbite de MESSENGER était très elliptique, l'amenant à 200 kilomètres de la surface de Mercure, puis à 15 000 kilomètres de celle-ci toutes les douze heures. Cette orbite a été choisie pour protéger la sonde de la chaleur rayonnée par la surface chaude de Mercure. Seule une petite partie de chaque orbite se déroulait à basse altitude, où le vaisseau spatial était soumis au chauffage radiatif du côté chaud de la planète.

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  Animation de la trajectoire de MESSENGER autour de Mercure du 15 mars 2011 au 30 décembre 2014
  MESSAGER · Mercure
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  Charles Bolden et ses collègues attendent des nouvelles de l' enquête MESSENGER .
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  Charles Bolden félicite Eric Finnegan suite à l'insertion orbitale réussie.
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  La toute première photographie de l'orbite de Mercure, prise par MESSENGER le 29 mars 2011.
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  Un graphique simplifié montrant le chemin d' insertion orbitale de MESSENGER .

Après l'insertion orbitale de MESSENGER , une phase de mise en service de dix-huit jours a eu lieu. Le personnel de supervision a allumé et testé les instruments scientifiques du vaisseau pour s'assurer qu'ils avaient terminé le voyage sans dommage. La phase de mise en service « a démontré que le vaisseau spatial et la charge utile [fonctionnaient] normalement, malgré l'environnement difficile de Mercure. »

La mission principale a débuté comme prévu le 4 avril 2011, avec MESSENGER en orbite autour de Mercure une fois toutes les douze heures pour une durée prévue de douze mois terrestres, soit l'équivalent de deux jours solaires sur Mercure. Le chercheur principal Sean Solomon, alors de la Carnegie Institution de Washington , a déclaré : « Avec le début aujourd'hui de la phase scientifique principale de la mission, nous allons faire des observations presque continues qui nous permettront d'obtenir la première perspective globale sur la planète la plus intérieure. De plus, à mesure que l'activité solaire augmente régulièrement, nous serons aux premières loges du système magnétosphère-atmosphère le plus dynamique du système solaire. »

Le 5 octobre 2011, les résultats scientifiques obtenus par MESSENGER au cours de ses six premiers mois terrestres sur l'orbite de Mercure ont été présentés dans une série d'articles au Congrès européen des sciences planétaires à Nantes , en France. Parmi les découvertes présentées figuraient les concentrations étonnamment élevées de magnésium et de calcium trouvées sur la face cachée de Mercure, et le fait que le champ magnétique de Mercure est décalé loin au nord du centre de la planète.

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  Une image monochrome de Mercure de MESSENGER , avec Warhol au centre.
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  Cratère Stevenson , avec deux chaînes de cratères secondaires perpendiculaires traversant son centre.
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  Une projection polaire sud de Mercure.
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  Un gros plan des crêtes proches du pôle sud de Mercure.
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  Une image de Mercure prise par MESSENGER montre des escarpements de failles jusqu'alors non détectés : des reliefs en forme de falaises ressemblant à des escaliers, suffisamment petits pour que les scientifiques les considèrent comme géologiquement jeunes. Cela montre que Mercure est toujours en contraction et que la Terre n'est pas la seule planète du système solaire active sur le plan tectonique.

En novembre 2011, la NASA a annoncé que la mission MESSENGER serait prolongée d'un an, permettant au vaisseau spatial d'observer le maximum solaire de 2012. Sa mission prolongée a commencé le 17 mars 2012 et s'est poursuivie jusqu'au 17 mars 2013. Entre le 16 et le 20 avril 2012, MESSENGER a effectué une série de manœuvres de propulseur, le plaçant sur une orbite de huit heures pour effectuer d'autres analyses de Mercure.

En novembre 2012, la NASA a signalé que MESSENGER avait découvert une possibilité de glace d'eau et de composés organiques dans des cratères en permanence ombragés au pôle nord de Mercure. En février 2013, la NASA a publié la carte 3D de Mercure la plus détaillée et la plus précise à ce jour, assemblée à partir de milliers d'images prises par MESSENGER . MESSENGER a terminé sa première mission prolongée le 17 mars 2013, et sa deuxième a duré jusqu'en avril 2015. En novembre 2013, MESSENGER faisait partie des nombreux moyens spatiaux qui ont photographié la comète Encke (2P/Encke) et la comète ISON (C/2012 S1). Alors que son orbite commençait à se dégrader au début de 2015, MESSENGER a pu prendre des photos en gros plan très détaillées de cratères remplis de glace et d'autres reliefs au pôle nord de Mercure. Une fois la mission terminée, l'examen des données de télémétrie radio a fourni la première mesure du taux de perte de masse du Soleil.

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  Carte en fausses couleurs montrant les températures maximales de la région polaire nord.
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  Cratère Apollodore , avec le Panthéon Fossae qui en rayonne.
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  Rayons de cratère traversant l'hémisphère sud de la planète.
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  Creux dans la paroi du cratère Sholem Aleichem .
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  Vue en perspective du bassin de Caloris – haut (rouge) ; bas (bleu).

Le 3 juillet 2008, l' équipe MESSENGER a annoncé que la sonde avait découvert de grandes quantités d'eau dans l'exosphère de Mercure , ce qui était une découverte inattendue. Au cours des dernières années de sa mission, MESSENGER a également fourni des preuves visuelles d'une activité volcanique passée à la surface de Mercure, ainsi que des preuves d'un noyau planétaire de fer liquide . des composés organiques contenant du carbone et de la glace d'eau à l'intérieur de cratères ombragés en permanence près du pôle nord.

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  Les concentrations de masse (rouge ; bassin de Caloris au centre, plaine de Sobkou à droite), détectées via des anomalies de gravité, fournissent des preuves de la structure et de l'évolution du sous-sol.
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  La topographie de l'hémisphère nord à partir des données MLA montre une plage verticale de 10 km : élevée (rouge) ; faible (violet).
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  Balayage spectral MASCS de la surface de Mercure.
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  Glace d'eau (jaune) dans les cratères ombragés en permanence de la région polaire nord de Mercure

Le 18 février 2011, un portrait du système solaire a été publié sur le site Internet de MESSENGER . La mosaïque contenait 34 images, acquises par l'instrument MDIS en novembre 2010. Toutes les planètes étaient visibles à l'exception d' Uranus et de Neptune , en raison de leur grande distance par rapport au Soleil. Le « portrait de famille » de MESSENGER était destiné à compléter le portrait de famille de Voyager , qui a été acquis depuis le système solaire externe par Voyager 1 le 14 février 1990.

Le 8 octobre 2014, de 9h18 UTC à 10h18 UTC, MESSENGER a pris 31 images, prises à deux minutes d'intervalle, de la Terre et de la Lune, alors que la Lune subissait une éclipse lunaire totale . MESSENGER se trouvait à 107 millions de kilomètres (66 millions de miles) de la Terre au moment de l'éclipse lunaire. La Terre mesure environ 5 pixels de large et la Lune un peu plus d'un pixel de large dans le champ de vision du NAC, avec une distance d'environ 40 pixels entre elles. Les images sont agrandies d'un facteur deux et la luminosité de la Lune a été augmentée d'un facteur d'environ 25 pour montrer plus clairement sa disparition. Il s'agissait de la première observation d'une éclipse lunaire , de la Lune de la Terre, dans l'histoire à être vue depuis une autre planète.

Après avoir manqué de carburant pour les ajustements de trajectoire, MESSENGER est entré dans sa phase terminale de désintégration orbitale prévue fin 2014. Le fonctionnement du vaisseau spatial a été prolongé de plusieurs semaines en exploitant sa réserve restante d'hélium gazeux, qui a été utilisée pour pressuriser ses réservoirs de propulseur, comme masse de réaction . MESSENGER a continué à étudier Mercure pendant sa période de désintégration. Le vaisseau spatial s'est écrasé sur la surface de Mercure le 30 avril 2015, à 15h26 EDT (19h26 GMT), à une vitesse de 14 080 km/h (8 750 mph), créant probablement un cratère à la surface de la planète d'environ 16 m (52 ​​pieds) de large. On estime que le vaisseau spatial s'est écrasé à 54,4° N, 149,9° O sur Suisei Planitia , près du cratère Janáček . L'accident s'est produit à un endroit non visible depuis la Terre à ce moment-là, et n'a donc pas été détecté par des observateurs ou des instruments. La NASA a confirmé la fin de la mission MESSENGER à 15h40 EDT (19h40 GMT) après que le Deep Space Network de la NASA n'a pas détecté la réémergence du vaisseau spatial derrière Mercure.