Astronomie für Einsteiger: Merkur, der Unbekannte

Über den innersten und kleinsten Planeten unseres Sonnensystems wissen wir relativ wenig. Wegen seiner Nähe zur Sonne ist er schwierig mit Fernrohren zu beobachten, und erst zwei Raumsonden haben ihn besucht. Eine von ihnen, Messenger, erkundet seit März 2011 die Oberfläche Merkurs.
Messenger bei Merkur
© NASA
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Angesichts der zahlreichen Planetenbesuche in unserem Sonnensystem durch Robotersonden mag es erstaunen, dass Merkur nur sehr wenig erforscht wurde. Der Grund findet sich in der Himmelsmechanik: Soll eine Sonde von der Erde, die sich auf ihrer Bahn mit immerhin 30 Kilometer pro Sekunde bewegt, zum sonnennächsten Planeten fliegen, muss sie zunächst einen Teil ihrer Bahnenergie abgeben, damit sie überhaupt in Richtung Merkur fliegen kann. Beim Eintauchen in das Gravitationspotenzial der Sonne würde sie zudem gleichförmig beschleunigt werden. Am Merkur käme sie dann mit einer derart hohen Geschwindigkeit an, dass kein Triebwerk der Welt ausreichen würde, sie so stark abzubremsen, dass sie in eine Umlaufbahn um den Planeten einschwenken könnte. Und da Merkur auch nur über eine äußerst dünne Atmosphäre verfügt, ließe sich die Sonde auch nicht durch Reibung abbremsen.

Merkur im Blick der Raumsonde Messenger (Falschfarbenbild)
© NASA / JHU-APL / Carnegie Institution of Washington
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Die Sonde Messenger liefert Farbaufnahmen von einem Großteil der Merkuroberfläche. Der helle Krater mit ausgeprägten Strahlen nahe dem oberen Bildrand heißt Dominici und hat einen Durchmesser von 20 Kilometern. Er liegt am Rand des Homer-Bassins, das mit vulkanischem Material gefüllt ist und hier fast die gesamte Bildfläche einnimmt.

Die einzige technische Lösung ist, die Bewegungsenergie der Sonde durch nahe Vorbeiflüge, so genannte Swing-by-Manöver, an der Erde und der Venus zu reduzieren. Die Komplexität solch einer Mission sowie die vermeintlich geringe Attraktivität des Planeten (die Saturnringe etwa erscheinen spektakulärer) führten dazu, dass der innerste Planet bis heute nur von zwei Sonden besucht wurde: Mariner 10 flog in den Jahren 1974 und 1975 dreimal an Merkur vorbei und fotografierte dabei etwa 45 Prozent der Planetenoberfläche. Die Sonde Messenger schwenkte im März 2011 als erster künstlicher Trabant in eine Umlaufbahn um Merkur ein. Zuvor vollführte die im August 2004 gestartete Sonde mehrere Swing-by-Manöver: einmal an der Erde, zweimal an der Venus und dreimal am Merkur. Durch unsymmetrische Annäherung an den Planeten gab sie dabei jedes Mal einen Teil ihrer Bewegungsenergie ab. So konnte sie schließlich im März 2011 durch Zünden ihrer Bordtriebwerke in eine stabile, stark elliptische Umlaufbahn um Merkur einschwenken.

Voraussichtlich bis März 2015 wird Messenger mit den sieben Bordinstrumenten Merkur und dessen Magnetfeld untersuchen. Zwei Kameras liefern Farbaufnahmen der Planetenoberfläche. Im oben gezeigten Beispiel ist das Homer-Bassin zu sehen, das mit vulkanischem Material gefüllt ist. Die Krater auf diesem Bild haben Material aus großer Tiefe ausgeworfen und bilden damit Fenster zum Planeten­innern. Ein Röntgenspektrometer sowie ein Gamma- und ein Neutronenspektrometer an Bord von Messenger analysieren die Elementzusammensetzung der Merkuroberfläche.

Merkur spielte eine wichtige Rolle bei der Prüfung der allgemeinen Relativitätstheorie Albert Einsteins. Die newton­sche Mechanik sagte voraus, dass sich die Position des Bahnperihels, also der Punkt der größten Sonnenannäherung, im Lauf der Zeit um die Sonne dreht. Ursache dieser Periheldrehung sind Störungen durch die anderen Planeten. In Wirklichkeit durchläuft der Planet also keine Ellipse, sondern eine Rosette.

Die beobachtete Periheldrehung liegt mit 5,74 Bogensekunden pro Jahr jedoch um 0,43 Bogensekunden zu hoch, um sie nach der Newton-Mechanik erklären zu können. Als der Wert erstmals Ende des 19. Jahrhunderts bestimmt wurde, gab es für diese Abweichung keine Erklärung. Als Ursache vermuteten manche Astronomen einen Asteroidengürtel nahe Merkur oder einen noch unentdeckten Planeten innerhalb der Merkurbahn, der auch schon einem Namen erhielt: Vulkan.

Eine intensive Suche brachte jedoch keinen neuen Himmelskörper zum Vorschein. Erst als Albert Einstein die Grundlagen der allgemeinen Relativitätstheorie entwickelt hatte, ließ sich die Periheldrehung mit dem Gravitationsfeld der Sonne erklären. Dieser Erfolg war die erste fundierte Bestätigung von Einsteins neuer Theorie.

Beobachtung

Wegen seiner sonnennahen Umlaufbahn befindet sich Merkur immer in Sonnennähe, was eine Beobachtung erheblich erschwert. Sein größter Winkelabstand zur Sonne, die größte Elongation, beträgt 28 Grad, kann auf Grund seiner stark elliptischen Bahn jedoch auf 18 Grad abfallen. Dabei erreicht er eine scheinbare Helligkeit von +1 bis –1,9 mag.

Merkur am Abendhimmel
© Marco Ludwig
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Merkur ist nur selten am Abendhimmel zu sehen. Wenn sich dann aber die schmale Mondsichel hinzugesellt, wie hier am 7. Mai 2008, dann ergeben sich stimmungsvolle Fotomotive. Marco Ludwig nutzte eine digitale Spiegelreflexkamera mit Zoomobjektiv (eingestellt auf 105 Millimeter Brennweite). Belichtung: eine Sekunde mit Blende 9 und ISO 200.

Insbesondere wegen seiner Horizontnähe erscheint Merkur auch in größeren Teleskopen recht unscharf als halbmondförmige Scheibe, weil Brechungseffekte in der irdischen Atmosphäre das Planetenbild verzerren. Mit einem scheinbaren Durchmesser von 4,7 bis 12,9 Bogensekunden ist eine entsprechende Beobachtung mit dem Fernrohr daher recht anspruchsvoll. Allerdings lässt sich schon mit einer Teleskopöffnung von etwa zehn Zentimetern und 100-facher Vergrößerung die Phasengestalt des Planeten erkennen. Größere Teleskope liefern entsprechend bessere Abbildungen.

Leider ist die Nordhalbkugel der Erde bei einer Beobachtung im Nachteil. Denn Merkur erreicht hier die größten Elongationen, wenn die Ekliptik recht flach zum Horizont verläuft. Der Planet steigt dann in der Dämmerung nur wenig über den Horizont.

Hat man jedoch eine entsprechende Ausrüstung zur Astrofotografie, lohnt sich ein Beobachtungsprogramm auf jeden Fall. Beste Ergebnisse lassen sich mit der in der Planetenbeobachtung verbreiteten Webcam-Technik erzielen. Diese preisgünstigen Kameras liefern 25 Bilder pro Sekunde, und man wählt "per Hand" aus sehr vielen Aufnahmen (typischerweise 1000) die besten aus, um sie anschließend zu kombinieren. Dieses Verfahren liefert besonders dann gute Ergebnisse, wenn man sich mit Hilfe von Filtern auf ausgewählte Farbkanäle beschränkt. So kann ein Zehnzöller mit einem Rotfilter (H-Alpha) durchaus Oberflächendetails zum Vorschein bringen, wenn man die Webcam-Technik beherrscht. Man muss dann jedoch einige Arbeit in die digitale Bearbeitung der Bilder stecken und zudem beachten, dass durch einen Filter viel Licht verloren geht und man größere Teleskope benötigt.

Übrigens lässt sich der Planet Merkur bei sehr gutem Wetter mit einem größeren Teleskop auch am Tag beob­achten, wenn er sich auf dem erdzugewandten Teil seiner Bahn befindet. Doch Vorsicht ist geboten: Man arbeitet dann sehr nahe an der hellen Sonne! Man muss also unbedingt die Gefahr ausschließen, dass Sonnenlicht direkt in das Teleskop fällt und man dabei durch das Okular schaut. Andernfalls ist eine sofortige Erblindung garantiert!

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