MIXS - Merkur Röntgenbildspektrometer
Das Merkur Röntgenbildspektrometer (MIXS - engl. Mercury Imaging X-ray Spectrometer) an Bord der ESA-Mission BepiColombo misst Röntgenstrahlen von der Merkur-Oberfläche und dessen Magnetosphäre.
Röntgenfluorezenzlinien aufgrund der absorbierten Röntgenstrahlung von der Sonne offenbaren die Elementhäufigkeiten und dies ist ein Werkzeug für die Bestimmung der geologischen Geschichte und der Entstehung des Planeten. Komplementäre Messungen im optischen und infraroten Wellenlängenbereich erlauben es, die mineralogische Zusammensetzung der Merkur-Oberfläche zu vermessen.
Das Instrument besteht aus 2 Instrumentköpfen für hohe und niedrige räumliche Auflösung. Die Röntgenstrahlen werden über eine Mikro-Kanalplattenoptik auf einen energiedispersiven Festkörperdetektor kollimiert. BepiColombo wurde im Oktober 2018 mit einer Ariane-V-Rakete 2018 gestartet und soll den Merkur ab Ende 2025 umkreisen.
Wissenschaftliche Ziele
Das primäre wissenschaftliche Ziel von MIXS ist die Bestimmung und Kartierung der globalen Elementhäufigkeiten der gesteinsbildenden Elemente wie Mg, Al, Si, Ti und Fe mit einer Genauigkeit von 10-20 %. Insbesondere erlaubt die hohe räumliche Auflösung von MIXS die elementare Zusammensetzung von Regionen von besonderem Interesse, wie zum Beispiel Kratern, zu bestimmen.
Die wichtigsten wissenschaftlichen Ziele von MIXS sind:
Aus welchem Material formte sich Merkur, und wie?
Wie und wann differenzierte sich Merkur, intern?
Wo liegen die primären und sekundären Krusten auf dem Merkur?
Wie hat sich die Merkurkruste im Laufe der Zeit entwickelt?
Wie variiert die Krustenzusammensetzung über die Oberfläche und mit der Tiefe?
Wie hängen die Oberfläche und Exosphäre zusammen?
Was sind die Wechselwirkungen von Oberfläche und Magnetosphäre?
Ist die Polarlichtzone, wo energiereiche Teilchen mit der Oberfläche interagieren, eine intensive Quelle von Röntgenstrahlung?
Das Instrument
Das Merkur-Röntgenbildsprektrometer (MIXS) wurde entwickelt, um Röntgenfluoreszenzanalyse (RFA) von der Oberfläche des Merkur durchzuführen. RFA ist eine bekannte Technik, die für die Fernerkennung der atomaren Zusammensetzung des Mondes und von Asterioden im inneren Sonnensystem eingesetzt wird. Für RFA ist die nächste verfügbare intensive Röntgenquelle die Sonne. Da diese jedoch eine variable Röntgenquelle ist, wird mit dem Instrument, SIXS (engl. Solar Intensity X-ray Spectrometer) die Sonnenröntgenemission kontinuierlich parallel beobachtet und vermessen. MIXS misst Fluoreszenzlinienmissionen aus der oberen, wenige Mikrometer dicken Oberflächenschicht in einem Energiebereich von 0,5-7,5 keV. Dies umfasst die Emissionen der K- und L-Schalen aller wichtigen Elemente, einschließlich Mg, Al, Si, S, Ca, Ti und Fe.
MIXS besteht aus zwei Kanälen: Dem MIXS-C, einem Kollimator mit einer effizienten Röntgenstrahlungssammlung über den gesamten Energiebereich für die globale Kartierung der Planetenoberfläche, und dem MIXS-T, einem bildgebenden Teleskop mit einem schmalen Sichtfeld für Messungen mit hoher räumlicher Auflösung. Die Röntgendetektoren für beide Kanäle sind strahlungsharte, gekühlte (-40°C) Makro Pixel Sensoren (DEPFET oder verarmte p-Kanal-Feldeffekt-Transistoren) mit einer Auflösung von 100 eV bei 1 keV.
Der Instrumentenbetrieb
Der Betrieb des MIXS-Instruments wird kontiniuierlich erfolgen, sowohl auf der Tag- als auch Nachtseite. Letztere ermöglicht die Beobachtung der Aurora des Merkur. Die Daten werden an Bord komprimiert und auf dem Boden von dem internationalen MIXS-Team ausgewertet.
Das Team
Das MIXS-Team arbeitet unter der Leitung der Projektleiterin (Principal Investigator), Emma Bunce, University of Leicester, UK. Der MIXS Beitrag aus Deutschland wird von der Max-Planck-Gesellschaft finanziert. Das MPS ist verantwortlich für die wissenschaftliche Kalibrierung der Detektor-Einheiten und MPE stellt die Flug-Pixel-Detektoren.
