MESSENGER: A primeira sonda a visitar o misterioso planeta

Objetivos científicos

A missão MESSENGER (MErcury Surface, Space ENvironment, GEochemistry and Ranging), lançada pela NASA em 2004, tinha como objetivo estudar a estrutura interna de Mercúrio, sua geologia de superfície, campo magnético e exosfera. A sonda utilizou várias assistências gravitacionais da Terra, Vênus e Mercúrio antes de entrar em órbita em 18 de março de 2011.

Os resultados revelaram uma crosta rica em enxofre, um núcleo metálico ocupando mais de 80% do raio planetário, um campo magnético assimétrico deslocado 20% para o norte e uma exosfera composta de sódio, potássio e oxigênio.

Dificuldades de aproximação de Mercúrio

Mercúrio é o planeta mais próximo do Sol, com uma distância média de cerca de 0,39 unidades astronômicas. Essa proximidade implica uma gravidade solar muito alta, tornando a inserção orbital extremamente custosa em termos de energia.

Para colocar uma sonda em órbita ao redor de Mercúrio, não basta dirigir-se ao planeta: é necessário também reduzir a velocidade orbital da sonda em relação ao Sol para que ela não seja projetada diretamente em direção ao Sol. O delta-v necessário para uma frenagem direta excederia 15 km/s, muito além das capacidades dos propulsores químicos convencionais.

Missões como a MESSENGER utilizam, portanto, assistências gravitacionais da Terra, Vênus e Mercúrio para reduzir gradualmente a energia orbital e atingir uma órbita estável. Essa estratégia reduz o consumo de combustível e mantém a sonda dentro dos limites de massa.

Além disso, a exposição prolongada à intensa radiação solar obriga a sonda a ter proteções térmicas sofisticadas. A MESSENGER, por exemplo, utilizava um escudo térmico e painéis solares especialmente orientáveis para manter seus instrumentos dentro de uma faixa de temperaturas operacionais.

N.B.: A combinação da atração solar, da alta velocidade inicial e das restrições térmicas faz de Mercúrio um dos planetas mais difíceis de alcançar para uma missão espacial. Cada manobra deve ser otimizada para o consumo de combustível e a proteção térmica.

Trajetória e dinâmica orbital

A aproximação de Mercúrio exigia um gerenciamento energético excepcional devido à atração solar. A sonda percorreu um trajeto complexo de mais de 7,9 bilhões de km. As correções de velocidade eram da ordem de algumas centenas de m/s, otimizadas por meio de assistências gravitacionais. A relação energia/massa deveria permanecer abaixo de \( \Delta v \approx 15 \, \text{km.s}^{-1} \).

N.B.: A relação energia/massa em astronáutica expressa a energia específica, ou seja, a variação de velocidade (\( \Delta v \)) disponível por unidade de massa. Para a MESSENGER, reduzir a energia orbital para posicionar-se ao redor de Mercúrio exigia diminuir sua energia específica em cerca de 30 km²/s², ou seja, vários km/s de frenagem. Essa restrição só poderia ser atendida usando assistências gravitacionais sucessivas.

Rotação de Mercúrio

Mercúrio não está em rotação síncrona como a Lua com a Terra.

Se Mercúrio estivesse completamente travado pelo efeito de maré, sempre apresentaria a mesma face ao Sol (rotação síncrona 1:1).

No entanto, observações de radar feitas na década de 1960 mostraram que ele gira mais rápido: 58,65 dias terrestres para uma rotação sobre si mesmo.

Como sua revolução ao redor do Sol dura 87,97 dias terrestres, obtém-se uma ressonância 3:2: 3 rotações para 2 revoluções.

Isso significa que um mesmo meridiano de Mercúrio enfrenta o Sol a cada 2 ciclos orbitais (≈ 176 dias terrestres).

Essa ressonância é o resultado de um compromisso entre as forças de maré e a excentricidade orbital de Mercúrio (\( e \approx 0,206 \)). O poço de potencial gravitacional associado favorece um estado estável de 3:2 em vez de 1:1.

Missões espaciais a Mercúrio

Fontes: NASA – Missão MESSENGER, ESA – BepiColombo.