2024年12月1日，BepiColombo完成了第五次對水星的飛越。 在這次飛越過程中，它成為第一個用中紅外光觀測水星的太空船。 這些開創性的圖像揭示了水星嚴重破碎地形的溫度和表面成分差異。

這張影像的灰階部分顯示了太空船首次測量水星在中紅外光的輻射情況。 這是2024 年12 月1 日歐空局/日本宇宙航空研究開發機構BepiColombo 飛行任務上的MERTIS 儀器測量的，當時該航天器第五次飛過水星。 MERTIS 的資料疊加在根據NASA 的信使號任務資料繪製的全球馬賽克地形圖上。 資料來源：MERTIS/DLR/明斯特大學& NASA/約翰霍普金斯大學應用物理實驗室/華盛頓卡內基研究所

水星是太陽系中嗆探索最少的岩石行星。 BepiColombo是有史以來第三個訪問水星的任務，2026年，它將成為第二個進入水星軌道的任務。 前兩次任務分別是美國國家航空暨太空總署（NASA）的水手10號（Mariner 10）和信差號（Messenger），前者在1974年至1975年期間飛越水星三次，後者在2011年至2015年期間圍繞水星運行。

BepiColombo號正在進行為期八年的水星之旅，利用地球、金星和水星的引力來調整其路徑並降低其速度。 2024年12月1日，歐洲中部時間15:23，它在距離水星表面僅37，628千米（23，381英里）的地方完成了一次飛越。

這張水星影像是歐空局/日本宇宙航空研究開發機構BepiColombo任務於2024年12月1日拍攝的，當時太空船正接近在水星進行六次重力輔助機動中的第五次。 這一景像是由水星轉移艙的監測相機2（M-CAM 2）於歐洲中部時間11:46拍攝的，當時太空船距離行星表面超過51000公里，距離最近接近還有3小時37分鐘。 歐洲中部時間15:23:41，太空船距離水星表面的最小距離為37626千米，此時三台監測相機都無法觀測到水星。 圖片來源：ESA/BepiColombo/MTM

突破性的中紅外觀測

在這次飛越過程中，BepiColombo 收集了有關水星及其環境的寶貴數據。 除了捕捉標準影像、測量粒子和電磁場之外，這次任務還實現了突破性的創舉：捕捉水星表面的中紅外光波長。

這次飛越水星的獨特儀器是由德國人領導的水星輻射計和熱紅外線光譜儀，簡稱MERTIS。

來自德國明斯特大學（University of Münster）的該儀器首席研究員哈拉爾德-希辛格（Harald Hiesinger）指出：”有了MERTIS，我們將有新的突破，能夠更好地了解水星的成分、礦物學和溫度。

柏林德國航空航天中心（DLR）的聯合首席研究員約恩-赫爾伯特（Jörn Helbert）曾幫助開發和監督該儀器，他對此感到非常高興：”經過大約二十年的開發、對與水星上類似的熱岩石進行實驗室測量以及對整個任務期間的整個事件序列進行無數次測試之後，現在可以提供來自水星的第一批MERTIS 數據了。

這張影像的彩色部分顯示了太空船首次測量水星在中紅外光的輻射情況。灰階背景圖（上圖）顯示的是美國太空總署信差號任務觀測到的水星表面。 MERTIS在這次飛越過程中的視角覆蓋了水星上最大的撞擊坑的一部分，該撞擊坑被稱為卡洛里斯盆地。 縮放面板顯示的是巴紹撞擊坑周圍區域的特寫。 信差號的可見光影像顯示，巴生撞擊坑既有非常暗的物質，也有非常明亮的物質。 MERTIS飛越觀測顯示，該隕石坑在紅外線光下也很突出。右下方顯示的是投影在水星地球儀上的飛越覆蓋範圍。 灰色顯示的MERTIS飛越資料被疊加在根據信使號資料繪製的全球馬賽克地形圖上。

MERTIS的首張水星影像揭示了水星表面哪些部分在中紅外光下比其他部分更亮，地面解析度約為26-30千米（16-19英里）。 它涵蓋了卡洛里斯盆地的一部分，以及北半球一大片火山平原的部分地區。

火山表面的亮度取決於溫度、表面粗糙度以及火山口表面的礦物組成。 成像光譜儀對波長7-14 微米的中紅外光很敏感，眾所周知，此波長範圍特別適合區分岩石形成的礦物。

該圖像突出顯示了巴紹撞擊坑，水手10 號已經看到了這一特徵，信使號也對其進行了詳細觀測。 可見光影像顯示，巴生撞擊坑既有非常暗的物質，也有非常明亮的物質。 MERTIS飛越觀測顯示，該隕石坑在紅外線光下也很突出。

「當我們第一次看到MERTIS 飛越資料並能立即分辨出撞擊坑時，那一刻真是令人嘆為觀止！ 這個資料集還有很多東西有待發現–以前從未以這種方式觀測到的表面特徵正等待著我們。好了準備。

2024年12月1日，BepiColombo號第五次飛越水星，為2026年進入環繞太陽系最神祕行星的軌道做好準備。 圖片來源：歐空局

這顆小行星的表面是由什麼組成的，是水星眾多謎團之一。 與信使號的數據相比，MERTIS和BepiColombo水星行星軌道器上的其他儀器將提供更好的精確度和元素組成解析度。

信差號發現，儘管水星的鐵鎳核心異常巨大，但其表面的鐵含量卻相對較少。 這次任務也發現，雖然水星的軌道靠近太陽，但一些容易蒸發的化學元素卻以異常高的濃度存在。

與此相關的一個謎團是，為什麼這顆行星看起來如此黑暗。 乍一看，水星佈滿隕石坑的塵埃表面可能與月球相似，但它的表面反射光線只有月球的三分之二。

為了能夠解釋MERTIS 的測量結果，我們需要確切地知道不同的礦物在中紅外光下是如何發光的，以及它是如何隨溫度變化的。 水星的日照面會變得非常熱：MERTIS 輻射計在飛越水星期間測得的溫度高達420 ℃。

為了讓2026年抵達水星的BepiColombo做準備，MERTIS團隊一直在實驗室測試許多不同的材料和礦物混合物，將它們加熱到不同的溫度，並測量它們在中紅外線波段的發光情況。

索爾馬茲解釋說：”由於水星表面的鐵含量出奇地低，我們一直在測試缺鐵的天然和合成礦物。測試的材料包括岩石形成的礦物，以模擬水星表面可能由什麼構成。”

MERTIS由德國航太中心建造，德國工業界也參與其中。 MERTIS 團隊由來自多個歐洲國家和美國的眾多科學家組成，他們正在共同研究這次飛越的數據。 “能與這樣一個出色的團隊合作評估數據，我感到非常高興。” 哈拉爾德說：”最好的還在後面–當我們在2026年進入環繞水星的軌道時，MERTIS將能夠充分挖掘其潛力。

進入軌道後，MERTIS將提供水星表面礦物分佈的全球地圖，解析度可達500公尺。

MERTIS之所以能夠在飛行任務的早期階段就進行觀測，完全是因為對儀器軟體進行了巧妙的重新編程。 MERTIS的設計目的是透過其所謂的”行星端口”觀測水星，並透過其”空間端口”觀測冷空間來校準這些數據。

但在2026年BepiColombo到達水星之前，太空船的零件是”堆疊”在一起的，MERTIS的行星端口被堵住了。 經過重新編程，它的空間連接埠現在可以用來在飛越水星的途中產生資料。 這在飛越月球和金星時已被證明是成功的，使研究小組能夠測試儀器併校準其產生的數據。

歐空局BepiColombo計畫科學家傑蘭特-瓊斯（Geraint Jones）說：”來自MERTIS儀器的這些迷人而有價值的結果只是一個誘人的暗示，一旦兩個軌道器都在環繞水星的軌道上運行，我們將期待整個BepiColombo科學有效載荷的巨大成果。

BepiColombo於2018年10月20日發射，是歐空局和日本宇宙航空研究開發機構（JAXA）的一項聯合任務，在歐空局領導下執行。 這是歐洲首​​次前往水星執行任務。

任務由兩個科學軌道器組成： 歐空局的水星行星軌道器（MPO）和日本宇宙航空研究開發機構的水星磁層軌道器（Mio）。 歐洲的水星轉移艙（MTM）將軌道器運送到水星。

2026 年底抵達水星後，太空船將分離，兩個軌道器將機動進入繞行水星的專用極軌道。 兩個軌道器將於2027 年初開始科學運作，在為期一年的名義任務期間收集數據，並有可能延長一年。

所有M-CAM影像均可在行星科學檔案中公開取得。

編譯自/ ScitechDaily