La première sonde envoyée vers Mercure fut une sonde américaine : Mariner 10. Elle effectua trois survols de Mercure en mars 1974, septembre 1974 et mars 1975. Lors du premier survol, elle permit de découvrir que Mercure, contrairement à ce que pensaient les scientifiques, possédait un champ magnétique et une atmosphère. La faible densité de la croûte de la planète fut également remarquée et les photos prises dévoilèrent une surface couverte de cratères. Le deuxième survol permit de cartographier 45% de la surface de la planète. Le dernier survol permit de découvrir que le champ magnétique n'était pas dû seulement aux vents solaires ; le mécanisme qui crée ce champ est une des questions qu'essayeront d'élucider les sondes BepiColombo et Messenger. Mariner 10 a considérablement fait progresser nos connaissance sur Mercure en répondant à certaines de nos questions, mais aussi, en en soulevant des nouvelles.

	Messenger (MErcury Surface, Space ENvironment, Geochemistry, and Ranging) est la deuxième sonde lancée vers Mercure, elle est partie le 3 août 2004. Il s'agit d'une mission de la NASA. Elle survolera une fois la Terre, deux fois Vénus et trois fois Mercure avant d'être la première sonde à se mettre en orbite autour de Mercure en mars 2011 après six ans et demi de voyage.
La sonde Messenger (crédit: JPL/NASA)

Cette mission a pour objectif de répondre aux questions suivantes :

• Quelle est l'histoire géologique de Mercure?
• Pourquoi Mercure est-elle si dense?
• Quelle est la structure du noyau de Mercure?
• Quelle est la nature du champ magnétique de Mercure?
• Quelles sont les matières que l'on trouve aux pôles de Mercure?
• Pourquoi les volatiles, qui constituent la fine enveloppe de gaz entourant Mercure, sont-ils si importants sur Mercure?

Pour répondre à ces questions, la sonde transporte huit instruments :

• Mercury Dual Imaging System MDIS : deux caméras, grand-angle et petit-angle, dont le rôle sera de faire une cartographie et une topographie du relief de la surface de Mercure.
• Gamma-Ray and Neutron Spectrometer GRNS : ce spectromètre détectera les rayons gamma et les neutrons. On l'utilisera pour cartographier l'abondance relative de certains éléments sur Mercure et pour savoir si les pôles, qui ne sont jamais exposés directement aux rayons du Soleil contiennent ou non de la glace.
• X-ray Spectometer XRS : ce spectromètre détectera les rayons X venant du Soleil et analysera comment ceux-ci interagissent avec la surface de Mercure complétant ainsi l'analyse réalisée par GRNS.
• Magnetometer MAG : ce magnétomètre cartographiera le champ magnétique mercurien et recherchera des roches magnétiques sur la croûte.
• Mercury Laser Altimeter MLA : cet altimètre laser enverra un rayon vers Mercure et mesurera le temps qu'il faut à ce rayon pour faire l'aller-retour instrument-sol. L'enregistrement des variations de ces mesures permettra de connaître précisément la topographie de Mercure.
• Mercury Atmospheric and Surface Composition Spectometer MASCS : ce spectromètre est sensible à la lumière qui va de l'infrarouge à l'ultraviolet ; il permettra de mesurer l'abondance des gaz atmosphériques et de détecter les minéraux à la surface de Mercure.
• Energetic Particle and Plasma Spectometer EPPS : ce spectromètre mesurera la composition, la distribution et l'énergie des particules chargées dans la magnétosphère de Mercure.
• Radio Science RS : cet instrument utilisera l'effet Doppler sur le signal radio pour mesurer les très petites variations de la vitesse de la sonde dans son orbite autour de Mercure. Ces données permettront d'étudier la distribution de masse de Mercure et les variations de l'épaisseur de sa croûte.

Pour consulter le site officiel de la NASA sur MESSENGER : cliquez ici.



BepiColombo est une mission de l'ESA (Agence Spatiale Européenne) vers Mercure en collaboration avec l'ISAS (Japon). Son départ est prévu en 2014. Six ans plus tard, en 2020, BepiColombo se divisera en deux sondes : la sonde japonaise (Mercury Magnetospheric Orbiter MMO) et la sonde européenne Mercury Planetary Orbiter MPO), toutes deux se mettront en orbite autour de Mercure et supporteront des températures allant jusqu'à 350°C. BepiColombo doit son nom au Professeur Giuseppe Colombo, surnommé Bepi, (1920-1984), un mathématicien et ingénieur italien qui fut le premier à suggérer que Mercure avait une résonance 3/2.

L'objectif des scientifiques, à travers cette mission, est de répondre aux questions suivantes : Que pouvons-nous apprendre de Mercure sur la composition de la nébuleuse solaire et sur la formation du système solaire? Pourquoi la densité de Mercure est-elle si élevée? Comment est la « face inconnue » de Mercure? Le noyau de Mercure est-il liquide ou solide? Mercure a-t-elle une activité tectonique aujourd'hui?

La sonde BepiColombo (crédit:ESA)

• Pourquoi une si petite planète possède-t-elle un champ magnétique intrinsèque alors que Vénus, Mars et la Lune n'en ont pas?
• Quelle est l'origine de ce champ magnétique?
• Pourquoi les observations spectroscopiques ne révèlent-elles pas la présence de fer alors que cet élément est supposé être le constituant majeur de Mercure?
• Comment Mercure a-t-elle évolué géologiquement?
• Les cratères, constamment à l'ombre, des zones polaires contiennent-ils du soufre ou de la glace d'eau?
• Quelles sont les mécanismes de formation de l'exosphère?
• En l'absence d'ionosphère, comment le champ magnétique interagit-il avec le vent solaire?
• L'avancement du périhélie de Mercure étant expliqué par la courbure de l'espace-temps, nous pouvons profiter de la proximité du Soleil pour faire des tests sur la relativité générale avec plus de précision.

Pour parvenir à répondre à ces questions, les instruments suivants seront embarqués à bord de Mercury Planetary Orbiter:

• Bepi Laser Altimeter BELA : BELA mesurera le temps que met un signal pour faire l'aller-retour entre la sonde et la surface de Mercure. Pour cela, un émetteur délivrera des impulsions lumineuses et un collecteur (télescope et récepteur) recevra les signaux réfléchis par la surface de Mercure. Un système électronique assurera l'émission et la détection des impulsions, mesurera le temps du vol et contrôlera l'ensemble. L'instrument devra toujours pointer vers le centre de masse de la planète. Grâce à BELA, on connaîtra la topographie de la surface de Mercure avec une précision de 1 mètre.
  
  
• Italian Spring Accelerometer ISA : cet accéléromètre mesurera les accélérations non-gravitationnelles de la sonde ; ceci permettra, en analysant la trajectoire de la sonde, d'obtenir les accélérations gravitationnelles (de séparer les parties gravitationnelle et non-gravitationnelle de l'accélération ressentie par la sonde).
  
  
• Spectrometers and Imagers for MPO BepiColombo Integrated Observatory System SIMBIO-SYS : ces spectromètres infra-rouge et caméras stéréos haute-résolution cartographiront la minéralogique globale.
  
  
• Mercury Orbiter Radio science Experiment MORE : L'objectif de MORE est de déterminer le champ de gravité de la planète, sa rotation, la taille et l'état physique de son noyau et de fournir des informations sur la structure interne de Mercure. Un signal radio sera envoyé depuis la Terre, sera reçu par la sonde et renvoyé à la Terre où on mesurera le temps mis pour effectuer l'aller-retour ainsi que l'effet Doppler sur la fréquence due à la vitesse relative de la sonde par rapport à la Terre. Le vent solaire perturbe les signaux, des ondes à deux fréquences différentes sont envoyées pour calculer et supprimer l'effet du vent solaire sur le signal.
  • Grâce à ces mesures, on pourra tout d'abord reconstruire la trajectoire de la sonde et ainsi, grâce à ISA qui mesure les accélérations non gravitationnelles de la sonde, nous affinerons nos connaissances sur le champ gravitationnel mercurien.
  • Les mesures des déviations de la trajectoire de la sonde au dessus des édifices géologiques ou des cratères de Mercure permettront, en combinaison avec les données de l'altimètre BELA, de reconstituer les anomalies de masse en surface et en dessous de la surface de Mercure.
  • De plus, à l'aide de SIMBIO-SYS, on pourra observer les mouvements de Mercure dans l'espace et reconstruire les librations de Mercure. En effet, la caméra s'orientera dans un premier temps par rapport aux étoiles qui l'entourent. Ensuite quand la sonde passera au dessus d'une zone particulièrement escarpée, elle prendra une photo. Les mesures faites par MORE depuis la Terre permettront ensuite de repérer la sonde dans l'espace. On réitèrera toutes ces mesures dans le temps, ce qui permettra de comparer les photos et d'obtenir avec une grande précision les positions des zones étudiées dans l'espace et à différents moments. Les déviations par rapport à la position de la zone observée lorsqu'on considèrera une rotation uniforme de Mercure permettront d'obtenir très précisément les librations de Mercure. On pourra alors obtenir de l'information sur l'intérieur de Mercure grâce à l'expérience de Peale.
  • On étudiera encore les déviations de la trajectoire des signaux causées par le Soleil pour obtenir des informations sur les paramètres de relativité générale.
  Pour visualiser l'expérience MORE, cliquer ici.
  
  
• Mercury Magnetometer MERMAG : ce magnétomètre mesurera le champ magnétique de Mercure et en déduira sa source et les interactions qui existent entre le champ magnétique et le vent solaire.
• Mercury Thermal Infrared Spectrometer MERTIS-TIS : cet instrument contient un radiomètre et un spectromètre imageur thermique, il mesurera la température de surface et l'inertie thermique pour faire la cartographie minéralogique globale.
• Mercury Gamma ray and Neutron Spectrometer MGNS : ces spectromètres gamma et à neutrons mesureront la composition élémentaire de la surface, de la sous-surface et la composition des dépôts de volatils dans les zones polaires.
• Mercury Imaging X-ray Spectrometer MIXIS : ce spectromètre imageur à rayons X déterminera la composition de la surface de Mercure, et fera une cartographie de la quantité des éléments chimiques.
• Probing of Hermean Exosphere by Ultraviolet Spectroscopy PHEBUS : ce spectromètre ultraviolet lointain et ultraviolet extrême fera une cartographie spectrale UV de l'exosphère de Mercure.
• Search for Exosphere Refilling and Emitted Neutral Abundances SERENA : ces spectromètres de masse et analyseur de particules neutres feront l'étude de la composition, de la structure verticale et de la source et des processus de dépôts de l'exosphère.
• Solar Intensity X-ray Spectrometer SIXS : ce spectromètre surveillera l'intensité des rayons X solaires et des particules solaires pour compléter les mesures de l'instrument MIXS.

L'Observatoire Royal de Belgique est impliqué dans les instruments BELA, SIMBIO-SYS et MORE. En particulier, l'Observatoire s'intéressera à la rotation et à la structure interne de Mercure.

La sonde japonaise MMO étudiera la magnétosphère de Mercure et son interaction avec les vents solaire ainsi que le champ magnétique mercurien.
Les intruments embarqués à bord sont les suivant:

• Mercury Magnetometer MERMAG-M/MGF : ces magnétomètres mesureront le champ magnétique mercurien.
• Mercury Plasma Particle Experiment MPPE : MPPE contient plusieurs instruments différents qui étudieront les particules de haute et de basse énergie de la magnétosphère de Mercure.
• Plasma Wave Instrument PWI : PWI est composé de plusieurs instruments qui étudiront la structure et la dynamique de la magnétosphère de Mercure.
• Mercury Sodium Atmospheric Spectral Image MSASI : ce spectromètre travaillera sur la caractérisation de l'exosphère de Mercure.
• Mercury Dust Monitor MDM : MDM mesurera la distribution de poussières dans l'orbite de Mercure.

Pour consulter le site officiel de l'ESA sur BepiColombo : cliquez ici.