MESSENGER (englisch Mercury Surface, Space Environment, Geochemistry and Ranging; deutsch etwa „Merkur-Oberflächen-, Umwelt-, Geochemie- und Entfernungsmessung“) war eine NASA-Raumsonde des Discovery-Programms, die den sonnennächsten Planeten Merkur erforschte. Die Abkürzung ergibt das englische Wort für ‚Bote‘ und bezieht sich so auch auf den römischen Gott Mercurius, den Götterboten. Die Sonde startete am 3. August 2004. Auf ihrem Weg in den inneren Teil des Sonnensystems gab sie in mehreren Vorbeiflugmanövern an Erde, Venus und Merkur so viel Bewegungsenergie ab, dass sie am 18. März 2011 beim vierten Vorbeiflug am Merkur mit einem 15-minütigen Bremsmanöver in eine Umlaufbahn um den Planeten einschwenkte. Die Mission endete am 30. April 2015, als die Sonde nach Aufbrauchen des Treibstoffs auf Merkur einschlug.
Messenger war nach Mariner 10 die zweite Raumsonde, die den Merkur besuchte, und die erste, die ihn als Orbiter umrundete. 2018 wurde BepiColombo von ESA und JAXA als Nachfolgemission gestartet, die mit zwei Orbitern und zusätzlichen Instrumenten die Forschung noch einmal wesentlich vorantreiben soll.
Die Mission wurde vom Applied Physics Laboratory (APL) der Johns Hopkins University geleitet, das die Raumsonde auch gebaut hat. Die Instrumente wurden sowohl vom APL als auch vom Goddard Space Flight Center der NASA, von der University of Michigan und der University of Colorado geliefert. Die Kosten der Mission inklusive der Raumsonde und ihrer Instrumente, der Trägerrakete sowie der Missionsdurchführung und Datenanalyse bis zum Ende der Primärmission im März 2012 betrugen etwa 427 Millionen US-Dollar.
Merkur gehört zu den am wenigsten erforschten Planeten des Sonnensystems. Dies liegt vor allem an den für Raumsonden sehr unwirtlichen Bedingungen in der Nähe der Sonne, wie der hohen Temperatur und intensiven Strahlung, sowie an zahlreichen technischen Schwierigkeiten, die bei einem Flug zum Merkur in Kauf genommen werden müssen. Selbst von der Erdumlaufbahn aus sind die Beobachtungsbedingungen zu ungünstig, um ihn mit Teleskopen beobachten zu können.
Merkur wurde bis zum ersten Vorbeiflug Messengers nur von einer einzigen Raumsonde besucht, der US-amerikanischen Mariner 10, die von 1974 bis 1975 dreimal den Planeten passierte. Dabei konnten jedoch lediglich 45 Prozent seiner Oberfläche kartiert werden. Zusätzlich untersuchte Mariner 10 Merkur im Infraroten, im UV-Licht und nahm Messungen des Magnetfeldes sowie der geladenen Partikel vor.
Im Gegensatz zur Mariner-10-Sonde, die lediglich Vorbeiflüge am Merkur durchführte, konnte Messenger aus einer Umlaufbahn heraus den Planeten mit seinen zahlreichen Instrumenten weitaus genauer erforschen.
Die Primärmission der Sonde im Merkurorbit war für genau ein Jahr ausgelegt. Messenger konnte dabei erstmals den Planeten vollständig kartieren und widmete sich speziell der Untersuchung der geologischen Geschichte des Merkurs sowie seiner Zusammensetzung. Weiterhin sollte die Sonde nach dem Ursprung des Magnetfeldes suchen, die Größe und den Zustand des Planetenkerns bestimmen, die Polarkappen des Planeten untersuchen sowie die Exosphäre und die Magnetosphäre erforschen.
Messenger bestand aus einem 1,27 m × 1,42 m × 1,85 m (= 3,3 m3) großen Körper und wurde durch einen halbzylindrischen, etwa 2,5 m hohen und 2 m breiten Schutzschild vor Sonneneinwirkung geschützt.
Lediglich zwei Solarpaneele an gegenüberliegenden Seiten des Körpers sowie ein 3,6 m langer Magnetometerausleger waren außerhalb des Schutzschildes angebracht.
Die Gesamtstartmasse der Raumsonde betrug 1093 kg; dabei wog die Sonde selbst 485,2 kg, die restlichen 607,8 kg entfielen auf den mitgeführten Treibstoff (Hydrazin und Stickstofftetroxid) sowie Helium-Druckgas. Das Haupttriebwerk war ein LEROS-1b-Triebwerk mit 635 N Schub.
Messenger trug sieben wissenschaftliche Instrumente, zudem wurde das Kommunikationssystem der Raumsonde zur Bestimmung des Gravitationsfeldes des Merkur verwendet (Radio Science). Fünf der Instrumente waren im unteren Teil der Sonde angebracht, eins (EPPS) im oberen sowie an der Seite und das MAG an einem 3,6 m langen Ausleger.
Mercury Dual Imaging System (MDIS)
MDIS bestand aus einer Weitwinkelkamera mit einem Blickfeld von 10,5° und einer Schmalwinkelkamera mit einem Blickfeld von 1,5°. Das Licht trat in das Instrument durch ein 12 cm × 12 cm großes Fenster, welches nur das sichtbare und Nahinfrarot-Licht bis zu einer Wellenlänge von 1,1 µm durchließ. Die Hauptaufgaben von MDIS waren: Farbaufnahmen des Merkurs während der Vorbeiflüge, hochauflösende Aufnahmen ausgewählter Gebiete und Stereobilder für hochauflösende Topografie. Ein globales monochromes Mosaik des Merkur mit einer mittleren Auflösung von 250 m pro Bildpunkt sollte während der ersten sechs Monate der Mission erstellt werden. Während der nächsten sechs Monate sollte die Aufnahme des Mosaiks aus einem anderen Winkel wiederholt werden, um so Stereobilder erzeugen zu können.
Weitwinkel-Farbaufnahmen mit allen zehn Farbfiltern sollten für etwa 40 % der Oberfläche erstellt werden.
Die Weitwinkelkamera verfügte über ein achromatisches Cooke-Triplet-Objektiv mit einem Durchmesser von 30 mm und einer Brennweite von 79 mm. Die Kamera war mit einem 12-Positionen-Filterrad ausgestattet. Zwei der Filter waren Bandpässe mit einer Bandbreite von 100 nm, zentriert jeweils auf 600 nm und 750 nm. Weitere zehn Filter waren Farbfilter, zentriert auf 415 nm (40 nm Bandbreite), 480 (30), 560 (10), 650 (10), 750 (10), 830 (10), 900 (10), 950 (20), 1000 (30) und 1020 (40). Aufgenommen wurde das einfallende Licht von einem Frame-Transfer-CCD mit 1024 × 1024 Bildpunkten (Pixel). Jedes Pixel ist 14 µm² groß. Bilder in voller Pixelgröße konnten alle vier Sekunden, Teilbilder (512 × 512 oder kleiner) jede Sekunde gewonnen werden. Die Auflösung der Kamera betrug 72 m bei einer Entfernung von 200 km und 5,4 km bei 15.000 km Entfernung.
Die Schmalwinkelkamera verwendete ein Ritchey-Chretien-Teleskop mit einer Brennweite von 550 mm. Nur ein Filter stand der Kamera zur Verfügung. Ein mit dem der Weitwinkelkamera identischer CCD diente dem Erstellen der Aufnahmen. Die Auflösung betrug 5,2 m bei einer Entfernung von 200 km und 390 m bei 15.000 km Entfernung.
MDIS wog 7,9 kg und benötigte im Mittel 10 Watt Leistung. Insgesamt wurden bis zum Ende der Primärmission 12 Gb Daten von MDIS erwartet. Das Instrument wurde vom Applied Physics Laboratory der Johns Hopkins University entwickelt.
Gamma-Ray and Neutron Spectrometer (GRNS)