הגשושית MESSENGER שוגרה ב־3 באוגוסט 2004 וביצעה יעף ראשון סביב כוכב־חמה ב־14 בינואר 2008 בו צולמו כ־20% מהכוכב. יעף שני באוקטובר 2008 ויעף נוסף בספטמבר 2009. ביעפים אלו יצולמו מרבית פני השטח שלא מופו על ידי מארינר 10. ב־18 במרץ 2011 נכנסה המסנג'ר למסלול אליפטי סביב כוכב־חמה והחלה בחקר כוכב הלכת במסלול. בדרכה הארוכה למסלול קבוע סביב כוכב־חמה ביצעה המסנג'ר מספר מעברים קרובים לכדור הארץ ולנוגה על מנת לחסוך בכמות הדלק בעת השיגור.
המסנג'ר תוכננה לחקור שש סוגיות עיקריות הקשורות בכוכב הלכת חמה:
למסנג'ר מכשור שיאפשר צילום תמונות ברזולוציה גבוהה בהרבה מזה של מארינר 10 ויצולמו שטחים נרחבים יותר. הגשושית גם מצוידת במכשור מגוון יותר כגון ספקטרומטר אשר יברר פיזור חומרים שונים על פני כוכב־חמה, מגנטומטר ומכשור נוסף למדידת מהירות חלקיקים טעונים. שינויים זעירים במסלול הגשושית יאפשרו להסיק מה הוא המבנה הפנימי של כוכב־חמה.
משימת בפיקולומבו.
סוכנות החלל היפנית JAXA, יחד עם סוכנות החלל האירופית, שיגרו ב־20 באוקטובר 2018 את הגשושית שצפויה להיכנס בשלהי דצמבר 2025 למסלול סביב כוכב־חמה, עם שתי מקפות מחקר. באוקטובר 2021 שלחה הגשושית תמונות ראשונות של כוכב חמה, לאחר שביצעה לידו תמרון שתוכנן מראש.
המקפת של סוכנות החלל האירופית, Mercury Planetary Orbiter - MPO, תתנתק מן החללית כאשר זו תגיע לכוכב־חמה והיא תירש את השם בפיקולומבו. בנוסף תתנתק המקפת היפנית MIO, שמשמעותו ביפנית "ניווט בטוח". החלק שנשאר מבפיקולומבו המקורית ישמש כתחנת ממסר עבור שתי המקפות.
שתי המקפות תחקורנה במקביל את השדה המגנטי של חמה, וכן בנפרד את פני השטח באמצעות מגוון מצלמות וכלים אחרים. הנתונים עשויים לעזור להבין את ההיסטוריה הגאולוגית של כוכב־חמה.
השם של החללית ושל המשימה בכלל, נקראים על שמו של , שהציע לראשונה לבצע טיסות מעבר של חלליות ליד כוכבי לכת כדי להאיץ את מהירותן.
אותה שיטה תביא את החללית לביצוע תמרונים אליפטיים סביב לכדור הארץ (פעם אחת), וסביב לנוגה (פעמיים). בשלב מסוים יופעל מנוע היינון אשר יאט את החללית, עד לכניסה למסלול סביב לכוכב־חמה, לאחר שישה תמרונים אליפטיים.
Parker Solar Probe.
כחלק ממסלולה אל עבר השמש, תבצע הגשושית Parker Solar Probe, אשר שוגרה ב־12 באוגוסט 2018, מספר יעפים סביב כוכב־חמה.
יחידה אסטרונומית
יחידה אסטרונומית (באנגלית: Astronomical unit, או בקיצור: AU, au, a.u) היא יחידת מידה לאורך השימושית במדעי החלל. היחידה המשמשת למדידת מרחקים מסדר גודל של מרחקים בין כוכבי לכת בתוך מערכת השמש או במערכת פלנטרית אחרת. גודלה של יחידה אסטרונומית אחת הוא 149,597,870.7 קילומטרים, קירוב של מרחקו הממוצע של כדור הארץ מהשמש. להמחשה, מרחקו הממוצע של כוכב חמה מהשמש הוא 0.38709893 יחידות אסטרונומיות, ואילו מרחקו הממוצע של פלוטו מהשמש הוא 39.48168677 יחידות אסטרונומיות. המרחק הממוצע בין מרכזו של הירח למרכז הארץ הוא כ-384,403 קילומטר שהם כ 0.00257 יחידות אסטרונומיות.
יחידות אלו קטנות מדי כדי למנות מרחקים בין כוכבים ובוודאי שבין גלקסיות, לכן במרחקים אלה עוברים לציין את המרחק באמצעות המידות שנת אור או פארסק.
אסטרופיזיקה
אסטרופיזיקה (יוונית: אסטרון – כוכב) היא ענף של האסטרונומיה העוסק בפיזיקה של היקום, ובפרט בתכונותיהם הפיזיות (בהירות נראית, צפיפות, טמפרטורה, הרכב כימי) של עצמים אסטרונומיים כגון כוכבים, גלקסיות, חורים שחורים והחומר הבין-כוכבי, ובפעולות הגומלין ביניהם.
אסטרופיזיקה היא תחום רחב מאוד ובמסגרתה נעשה שימוש בתורות פיזיקליות רבות, כגון מכניקה, אלקטרומגנטיות, מכניקה סטטיסטית, תרמודינמיקה, מכניקה קוונטית, יחסות, פיזיקה מולקולרית, פיזיקה גרעינית ופיזיקת חלקיקים.
סיווג שמה של המחלקה הרלוונטית באוניברסיטה ("אסטרופיזיקה" אל מול "אסטרונומיה") נובע לעיתים קרובות מההיסטוריה של המחלקה ופחות מנושאי הלימוד והמחקר. לדוגמה, בפקולטה למדעים מדויקים של אוניברסיטת תל אביב פועל "בית הספר לפיזיקה ואסטרונומיה" ובמסגרתו עוסקים החוקרים הן באסטרופיזיקה תאורטית והן בתצפיות אסטרונומיות.
היסטוריה.
בני אדם עסקו באסטרונומיה לכל אורך ההיסטוריה המתועדת, ולמרות זאת לאורך תקופה ארוכה היא נחשבה לענף נפרד ממדע הפיזיקה. בראיית העולם האריסטוטלית, השמימי שויך לשלמות - גופים ברקיע נדמו להיות כדורים מושלמים הנעים במסלולים מעגליים מושלמים - בזמן שהארצי נדמה מועד לחוסר שלמות; שתי הממלכות הללו נראו כלא קשורות זו לזו.
אריסטרכוס מסמוס (סביבות 250–310 לפני הספירה) היה הראשון לטעון שאת תנועת גרמי השמים ניתן להסביר על ידי מודל בו כוכבי הלכת במערכת השמש סובבים סביב השמש. בעולם הגאוצנטרי של אותם ימים, התאוריה ההליוצנטרית של אריסטרכוס נחשבה לכופרת במוסכמות, ולמשך מאות שנים ההשקפה לפיה כל גרמי השמיים סובבים סביב כדור הארץ, נותרה ללא עוררין. במאה ה-16 חידש את התאוריה האסטרונום ניקולאוס קופרניקוס, וב-1609 גילה גלילאו גליליי את ארבעת הירחים הבהירים ביותר של צדק ותיעד את מסלוליהם סביב כוכב הלכת, אשר סתרו את מערכת האמונות הגאוצנטרית של הכנסייה הקתולית באותם ימים. כדי להתחמק מעונש חמור נאלץ גלילאו להצהיר שעבודתו היא מתמטיקה מופשטת, ולא יכולה להיחשב כפילוסופיה של הטבע (שם נרדף לפיזיקה), כלומר, אינה מעשית.
הזמינות של מידע תצפיתי מדויק (בעיקר מתצפיותיו של טיכו ברהה) הובילה לניסיונות למצוא תאוריה שתסביר את התצפיות. בתחילה, נתגלו רק חוקים ניסיוניים, כגון חוקי קפלר של תנועת כוכבי הלכת שנוסחו בתחילת המאה ה-17. מאוחר יותר באותה מאה שילב אייזק ניוטון בין חוקי קפלר לחוקי הדינמיקה של גלילאו, כאשר גילה כי אותם חוקים השולטים בתנועה על פני כדור הארץ, שולטים גם בתנועתם של גרמי השמים - כוכבי הלכת והירח. המכניקה השמימית היא השימוש בחוקי הכבידה וחוקי ניוטון להסברת חוקי קפלר והייתה האיחוד הראשון של ענפי האסטרונומיה והפיזיקה.
פרסום ספרו של ניוטון, היסודות המתמטיים של פילוסופיית הטבע, שינה את הניווט הימי מן הקצה אל הקצה. החל מ-1670, נמדד העולם כולו בציוד מדידה מודרני ובשעונים המדויקים ביותר שהיו בנמצא. הצורך בניווט מדויק הוביל לשיפור גדל והולך ברמת הדיוק של התצפיות האסטרונומיות מחד ושל כלי התצפית מאידך, ושיפור זה בתורו הניב כמות גדולה של מידע שהיה זמין למדענים.
בשלהי המאה ה-19 נתגלה שכאשר קרני אור מהשמש נשברות, ניתן להבחין במספר רב של קווי ספקטרום - אזורים בקשת הצבעים שבהם יש מעט אור או אין בכלל. ניסויים בגזים חמים הראו שאותם קווים מופיעים בספקטרום של גזים, וכל תבנית מתאימה ליסוד כימי ייחודי. בצורה זו הוכח שהיסודות הכימיים מהם מורכבת השמש (בעיקר מימן) הם כאלה שנמצאים גם על כדור הארץ. למעשה, היסוד הליום נתגלה לראשונה בספקטרום של השמש ורק לאחר מכן על כדור הארץ, ומכך נגזר שמו (הליו ביוונית - שמש). במהלך המאה ה-20, השתפר מדע הספקטרוסקופיה (חקירת קווי הספקטרום), בעיקר בעקבות התגבשותה של מכניקת הקוונטים, שהייתה נחוצה להבנת התצפיות האסטרונומיות והניסיוניות.
אסטרופיזיקה תצפיתית (ניסויית).
מרבית התצפיות נעשות באמצעות הספקטרום האלקטרומגנטי.
פרט לקרינה אלקטרומגנטית, קיים מספר מועט מאוד של תופעות שמקורן במרחקים גדולים ושניתן לצפות בהן מכדור הארץ. מספר מתקנים לגילוי גלי כבידה נבנו שהמפורסם מביניהם הוא מערך הגלאים האינטרפרומטריים, LIGO, באמצעות מתקן זה נמדדה בפברואר 2016 לראשונה באופן ישיר הימצאותם של גלי כבידה .בנוסף גם מתקנים לגילוי חלקיקי נייטרינו נבנו, בעיקר על מנת לחקור את השמש. לבסוף, ניתן לצפות בקרינה קוסמית המורכבת מחלקיקים בעלי אנרגיה גבוהה במיוחד, כאשר אלה פוגעים באטמוספירה של כדור הארץ. בין השאר, קיים מצפה כזה גם בישראל, על הר החרמון.
התצפיות משתנות גם בסדר הגודל של הזמן שבו הן מבוצעות. נתונים היסטוריים על תצפיות בתחומים מסוימים מקיפים מאות ואף אלפי שנים. רוב התצפיות האופטיות נמשכות ממספר דקות למספר שעות, ולכן קשה לצפות כך בתופעות המשתנות בתדירות גבוהה יותר. באמצעות תצפיות רדיו ניתן להבחין באירועים המשתנים בסדר גודל של מילי-שניות (למשל, על מנת להבחין בפולסארים בעלי מחזור סיבוב מהיר במיוחד) ומנגד גם לשלב נתונים שנאספו במשך שנים (למשל, על מנת לחקור את האטת מחזור הסיבוב של פולסארים).
המחקר הנוגע לשמש שלנו תופס מקום מיוחד באסטרופיזיקה תצפיתית, מאחר שהיא הכוכב הקרוב ביותר אלינו. בכוכבים אחרים לא ניתן לצפות באותה רמה של פירוט עקב המרחקים העצומים בהם הם נמצאים.
בנוסף, מתקיים מחקר ניסיוני בתחום הקרוי אסטרופיזיקה גרעינית. תחום זה עוסק בתהליכים הגרעיניים האחראים על התפתחותם והרכביהם הכימיים של גורמים שמימיים. בעזרת מאיצי חלקיקים ניתן לשחזר במעבדה תנאים רלוונטיים השוררים בכוכבים ולבצע ניסויים של תהליכים גרעיניים.
אסטרופיזיקה תאורטית (עיונית).
אסטרופיזיקאים תאורטיים משתמשים במגוון רחב של כלים, וביניהם: