Mars odkrywa swój nocny sekret: odkrywa swój magiczny zielony blask

Sonda ExoMars Trace Gas Orbiter ESA wykryła zieloną poświatę nocną w marsjańskiej atmosferze, dostarczając ważnych danych na temat procesów atmosferycznych i potencjalnego oświetlenia dla przyszłych misji marsjańskich. Zjawisko to, różniące się od zorzy polarnej, stanowi ogromny postęp w naszym rozumieniu zjawisk naturalnych Mars.

Kiedy przyszli astronauci będą badać regiony polarne Marsa, zobaczą zieloną poświatę rozświetlającą nocne niebo. Po raz pierwszy misja Europejskiej Agencji Kosmicznej ExoMars Trace Gas Orbiter (TGO) wykryła widoczną poświatę nocną w marsjańskiej atmosferze.

Pod czystym niebem blask może być wystarczająco jasny, aby ludzie mogli go zobaczyć, a łaziki mogły nawigować w ciemne noce. Obserwuje się także nocną poświatę na Ziemi. Na Marsie można było się tego spodziewać, ale do tej pory nigdy nie zaobserwowano tego w świetle widzialnym.

Nocne światło na Marsie

Atmosferyczna poświata nocna występuje, gdy dwa atomy tlenu łączą się, tworząc cząsteczkę tlenu, około 50 kilometrów (~30 mil) nad powierzchnią planety.

Atomy tlenu odbyły podróż: powstają na dziennej stronie Marsa, gdy światło słoneczne przekazuje energię cząsteczkom dwutlenku węgla, powodując ich rozpad na kawałki. Kiedy atomy tlenu migrują na nocną stronę i przestają ekscytować Słońce, przegrupowują się i emitują światło na niższych wysokościach.

Ta animacja przedstawia proces uważany za odpowiedzialny za nocną poświatę Marsa. Pod wpływem słonecznego promieniowania ultrafioletowego powyżej wysokości 70 km cząsteczki dwutlenku węgla – głównego składnika marsjańskiej atmosfery – rozpadają się na tlenek węgla i atomy tlenu. Te atomy tlenu (przedstawione jako czerwone kulki) są transportowane przez gigantyczną komórkę Hadleya, która ma gałąź wznoszącą się nad biegunem dziennym i gałąź zstępującą nad biegunem zimowym, zlokalizowaną na półkuli nocnej. Atomy tlenu rekombinują, tworząc tlen cząsteczkowy w zstępującej gałęzi komórki Hadleya, na wysokości 30–50 km, i emitują promieniowanie podczerwone. Źródło: Europejska Agencja Kosmiczna

„Emisja ta wynika z rekombinacji atomów tlenu, które powstały w letniej atmosferze i przenoszone przez wiatry na wysokie zimowe szerokości geograficzne, na wysokościach od 40 do 60 kilometrów w marsjańskiej atmosferze” – wyjaśnia Laurieann Soret, badacz z Instytutu Atmosfery i Laboratorium Planetarne. Fizyka z Uniwersytetu w Liège w Belgii i członek zespołu, który opublikował odkrycie w Astronomia przyrodnicza.

Oświetlenie nocnej poświaty może być wystarczająco jasne, aby oświetlić drogę przed tobą i zobaczyć blask tak jasny jak chmury oświetlone księżycem na Ziemi.

„Te obserwacje są nieoczekiwane i interesujące dla przyszłych misji na Czerwoną Planetę” – mówi Jean-Claude Girard, główny autor nowego badania i planetolog z Uniwersytetu w Liège.

Poświata powietrza występuje w atmosferze ziemskiej, gdy światło słoneczne oddziałuje z atomami i cząsteczkami w atmosferze. Na tym zdjęciu, wykonanym przez astronautów na pokładzie Międzynarodowej Stacji Kosmicznej (ISS) w 2011 roku, nad krzywizną Ziemi pojawia się zielony pas poświaty tlenowej. Na powierzchni pojawiają się części Afryki Północnej, gdzie wieczorne światła świecą wzdłuż Nilu i jego delty. Źródło: NASA

Podążaj świecącą zieloną ścieżką

Wzbudziło to zainteresowanie międzynarodowego zespołu naukowego A Poprzednie odkrycie Wykonano je za pomocą Mars Express, który dziesięć lat temu obserwował poświatę nocną w podczerwieni. Następnie sonda kosmiczna Trace Gas Orbiter wykryła świecące zielone atomy tlenu nad dzienną stroną Marsa w 2020 r.; był to pierwszy raz, kiedy zaobserwowano taką emisję światła dziennego wokół planety innej niż Ziemia.

Atomy te również przemieszczają się na nocną stronę, a następnie ponownie łączą się na niższych wysokościach, tworząc widoczną nocną poświatę odkrytą w opublikowanych dzisiaj nowych badaniach.

Artystyczna wizja Europejskiej Agencji Kosmicznej Egzomar Śledź orbitę gazu Wykrywanie zielonej poświaty tlenu w marsjańskiej atmosferze. Emisja ta, obserwowana po dziennej stronie Marsa, jest podobna do poświaty nocnej obserwowanej z kosmosu wokół ziemskiej atmosfery. Źródło: Europejska Agencja Kosmiczna

Krążąc wokół Czerwonej Planety na wysokości 400 kilometrów, TGO był w stanie obserwować nocną stronę Marsa poprzez kanał ultrafioletowy swojego pojazdu. Narzędzie Nomada. Instrument pokrywa zakres widmowy od bliskiego ultrafioletu do światła czerwonego i został skierowany w stronę krawędzi czerwonej planety, aby lepiej obserwować górne warstwy atmosfery.

Eksperyment NOMAD prowadzony jest przez Królewski Belgijski Instytut Astronautyki i współpracuje między innymi z zespołami z Hiszpanii (IAA-CSIC), Włoch (INAF-IAPS) i Wielkiej Brytanii (Open University).

Wartość naukowa

Nocna poświata służy jako wskaźnik procesów atmosferycznych. Może dostarczyć wielu informacji na temat składu i dynamiki trudnego do zmierzenia obszaru atmosfery, a także gęstości tlenu. Może także ujawnić, w jaki sposób energia jest gromadzona przez światło słoneczne i wiatr słoneczny – strumień naładowanych cząstek emanujących z naszej gwiazdy.

Ujęcie z przestrzeni Drogi Mlecznej i Ziemi razem przed Międzynarodową Stacją Kosmiczną. Galaktyka Drogi Mlecznej rozciąga się poniżej krzywizny kończyny Ziemi na zdjęciu, co również rejestruje słabą zieloną poświatę. Centralne zgrubienie galaktyki widoczne jest z polami gwiazdowymi przeciętymi ciemnymi szczelinami pyłu międzygwiazdowego. Zdjęcie wykonał astronauta NASA Scott Kelly w 2015 roku podczas jego rocznej misji w kosmosie. Źródło zdjęcia: NASA/Scott Kelly

Zrozumienie właściwości marsjańskiej atmosfery jest nie tylko interesujące z naukowego punktu widzenia, ale także niezbędne w przypadku misji na powierzchnię Czerwonej Planety. Na przykład gęstość atmosfery bezpośrednio wpływa na opór, jaki wywierają satelity krążące wokół Marsa i spadochrony używane do dostarczania sond na powierzchnię Marsa.

Nocna poświata kontra zorza polarna

Na Ziemi obserwuje się także poświatę nocną, ale nie należy jej mylić z zorzą polarną. Zorza polarna to tylko jeden ze sposobów oświetlania atmosfery planety.

Powstaje zorza polarna, Na Marsie Podobnie jak na Ziemi, kiedy energetyczne elektrony ze Słońca uderzają w górne warstwy atmosfery. Różnią się w przestrzeni i czasie, a światło nocne jest bardziej jednolite. Zarówno poświata nocna, jak i zorza polarna mogą wykazywać szeroką gamę kolorów w zależności od tego, które gazy atmosferyczne występują w największej ilości na różnych wysokościach.

Zielona nocna poświata na naszej planecie jest dość słaba, dlatego najlepiej ją widać, patrząc z perspektywy „krawędziowej” – jak pokazano na Wiele niesamowitych zdjęć Zrobione przez astronautów Międzynarodowa Stacja Kosmiczna.

Film poklatkowy autorstwa Europejska Agencja Kosmiczna Zdjęcie zostało zrobione astronauty Timowi Peake’owi podczas jego sześciomiesięcznej misji Principia na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej. Brytyjski astronauta tak skomentował ten timelapse: „Widok ISS na «wschodzącą zorzę polarną» – czy widzisz dwa satelity na końcu? Film poklatkowy utworzony ze zdjęć wykonanych w odstępie jednej sekundy, odtwarzany 25 razy szybciej. Źródło: Europejska Agencja Kosmiczna/NASA

Odniesienie: „Obserwacja Marsa O₂ „Nocna poświata widoczna przez spektrograf NOMAD na pokładzie orbitera gazu śladowego” J.-C. Girard, L. Surette, I.R. Thomas, P. Ristic, Y. Willama, C. Debussy, AC Vandel, F. Dearden, B. Hubert, J.P. Mason, MR Patel i MA Lopez Valverde, 9 listopada 2023 r., Astronomia przyrodnicza.
doi: 10.1038/s41550-023-02104-8