Ночное свечение на Марсе: первые наблюдения ExoMars TGO в видимом свете
Когда два атома кислорода соединяются в молекулу, на высоте около 50 км над поверхностью Марса возникает слабое зеленое свечение. Это явление, которое происходит и на Земле, никогда ранее не наблюдалось в видимом свете на ночном полушарии Марса.
Теперь это удалось сделать миссии ЕКА ExoMars Trace Gas Orbiter (TGO). Международная команда под руководством ученых из Льежского университета с помощью ExoMars TGO наблюдала и датировала эмиссию, обусловленную рекомбинацией атомов кислорода, образующихся на дневной стороне Марса и переносимых ветрами на ночную сторону.
Возникающее зеленое свечение, помимо того, что дает важные сведения о плотности марсианской атмосферы, может быть достаточным для освещения марсианской поверхности во время будущих пилотируемых полетов.
Как возникает это свечение?
При воздействии солнечного ультрафиолетового излучения на высоте более 70 км молекулы углекислого газа, основного компонента атмосферы Марса, расщепляются на угарный газ и атомы кислорода. Эти атомы кислорода переносятся гигантской ячейкой Хэдли — типом конвективной циркуляции атмосферы.
Над зимним полюсом, в ночном полушарии, на высоте 30-50 км атомы кислорода рекомбинируют в молекулярный кислород, испуская инфракрасное излучение. Прибор OMEGA на борту Mars Express обнаружил инфракрасные излучения на ночной стороне Марса, над полярными областями, в 2012 году.
Наблюдение ночного свечения на Марсе
Позднее, в 2020 году, ExoMars TGO обнаружил ярко-зеленые атомы кислорода над дневной стороной Марса. Эти атомы, переносимые ветрами, также попадают на ночную сторону и рекомбинируют на меньших высотах, вызывая свечение, видимое над ночным полушарием.
Находясь на орбите Марса на высоте 400 км, TGO проводил мониторинг марсианской атмосферы с помощью ультрафиолетово-видимого канала спектрометра NOMAD - UVIS-NOMAD. Изначально предназначенный для картирования озонового слоя вокруг планеты в ультрафиолетовом диапазоне, UVIS-NOMAD охватывает спектральный диапазон от ближнего ультрафиолета до красного цвета. Для этого прибор обычно ориентируется на центр планеты и наблюдает солнечный свет, отраженный от ее поверхности и атмосферы.
По предложению Льежской команды прибор был ориентирован специально для наблюдения верхних слоев атмосферы. Таким образом, удалось отследить ночное свечение, которое наблюдается в основном между 40 и 60 км в высоких широтах в зимнее время года. Исследователи утверждают, что это ночное свечение можно наблюдать не только с орбитального аппарата, но и с марсианской поверхности невооруженным глазом в условиях ясного неба.
Почему важно его изучать?
Ночное свечение может дать богатую информацию о составе и динамике марсианской атмосферы, а также о плотности кислорода. Обнаружение этих излучений является прекрасным инструментом для изучения состава и динамики верхних слоев атмосферы в диапазоне от 40 до 80 км. Область, недоступная для прямых методов измерения состава с помощью спутников.
Кроме того, свечение может показать, как происходит поглощение энергии как солнечным светом, так и солнечным ветром — потоком заряженных частиц, исходящих от нашей звезды.
"Эти новые наблюдения неожиданны и интересны для будущих путешествий на Красную планету", — восторгается Жан-Клод Жерар, планетолог из Льежского университета. Интенсивность ночного сияния в полярных областях будет такова, что приборы на марсианской орбите смогут составлять карты и отслеживать атмосферные потоки. Более того, излучение будет достаточно интенсивным, чтобы его могли наблюдать во время полярной ночи будущие астронавты на орбите или с марсианской поверхности.
Это ночное свечение не является полярным сиянием
Ночное свечение наблюдается и на Земле, но его не следует путать с полярным сиянием. Полярные сияния на Марсе, как и на Земле, возникают при попадании энергичных электронов от Солнца в верхние слои атмосферы. Они сильно различаются в зависимости от направления падения электронов, их взаимодействия с газами и т.д.
Ночное свечение, напротив, более равномерно. Оно более или менее равномерно распределено в четкой атмосферной полосе, где происходят рекомбинации атомов. Однако оно, как и полярное сияние, может иметь широкий спектр цветов в зависимости от того, какие газы в атмосфере наиболее распространены на разных высотах.
Ночное зеленое свечение на нашей планете довольно слабое, однако существует множество снимков, сделанных космонавтами на Международной космической станции, на которых оно запечатлено.
С аннотацией исследования, опубликованной в журнале Nature Astronomy, можно ознакомиться .