При соединении двух атомов кислорода в молекулу на высоте около 50 километров над поверхностью Марса возникает слабый зеленый свет. Данное явление, происходящее и на Земле, ранее не фиксировалось в видимом свете на ночном полушарии Марса.
Космический аппарат ExoMars Trace Gas Orbiter (TGO) Европейского космического агентства выполнил эту задачу. Международная группа учёных, возглавляемая специалистами из Льежского университета, при помощи ExoMars TGO наблюдала и датировала выделение газа, вызванное рекомбинацией атомов кислорода, которые образуются на дневной стороне Марса и переносятся ветрами на ночную сторону.
Зелёное свечение предоставляет ценную информацию о плотности атмосферы Марса и может служить источником света при будущих полётах людей на Красную планету.
Как возникает это свечение?
Под воздействием солнечных ультрафиолетовых лучей высотой более 70 км молекулы углекислого газа, составляющего основную часть марсианской атмосферы, разлагаются на угарный газ и атомы кислорода. Гигантская ячейка Хэдли — тип конвективной циркуляции атмосферы — перемещает эти атомы кислорода.
Над зимним полюсом Марса, в ночном полушарии, на высоте 30-50 километров атомы кислорода соединяются в молекулярный кислород, выделяя инфракрасное излучение. Прибор OMEGA на борту Mars Express зарегистрировал инфракрасные лучи на ночной стороне Марса над полярными областями в 2012 году.
Наблюдение ночного свечения на Марсе
В 2020 году ExoMars TGO обнаружил яркие зелёные атомы кислорода над дневной стороной Марса. Переносимые ветрами атомы попадают и на ночную сторону, где на меньших высотах рекомбинируют, вызывая свечение, видимое над ночным полушарием.
С орбиты Марса на высоте 400 километров зонд TGO осуществлял 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, отражённый от ее поверхности и атмосферы.
По предложению команды из Льежа прибор был настроен для наблюдения верхних слоёв атмосферы. Это позволило отследить ночное свечение, которое чаще всего наблюдается на высотах от 40 до 60 километров в высоких широтах зимой. Исследователи утверждают, что это ночное свечение можно увидеть не только с орбиты, но и с поверхности Марса без инструментов при ясной погоде.
Почему важно его изучать?
Ночное свечение позволяет получить богатую информацию о составе и изменениях марсианской атмосферы, а также о концентрации кислорода. Открытие этих излучений служит прекрасным инструментом для изучения состава и динамики верхних слоев атмосферы на высоте от 40 до 80 километров. Это область, недоступная для прямых измерений состава с помощью спутников.
Свечение также может демонстрировать процесс поглощения энергии как солнечным светом, так и солнечным ветром — потоком заряженных частиц от Солнца.
«Новые наблюдения открывают интересные возможности для будущих экспедиций на Марс. — восторгается Жан-Клод Жерар, планетолог из Льежского университета. Ночное сияние в полярных областях будет настолько интенсивным, 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 поверхности Марса.
Это ночное свечение не похоже на полярное сияние.
Ночное свечение есть и на Земле, но его нельзя путать с полярным сиянием. Полярные сияния на Марсе, как и на Земле, возникают при попадании солнечных энергичных электронов в верхние слои атмосферы. Различаются они в зависимости от направления падения электронов, их взаимодействия с газами и прочих факторов.
Ночное свечение распределено более равномерно и наблюдается в четкой атмосферной полосе, где происходят рекомбинации атомов. Как и полярное сияние, оно может иметь широкий спектр цветов, зависящий от распространенности различных газов на разных высотах.
Ночное зеленение Земли слабое, но его можно увидеть на фотографиях, снятых космонавтами с Международной космической станции.
Ознакомиться с аннотацией исследования, опубликованной в журнале «Nature Astronomy», можно. .