На Земле существует явление, известное как ночное свечение, когда атмосфера испытывает слабые световые выбросы, которые не позволяют ночному небу стать полностью темным. Это вызвано различными процессами в верхних слоях атмосферы, такими как рекомбинация атомов, космические лучи, попадающие в атмосферу, или взаимодействие кислорода и азота с гидроксилом в нескольких сотнях километров от поверхности. Благодаря данным, полученным с помощью орбитального аппарата ExoMars Trace Gas Orbiter (TGO) ЕКА, такое же явление впервые наблюдалось в марсианской атмосфере.
Хотя ученые уже давно подозревали, что Марс также испытывает это атмосферное явление, это первый случай, который эффективно доказывает это. Открытие было сделано международной командой ученых на основе анализа данных спектрометра TGO Nadir and Occultation for MArs Discovery (NOMAD). Когда в ближайшем будущем астронавты и марсоходы будут исследовать полярные регионы Марса, они будут видеть зеленое свечение всякий раз, когда смотрят на небо, и даже смогут использовать это свечение для навигации и поиска пути в ночной темноте.
Исследование возглавил Жан-Клод Жерар, профессор Лаборатории физики планет и атмосферы Льежского университета/Института исследования звезд (IPAP-STAR). К нему присоединились исследователи из Королевского бельгийского института космической аэрономии (BIRA-IASB), Школы физических наук Открытого университета и Института астрофизики Андалусии (IAA-CSIS). Статья, описывающая их результаты, под названием «Наблюдение Марса О».2 видимое ночное свечение, полученное спектрометром NOMAD на борту орбитального аппарата Trace Gas», недавно появилось в Природа Астрономия.
Атмосферное ночное свечение возникает на Марсе, когда элементарный кислород объединяется с образованием газообразного кислорода (O2) примерно в 50 км (31 миле) над поверхностью планеты. Эти атомы возникают на дневной стороне Марса, где солнечный свет возбуждает молекулы углекислого газа и заставляет их расщепляться на составные компоненты. Когда они мигрируют на ночную сторону и больше не получают энергии от Солнца, они перегруппировываются и излучают свет на более низких высотах. Освещение могло быть достаточно ярким, чтобы можно было ориентироваться, таким же ярким, как залитые лунным светом облака на Земле.
Ночное сияние не следует путать с полярными сияниями, которые возникают в результате взаимодействия энергичных электронов Солнца с магнитным полем Земли и верхними слоями атмосферы. Похожий процесс происходит на Марсе в результате удара солнечных электронов в верхние слои атмосферы. Хотя полярные сияния различаются в пространстве и времени, ночное свечение более однородно, оба могут отображать широкий диапазон цветов в зависимости от того, какие атмосферные газы наиболее распространены на разных высотах. Астронавты регулярно наблюдают ночное свечение в атмосфере Земли с борта Международной космической станции (МКС) и делают захватывающие фотографии.
Международная команда была мотивирована предыдущими наблюдениями, сделанными аппаратом Mars Express ЕКА, который трижды наблюдал ночное сияние над краем планеты (в 2004, 2005 и 2006 годах соответственно). Эти явления были обнаружены в ходе серии из 40 инфракрасных наблюдений, проведенных с помощью визуализирующего спектрометра Mars Express Observatoire pour la Minéralogie, l’Eau, les Glaces et l’Activité (OMEGA), предоставленного Французским космическим агентством – Национальным центром пространственных исследований. (КНЕС). TGO последовал этому примеру, засняв дневное свечение над дневной стороной Марса в 2020 году с помощью своего инструмента NOMAD.
«Это излучение обусловлено рекомбинацией атомов кислорода, созданных в летней атмосфере и перенесенных ветрами в высокие зимние широты, на высоты от 40 до 60 км в марсианской атмосфере», — сказала соавтор Лориана Сорет, исследователь из IPAP. в Льежском университете, в недавнем пресс-релизе ЕКА. «Эти наблюдения неожиданны и интересны для будущих поездок на Красную планету», — добавил ведущий автор Жерар.
Эксперимент NOMAD проводят исследователи из BIRA-IASB в сотрудничестве с командами из Испании (IAA?CSIC), Италии (INAF?IAPS), Великобритании (Открытый университет) и других. Прибор охватывает спектральный диапазон от 100 до 700 нанометров, соответствующий длинам волн от ближнего ультрафиолета до красного света. Он также был ориентирован на край Красной планеты, в то время как TGO находился на орбите на высоте 400 км (250 миль), что позволяло ему лучше наблюдать верхние слои атмосферы на ночной стороне Марса.
Эти данные могут дать ценную информацию о марсианской атмосфере, предоставляя обширную информацию о составе, динамике и плотности кислорода в регионе, который трудно измерить. Это также может показать, как солнечный свет и заряженные солнцем частицы (также известные как солнечный ветер) отдают энергию в атмосферу. Эта информация важна при планировании будущих миссий на Марс, особенно когда речь идет о плотности атмосферы, которая влияет на сопротивление, испытываемое орбитальными аппаратами и парашютами, используемыми для доставки роботизированных миссий на поверхность.
И снова эти результаты демонстрируют, что Марс и Земля имеют некоторые ключевые сходства, возникающие из-за их схожего состава (земного или каменистого) и динамических процессов, которые управляют их атмосферами. В ближайшем будущем несколько космических агентств надеются отправить туда миссии с экипажем для проведения углубленных исследований, которые, вероятно, покажут, что у наших двух планет было похожее прошлое. Эти миссии могут также выявить доказательства существования прошлой жизни на Марсе и, возможно, доказательства того, что жизнь там все еще существует сегодня!
Дополнительная литература: ЕКА, Природа Астрономия
