ExoMars наблюдает уникальное зеленое свечение на Красной планете

На Земле свечение кислорода появляется во время полярных сияний, когда заряженные электроны из межпланетного пространства попадают в верхние слои атмосферы. Это излучение придает полярным сияниям их красивый и характерный зеленый оттенок.

Аврора - лишь один из способов освещения планетных атмосфер. Атмосфера планет, включая Землю и Марс, светится постоянно как днем, так и ночью, поскольку солнечный свет взаимодействует с атомами и молекулами в атмосфере. Дневное и ночное свечение обусловлено несколько иными механизмами: ночное свечение происходит, когда раздробленные молекулы рекомбинируют, а дневное свечение возникает, когда солнечный свет непосредственно воздействует на атомы и молекулы азота и кислорода.

На Земле зеленое ночное свечение довольно слабое, и лучше всего его можно увидеть, если взглянуть с точки зрения перспективы - как на многих впечатляющих снимках, сделанных астронавтами на Международной космической станции (МКС). Эта может стать проблемой при охоте на аврору вокруг других планет, поскольку их яркие поверхности могут заглушить ее.

Это зеленое свечение впервые обнаружено на Марсе космическим орбитальным аппаратом ExoMars (TGO), который вращается вокруг планеты с октября 2016 года.

«Предполагалось еще 40 лет назад, это сияние существует и на Марсе - и благодаря TGO мы его нашли», говорит Жан-Клод Жерар из Университета Льеж, Бельгия, автор нового исследования, опубликованного в Nature Astronomy

Ученые смогли обнаружить его, используя специальный режим наблюдения TGO. Один из продвинутых инструментов орбитального аппарата NOMAD, включающий в себя спектрометр ультрафиолетового и видимого света (UVIS), может вести наблюдение в различных конфигурациях, и в одной из них позиционирует приборы так, чтобы они были направлены прямо на марсианский поверхность – канал надира.

«Предыдущие наблюдения не зафиксировали какого-либо зеленого свечения на Марсе, поэтому мы решили переориентировать канал надира UVIS так, чтобы он указывал на «край» Марса, аналогично точке зрения, с которой видно Землю на снимках, полученных с МКС», добавляет Энн Карин Вандале из Королевского института космических исследований Бельгии и главный исследователь NOMAD.

В период с 24 апреля по 1 декабря 2019 года ученые использовали NOMAD-UVIS для сканирования высот от 20 до 400 километров от марсианской поверхности дважды на орбиту. Проанализировав наборы данных, они обнаружили зеленое кислородное свечение во всех из них.

«Самое сильное свечение было на высоте около 80 километров и варьировалось в зависимости от изменения расстояния между Марсом и Солнцем», - добавляет Энн Карин.

Изучение свечения планетарных атмосфер может дать богатую информацию о составе и динамике атмосферы и выявить, как энергия выделяется солнечным светом и солнечным ветром - потоком заряженных частиц, исходящих от Солнца.

Чтобы лучше понять зеленое свечение на Марсе и сравнить его с тземным, Жан-Клод и его коллеги углубились в то, как он образовался.

«Мы смоделировали это свечение и обнаружили, что оно в основном производится в виде углекислого газа (CO2), разбитого на составные части: окись углерода и кислород», - говорит Жан-Клод. «Мы увидели, что эти атомы кислорода светятся как в видимом, так и в ультрафиолетовом свете».

Одновременное сравнение двух видов излучения показало, что видимое излучение было в 16,5 раз интенсивнее, чем ультрафиолетовое.

«Наблюдения на Марсе согласуются с предыдущими теоретическими моделями, но не с фактическим сиянием, которое мы видели вокруг Земли, где видимое излучение намного слабее», - добавляет Жан-Клод. «Это говорит о том, что нам нужно больше узнать о том, как ведут себя атомы кислорода, что очень важно для понимания атомной и квантовой физики».

Это понимание является ключом к характеристике атмосфер планет и связанных с ними явлений, таких как полярные сияния. Расшифровывая структуру и поведение этого зеленого светящегося слоя атмосферы Марса, ученые смогут получить представление о диапазоне высот, который остается в значительной степени неисследованным, и отслеживать его изменение по мере изменения активности Солнца и движения Марса по орбите вокруг звезды.

Понимание свойств атмосферы Марса не только интересно с научной точки зрения, но и является ключом к выполнению миссий, которые отправятся на Красную планету. Например, плотность атмосферы напрямую влияет на сопротивление, испытываемое орбитальными спутниками и парашютами, используемыми для доставки зондов на марсианскую поверхность.

«Этот тип дистанционного зондирования в сочетании с измерениями на месте на больших высотах помогает предсказать, как атмосфера Марса будет реагировать на сезонные изменения и изменения солнечной активности», - добавляют ученые. «Предсказание изменений в плотности атмосферы особенно важно для предстоящих миссий, включая миссию ExoMars 2022, которая отправит научную платформу и ровер для исследования поверхности Красной планеты».