Зонд Trace Gas Orbiter (TGO) обнаружил ярко-зеленое свечение в атмосфере Марса. Это первое подобное свечение, наблюдаемое за пределами Земли. Зеленая оболочка вокруг Красной планеты вызвана кислородом в ее атмосфере.
Астрономы десятилетиями охотились за слабым зеленым свечением вокруг Марса. Его источником являются атомы кислорода, которые взаимодействуют с солнечным светом в верхних слоях атмосферы.
Миссия ExoMars
Слабое зеленое свечение было замечено зондом Trace Gas Orbiter, который вращается вокруг Марса с октября 2016 года. Этот зонд является частью совместной миссии ExoMars (Exobiology on Mars) Европейского космического агентства (ESA) и российского Роскосмоса. Цель миссии - поиск следов жизни на Марсе и подготовка к будущим пилотируемым миссиям на этой планете.
Посадка спускаемого аппарата "Скиапарелли" на поверхность Красной планеты должна было стать первой частью миссии. Однако спускаемый зонд разбился о поверхность Марса. Вместе с посадочным аппаратом к марсу прибыл орбитальный аппарат TGO, который с тех пор вращается вокруг соседней планеты и изучает химический состав ее атмосферы.
Светящиеся атмосферы планет
Свечение, замеченное TGO, также наблюдается и у Земли. Его можно увидеть во время полярных сияний, когда заряженные частицы солнечного ветра сталкиваются с кислородом в верхних слоях атмосферы. Излучение кислорода и придает северному сиянию характерный зеленый оттенок.
Атмосферы планет, включая земную и марсианскую, постоянно светятся как днем, так и ночью, когда солнечный свет взаимодействует с атомами и частицами в них. Свечение дня и ночи вызвано немного различными механизмами. Свечение дня - это когда солнечный свет непосредственно возбуждает атомы и молекулы, такие как азот и кислород. Ночное свечение вызвано рекомбинацией разорванных в течение дня атомов, которые выделяют избыточную энергию в виде фотонов.
В настоящее время астрономы наблюдают в атмосфере Марса свечение дня - явление, гораздо более сложное для обнаружения, учитывая, что его слабое присутствие значительно тускнеет при дневном свете. На Земле это происходит, когда частицы в атмосфере поглощают солнечный свет, давая им избыточную энергию, которую они излучают в форме излучения той же или немного меньшей частоты, чем излучение, поглощенное в первую очередь. На Земле зеленое ночное свечение трудно увидеть. Надо смотреть на атмосферу с точки зрения ее краев, но это явление хорошо видно на фотографиях, сделанных астронавтами с Международной космической станции (МКС).
Зеленое свечение Марса
Это свечение вызвано тем, что атомы кислорода излучают свет на определенных длинах волн. До сих пор это явление никогда не встречалось на другой планете, - сказал Жан-Клод Жерар из Университета Льежа в Бельгии, ведущий автор публикаций на эту тему в "Nature Astronomy". Ученый добавил, что около 40 лет назад было предсказано, что это явление также можно увидеть на Марсе.
Жан-Клод Жерар и его коллеги смогли обнаружить это излучение с помощью специального режима наблюдения зонда TGO с помощью одного из усовершенствованных наборов инструментов орбитального аппарата, известного как NOMAD (Nadir and Occultation for Mars Discovery), который включает спектрометр ультрафиолетового и видимого спектра.
Более ранние наблюдения не зафиксировали никакого зеленого свечения на Марсе, поэтому мы решили изменить ориентацию инструмента так, чтобы он указывал на «край» Марса, аналогично тому, как это видно на фотографиях Земли, сделанных с МКС, - объяснила Анн Карин Вандель из Королевского института аэрономии Бельгии, соавтор публикаций и главный исследователь инструмента NOMAD.
С 24 апреля по 1 декабря 2019 года ученые сканировали атмосферу Марса на высотах от 20 до 400 километров. Когда они проанализировали эти наборы данных, то обнаружили выбросы "зеленого" кислорода на всех высотах, причем наиболее заметные - около 80 километров.
Атмосфера Марса
Чтобы лучше понять это зеленое свечение на Марсе и сравнить его с тем, что мы видим вокруг нашей собственной планеты, Жан-Клод и его коллеги начали более внимательно изучать, как оно образуется.
Мы смоделировали этот выброс и обнаружили, что он в основном производится углекислым газом, который расщепляется на угарный газ и кислород. Получающиеся атомы кислорода сияют как в видимом, так и в ультрафиолетовом свете, - пояснил Жан-Клод Жерар.
Сравнение этих двух типов излучения показало, что излучение в видимом свете было в 16,5 раз интенсивнее, чем в ультрафиолете.
Наблюдения на Марсе согласуются с предыдущими теоретическими моделями, но не с фактическим свечением, которое мы заметили вокруг Земли, где видимое излучение намного слабее. Это говорит о том, что нам нужно больше узнать о том, как ведут себя атомы кислорода, что крайне важно для нашего понимания атомной и квантовой физики, - сказал Жан-Клод Жерар.
Понимание свойств атмосферы Марса не только научно интересно, но и является ключом к выполнению миссий, которые мы отправляем на Красную планету. Например, плотность атмосферы напрямую влияет на сопротивление аппаратов и парашютов, используемых ими для приземления на поверхность Красной планеты.
Этот тип наблюдения с помощью дистанционного зондирования в сочетании с измерениями на месте на больших высотах помогает нам предсказать, как атмосфера Марса будет реагировать на сезонные изменения и изменения солнечной активности. Прогнозирование изменений плотности атмосферы особенно важно в предстоящих миссиях, в том числе в миссии ExoMars 2022, в которой марсоход и посадочная платформа будут изучать поверхности Красной планеты, - пояснил Хакан Сведхем из ESA.
Источник и фото: ESA
