Sonda Trace Gas Orbiter (TGO) dostrzegła w atmosferze Marsa wyraźną, zieloną poświatę. To pierwsza taka poświata zaobserwowana poza Ziemią. Zielona otoczka Czerwonej Planety jest spowodowana przez znajdujący się wysoko w atmosferze tlen.
Na słabą, zieloną poświatę wokół marsa astronomowie polowali od dziesięcioleci. Jej źródłem są atomy tlenu, które wchodzą w interakcje ze światłem słonecznym w górnej atmosferze.
Nikłą, zieloną poświatę dostrzegła sonda Trace Gas Orbiter, która krąży wokół Marsa od października 2016 roku. Sonda ta jest częścią wspólnej misji ExoMars (Exobiology on Mars) Europejskiej Agencji Kosmicznej (ESA) i rosyjskiego Roskosmosu. Celem misji jest poszukiwanie śladów życia na Marsie oraz lepsze przygotowanie do przyszłych misji załogowych na tej planecie.
Osadzenie lądownika Schiaparelli na Czerwonej Planecie miało być pierwszą częścią misji. Jednak lądownik roztrzaskał się o powierzchnię Marsa. Wraz z lądownikiem poleciał orbiter TGO, który od tamtej pory krąży wokół sąsiedniej planety i bada skład chemiczny jej atmosfery.
Dostrzeżony przez TGO blask jest widoczny także na Ziemi. Można go zobaczyć podczas zórz polarnych, gdy naładowane cząstki wiatru słonecznego uderzają w tlen znajdujący się w górnej atmosferze. Ta tlenowa emisja światła nadaje polarnym zorzom piękny i charakterystyczny zielony odcień.
Atmosfery planet, w tym Ziemi i Marsa, świecą nieustannie zarówno w dzień, jak i w nocy, gdy światło słoneczne oddziałuje z atomami i cząsteczkami w atmosferze. Blask dnia i nocy jest powodowany przez nieco odmienne mechanizmy. Blask dnia powstaje, gdy światło słoneczne bezpośrednio wzbudza atomy i cząsteczki, takie jak azot i tlen. Nocny blask powodowany jest przez rekombinację rozerwanych w ciągu dnia atomów, które uwalniają nadmiar energii w postaci fotonów.
To, co astronomowie zaobserwowali teraz w atmosferze Marsa, to blask dnia - zjawisko o wiele trudniejsze do wykrycia, biorąc pod uwagę, że jego słaba obecność jest znacznie przyćmiona przez światło dzienne. Na Ziemi występuje, gdy cząsteczki w atmosferze pochłaniają światło słoneczne, co daje im nadwyżkę energii, którą emitują w postaci promieniowania o tej samej lub nieco niższej częstotliwości niż promieniowanie pochłonięte w pierwszej kolejności. Na Ziemi zielona nocna poświata jest trudna do dostrzeżenia. Należałoby spojrzeć na atmosferę z perspektywy jej krawędzi, ale doskonale widać to zjawisko na zdjęciach wykonanych przez astronautów na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej (ISS).
Zielona poświata na Ziemi, fot. NASA
- Emisja ta powodowana jest przez atomy tlenu emitujące światło o określone długości fali. Zjawisko to nigdy nie było widziane na innej planecie, aż do teraz – powiedział Jean-Claude Gérard z Université de Liège w Belgii, główny autor publikacji na ten temat w „Nature Astronomy”. Uczony dodał, że około 40 lat temu przewidziano, że zjawisko to będzie można dostrzec także na Marsie.
Jean-Claude Gérard i jego koledzy byli w stanie wykryć tę emisję za pomocą specjalnego trybu obserwacji sondy TGO przez jeden z zaawansowanych zestawów instrumentów orbitera, znany jako NOMAD (Nadir i Occultation for Mars Discovery), w którego skład wchodzi m.in. spektrometr promieniowania w zakresie ultrafioletowym i widzialnym.
- Wcześniejsze obserwacje nie uchwyciły żadnego zielonego blasku na Marsie, dlatego postanowiliśmy zmienić orientację instrumentu, tak aby wskazywał na „krawędź” Marsa, podobnie do perspektywy widzianej na zdjęciach Ziemi zrobionych z ISS – wyjaśniła Ann Carine Vandaele z Institut Royal d'Aéronomie Spatiale de Belgique, współautorka publikacji i główna badacza instrumentu NOMAD.
Między 24 kwietnia a 1 grudnia 2019 roku uczeni skanowali atmosferę Marsa na wysokościach od 20 do 400 kilometrów. Kiedy przeanalizowali te zbiory danych, znaleźli zieloną emisję tlenu we wszystkich z wysokościach, przy czym najwyraźniejsza była na wysokości około 80 kilometrów.
Aby lepiej zrozumieć tę zieloną poświatę na Marsie i porównać ją z tym, co widzimy wokół naszej własnej planety, Jean-Claude i koledzy zaczęli dokładniej badać sposób jej powstawania. - Modelowaliśmy tę emisję i stwierdziliśmy, że jest ona wytwarzana głównie przez dwutlenek węgla, który jest rozkładany na części składowe: tlenek węgla i tlen. Powstające atomy tlenu świecą zarówno w świetle widzialnym, jak i ultrafioletowym – wyjaśnił Jean-Claude Gérard.
Porównanie tych dwóch rodzajów emisji wykazało, że emisja w zakresie światła widzialnego była 16,5 razy intensywniejsza niż w ultrafiolecie. - Obserwacje na Marsie zgadzają się z poprzednimi modelami teoretycznymi, ale nie z faktycznym blaskiem, które zauważyliśmy wokół Ziemi, gdzie emisja w zakresie widzialnym jest znacznie słabsza. To sugeruje, że musimy dowiedzieć się więcej o tym, jak zachowują się atomy tlenu, co jest niezwykle ważne dla naszego zrozumienia fizyki atomowej i kwantowej – zaznaczył Jean-Claude Gérard.
Zrozumienie właściwości atmosfery Marsa jest nie tylko interesujące z naukowego punktu widzenia, ale jest również kluczowe do prowadzenia misji, które wysyłamy na Czerwoną Planetę. Na przykład gęstość atmosferyczna wpływa bezpośrednio na opór, jaki odczuwają satelity i spadochrony przez nie używane do lądowania na powierzchni Czerwonej Planety.
- Ten rodzaj obserwacji za pomocą teledetekcji, w połączeniu z pomiarami in situ na wyższych wysokościach, pomaga nam przewidzieć, w jaki sposób marsjańska atmosfera zareaguje na zmiany sezonowe i zmiany aktywności słonecznej. Przewidywanie zmian gęstości atmosferycznej jest szczególnie ważne w nadchodzących misjach, w tym w misji ExoMars 2022, w której na Marsa poleci łazik i platforma do badań powierzchni Czerwonej Planety – wyjaśnił Håkan Svedhem z ESA.
Źródło i fot.: ESA
