Загадка зеленого света: новое открытие на Марсе

Марс — это планета, которая всегда привлекала внимание человечества. Ее красный цвет, ее близость к Земле, ее возможная пригодность для жизни — все это делает ее объектом исследований и фантазий. Но Марс также полон сюрпризов, которые поражают ученых и любителей астрономии. Одним из таких сюрпризов стало недавнее открытие, сделанное международной командой ученых под руководством специалистов из Лаборатории планетарной и атмосферной физики (LPAP) Университета Льежа (Бельгия). Они обнаружили, что в ночном небе над Марсом светятся полярные сияния, которые видны в видимом диапазоне.

Полярные сияния — это явление, которое происходит, когда заряженные частицы солнечного ветра взаимодействуют с магнитным полем и атмосферой планеты. На Земле они обычно имеют зеленый, синий или фиолетовый цвет и создают впечатляющие световые шоу в высоких широтах. На Марсе же полярные сияния были обнаружены впервые в 2004 году с помощью спутника Mars Express Европейского космического агентства (ESA). Однако они были видны только в ультрафиолетовом диапазоне, который недоступен для человеческого глаза.

Чтобы увидеть полярные сияния на Марсе в видимом диапазоне, ученые использовали инструмент UVIS-NOMAD, который находится на борту спутника Trace Gas Orbiter (TGO) ESA. Этот инструмент является частью спектрометра NOMAD, разработанного в Королевском институте космической аэрономии в Уккле и протестированного и откалиброванного в Льежском космическом центре. Он был введен в круговую марсианскую орбиту на высоте 400 км в 2008 году. Изначально он был предназначен для картографирования озонового слоя, окружающего планету, в ультрафиолетовом диапазоне, но он также охватывает спектральный диапазон от ближнего ультрафиолета до красного. Для этой цели инструмент обычно ориентирован на центр планеты и наблюдает за солнечным светом, отраженным планетарной поверхностью и атмосферой.

«По предложению нашей лаборатории, инструмент был направлен на край планеты, чтобы наблюдать за ее атмосферой с краю, — объясняет Жан-Клод Жерар, планетолог из Университета Льежа. — Еще в 2020 году мы смогли обнаружить присутствие зеленого излучения на высоте от 40 до 150 км, присутствующего в марсианский день. Это было вызвано расщеплением молекулы CO2, основного составляющего атмосферы, ультрафиолетовым солнечным излучением».

Долгое путешествие кислородных атомов

Спутник TGO, наблюдая за атмосферой в ночное время, обнаружил новое излучение на высоте от 40 до 70 км. «Это излучение вызвано рекомбинацией кислородных атомов, созданных в летней атмосфере и перенесенных ветрами к высоким зимним широтам, — рассказывает Лориан Соре, исследователь из LPAP. — Там атомы рекомбинируют при контакте с CO2, образуя молекулу O2 в возбужденном состоянии, которая расслабляется и излучает свет в видимом диапазоне».

Это световое излучение сосредоточено в полярных регионах севера и юга, где кислородные атомы сходятся в нисходящей ветви гигантской траектории из противоположного полушария. Интенсивность излучения высока, в видимом диапазоне. Этот процесс, по-видимому, меняется каждые полмарсианских года, и яркость затем меняется полушариями. Похожее излучение было проанализировано на Венере той же командой с помощью изображений со спутника Venus Express ESA. На Венере атомы перемещаются с освещенной стороны на темную сторону, где они излучают тот же свет, что и на Марсе.

Исследователи из LPAP сыграли ключевую роль в этих наблюдениях. После того, как они подчеркнули наличие слоя зеленого света, окружающего планету на дневной стороне, они идентифицировали ночное излучение. Это открытие дает лучшее понимание динамики верхней атмосферы Красной планеты и ее изменений в течение года.