Mars onthult zijn nachtelijke geheim: het ontdekken van zijn magische groene gloed

ESA’s ExoMars Trace Gas Orbiter heeft een groene nachtgloed in de atmosfeer van Mars ontdekt, wat belangrijke gegevens oplevert over atmosferische processen en mogelijke verlichting voor toekomstige Mars-missies. Dit fenomeen, dat verschilt van het noorderlicht, vertegenwoordigt een grote vooruitgang in ons begrip van natuurlijke verschijnselen Mars.

Wanneer toekomstige astronauten de poolgebieden van Mars verkennen, zullen ze een groene gloed zien die de nachtelijke hemel verlicht. Voor het eerst is een zichtbare nachtgloed gedetecteerd in de atmosfeer van Mars door de ExoMars Trace Gas Orbiter (TGO)-missie van de European Space Agency.

Onder een heldere hemel kan de gloed helder genoeg zijn voor mensen om te zien en voor rovers om op donkere nachten te navigeren. De nachtgloed op aarde wordt ook waargenomen. Op Mars werd dit wel verwacht, maar tot nu toe is dit nog nooit in zichtbaar licht waargenomen.

Nachtlampje op Mars

Atmosferische nachtgloed ontstaat wanneer twee zuurstofatomen samenkomen om een ​​zuurstofmolecuul te vormen, ongeveer 50 kilometer (~30 mijl) boven het aardoppervlak.

Zuurstofatomen zijn op reis geweest: ze ontstaan ​​aan de dagzijde van Mars, wanneer zonlicht energie geeft aan koolstofdioxidemoleculen, waardoor ze in stukken splitsen. Wanneer de zuurstofatomen naar de nachtzijde migreren en de zon niet meer prikkelen, hergroeperen ze zich en zenden ze licht uit op lagere hoogten.

Deze animatie toont het proces dat vermoedelijk verantwoordelijk is voor de nachtelijke gloed van Mars. Bij blootstelling aan ultraviolette straling boven een hoogte van 70 km splitsen kooldioxidemoleculen – het hoofdbestanddeel van de atmosfeer van Mars – zich op in koolmonoxide- en zuurstofatomen. Deze zuurstofatomen (weergegeven als rode ballen) worden getransporteerd door de Hadley-reuzencel, die een stijgende tak heeft over de dagpool en een dalende tak over de winterpool, gelegen op het nachthalfrond. Zuurstofatomen recombineren om moleculaire zuurstof te vormen in de dalende tak van de Hadley-cel, op een hoogte van 30-50 km, en zenden infraroodstraling uit. Krediet: Europees Ruimteagentschap

“Deze emissie is het gevolg van de recombinatie van zuurstofatomen die in de zomeratmosfeer zijn gevormd en door de wind naar hoge winterbreedten zijn getransporteerd, op hoogten variërend van 40 tot 60 kilometer in de atmosfeer van Mars”, legt Laurieann Soret uit, een onderzoeker van het Atmospheric and Planetair laboratorium. Natuurkunde van de Universiteit van Luik in België, en onderdeel van het team dat de ontdekking publiceerde in Natuur astronomie.

De verlichting van een nachtgloed kan helder genoeg zijn om de weg voor ons te verlichten en de gloed zo helder te zien als maanverlichte wolken op aarde.

“Deze waarnemingen zijn onverwacht en interessant voor toekomstige missies naar de Rode Planeet”, zegt Jean-Claude Girard, hoofdauteur van de nieuwe studie en planetair wetenschapper aan de Universiteit van Luik.

Airglow ontstaat in de atmosfeer van de aarde wanneer zonlicht interageert met atomen en moleculen in de atmosfeer. Op deze afbeelding, gemaakt door astronauten aan boord van het Internationale Ruimtestation (ISS) in 2011, verschijnt een groene band van zuurstofgloed boven de curve van de aarde. Aan de oppervlakte verschijnen delen van Noord-Afrika, waar avondlicht schijnt langs de rivier de Nijl en zijn delta. Krediet: NASA

Volg het gloeiende groene pad

Het wekte de interesse van het internationale wetenschappelijke team A Vorige ontdekking Ze zijn gemaakt met behulp van Mars Express, die tien jaar geleden nachtgloed op infrarode golflengten observeerde. Het ruimtevaartuig Trace Gas Orbiter ging in 2020 verder met het detecteren van gloeiende groene zuurstofatomen boven de dagzijde van Mars, de eerste keer dat een dergelijke emissie bij daglicht werd waargenomen rond een andere planeet dan de aarde.

Deze atomen reizen ook naar de nachtzijde en komen dan weer samen op een lagere hoogte, waardoor de zichtbare nachtgloed ontstaat die is ontdekt in nieuw onderzoek dat vandaag is gepubliceerd.

Artistieke impressie van de European Space Agency Exomars Volg de gasbaan Het detecteren van de groene gloed van zuurstof in de atmosfeer van Mars. Deze emissie, waargenomen aan de dagzijde van Mars, is vergelijkbaar met de nachtgloed die vanuit de ruimte rond de atmosfeer van de aarde te zien is. Krediet: Europees Ruimteagentschap

TGO draaide in een baan om de Rode Planeet op een hoogte van 400 kilometer en kon de nachtkant van Mars observeren via het ultraviolette zichtbare kanaal van zijn voertuig. Nomad hulpmiddel. Het instrument bestrijkt een spectraal bereik van bijna ultraviolet tot rood licht en werd naar de rand van de rode planeet gericht om de bovenste lagen van de atmosfeer beter te kunnen waarnemen.

Het NOMAD-experiment wordt geleid door het Koninklijk Belgisch Instituut voor Ruimtevaart en werkt samen met teams uit onder meer Spanje (IAA-CSIC), Italië (INAF-IAPS) en het Verenigd Koninkrijk (Open Universiteit).

Wetenschappelijke waarde

De nachtgloed dient als tracer van atmosferische processen. Het kan een schat aan informatie opleveren over de samenstelling en dynamiek van een gebied in de atmosfeer dat moeilijk te meten is, evenals over de zuurstofdichtheid. Het kan ook onthullen hoe energie wordt afgezet door zonlicht en de zonnewind – de stroom geladen deeltjes die uit onze ster komt.

Een opname vanuit de ruimte van de Melkweg en de aarde samen buiten het internationale ruimtestation. Het Melkwegstelsel strekt zich in dit tafereel uit tot onder de ronding van de rand van de aarde, en registreert ook een zwakke groene luchtgloed. De centrale uitstulping van het sterrenstelsel verschijnt met sterrenvelden doorsneden door donkere spleten interstellair stof. De foto werd in 2015 gemaakt door NASA-astronaut Scott Kelly tijdens zijn eenjarige missie in de ruimte. Afbeelding tegoed: NASA/Scott Kelly

Het begrijpen van de eigenschappen van de atmosfeer van Mars is niet alleen wetenschappelijk interessant, maar ook essentieel voor missies naar het oppervlak van de Rode Planeet. De dichtheid van de atmosfeer heeft bijvoorbeeld rechtstreeks invloed op de weerstand die wordt ervaren door satellieten die in een baan om Mars draaien en de parachutes die worden gebruikt om sondes naar het oppervlak van Mars te brengen.

Nachtgloed versus aurora

Nachtgloed wordt ook op aarde waargenomen, maar moet niet worden verward met het noorderlicht. Het noorderlicht is slechts één manier waarop de planetaire atmosfeer wordt verlicht.

Het noorderlicht ontstaat, Op Mars Zoals op aarde, toen energetische elektronen van de zon de bovenste atmosfeer raakten. Ze variëren in ruimte en tijd, terwijl nachtlicht uniformer is. Zowel Nightglow als Aurora Borealis kunnen een breed scala aan kleuren vertonen, afhankelijk van welke atmosferische gassen het meest voorkomen op verschillende hoogten.

De groene nachtgloed op onze planeet is vrij zwak, dus je kunt deze het beste zien door vanuit een ‘rand’-perspectief te kijken – zoals weergegeven in Veel geweldige foto’s Gemaakt door astronauten Internationaal Ruimtestation.

Time-lapse-video van Europese Ruimtevaartorganisatie De foto is genomen van astronaut Tim Peake tijdens zijn zes maanden durende Principia-missie op het internationale ruimtestation. De Britse astronaut gaf commentaar op deze time-lapse: “ISS-weergave van de ‘aurora die opkomt’ – zie je de twee satellieten aan het einde? Een time-lapse-video gemaakt op basis van beelden gemaakt met tussenpozen van één seconde, die 25 keer sneller worden afgespeeld. Credit: European Space Agency /NASA

Referentie: “Marsobservatie O₂ “Nachtgloed zichtbaar door de NOMAD-spectrograaf aan boord van de Trace Gas Orbiter” door J.-C. Gerard, L. Surette, IR Thomas, P. Ristisch, Y. Willem, C. Debez, AC Vandel, F. Dearden, B. Hubert, JP Mason, MR Patel en MA Lopez Valverde, 9 november 2023, Natuur astronomie.
doi: 10.1038/s41550-023-02104-8