Zdjęcie w tle: ESA

ExoMars Trace Gas Orbiter (TGO) zaobserwował zieloną łunę wokół Marsa, podobną do zorzy polarnej. Zjawisko jest związane z emisją zielonego światła przez wzbudzone atomy tlenu. Często obserwujemy je na Ziemi, ale pierwszy raz wykryliśmy świecenie atmosfery innej planety.

Na Ziemi nocna zielona poświata jest dość ciemna. Dużo lepiej widać ją z kosmosu np. z Międzynarodowej Stacji Kosmicznej. Jeszcze trudniej dostrzec zieloną łunę wokół innych planet, bo odbite od ich powierzchni światło słoneczne, przyćmiewa blask emitowany przez atmosferę. Dlatego tak ekscytujące są dane zebrane przez TGO.

Zorza polarna, obserwowana nocą, nie jest jedynym sposobem świecenia się atmosfery. Emisję promieniowania zaobserwowano zarówno nad częścią oświetloną jak i zacienioną Ziemi czy Marsa. Blask dnia powstaje gdy światło słoneczne wzbudza do świecenia cząsteczki azotu N2 lub tlenu O2. Natomiast nocne światło jest emitowane przez silnie reaktywne atomy tlenu O, które powstały po roszadzie cząsteczek O2.

Zjawisko zorzy polarnej obserwowane z Międzynarodowej Stacji Kosmicznej.

Zespół badawczy TGO mógł wykryć zorzę polarna Marsa dzięki specjalnemu trybowi obserwacji. Potrzebna była współpraca dwóch instrumentów: zaawansowanego instrumentu orbity: Nadir and Occultation for Mars Discover (NOMAD) i spektrometru obejmującego promieniowanie nadfioletowe i widzialne (UVIS). Z początku ustawiono jest tak, by obserwowały powierzchnię planty, ale to nie przyniosło spodziewanych rezultatów. Dlatego skierowano obiektywy na krawędź Marsa i dzięki temu wykryto zieloną poświatę.

Między 24 kwietnia i 1 grudnia 2019 roku naukowcy wykorzystali NOMAD-UVIS do skanowania atmosfery na wysokościach od 20 do 400 km nad powierzchnią Marsa. Wykonywano dwa pomiary na jedno okrążenia czerwonej planety. Zebrane dane potwierdziły obecność wzbudzonych atomów tlenu w atmosferze Marsa. Emisja zielonego światła była najsilniejsza na wysokości około 80 km nad powierzchnią i zmieniała się w zależności od odległości pomiędzy Marsem i Słońcem.

ESA

Emisja promieniowania w atmosferze Marsa, porównanie danych teoretycznych wynikających z modelu z danymi zebranymi prze TGO.

Aby zrozumieć mechanizm powstawania zorzy polarnej na Marsie, naukowcy zestawili dane zebrane przez TGO z informacjami dotyczącymi przebiegu tego zjawiska na Ziemi. Stwierdzono, że prawdopodobnie promieniowanie nadfioletowe i zielone światło widzialne jest emitowane przez atomy tlenu O, powstałe po rozpadzie tlenku węgla (IV) CO2. Co najciekawsze stosunek ilości promieniowania nadfioletowego do ilości światła widzialnego, generowanego przez atmosferę Marsza, znacząco odbiega od danych dotyczących atmosfery Ziemi.

W atmosferze Marsa emisja promieniowania w spektrum widzialnym jest 16,5 razy intensywniejsza niż emisja w nadfiolecie. Tymczasem atmosfera naszej planety emituje znacznie więcej promieniowania nadfioletowego niż światła widzialnego. Żeby zbadać przyczynę tej dysproporcji, musimy lepiej poznać zachowanie atomów tlenu.

Zbadanie tego zjawiska jest istotne dla scharakteryzowania atmosfery innych planet i ich dynamiki. Ponadto, monitorując zieloną łunę Marsa, naukowcy mogą zbadać m.in. zmiany gęstości atmosfery czerwonej planety, związane ze zmianami aktywności Słońca. Te dane znacząco ułatwią wysyłanie kolejnych łazików badawczych w ramach programu ExoMars 2022, a w przyszłości być może statków załogowych.

Autor

Krystyna Syty