Trace Gas Orbiter впервые увидел собственное свечение марсианской атмосферы

Космический орбитальный аппарат ESA ExoMars впервые запечатлел зелёное свечение кислорода в атмосфере Марса. Подобное явление впервые наблюдают в атмосфере другой планеты.

На Земле свечение атмосферы можно наблюдать во время полярных сияний, когда электроны из межпланетного пространства попадают в верхние слои атмосферы и взаимодействуют с атомами кислорода. Именно благодаря свечению кислорода полярные сияния имеют характерный зеленый оттенок.

Однако это лишь один из примеров. Атмосферы Земли и Марса могут светиться в дневное время из-за воздействия солнечного ультрафиолета на молекулы атмосферных газов. Ультрафиолет разбивает молекулы газов или «отрывает» электроны от атомов, в результате чего заряженные частицы вступают во взаимодействия друг с другом. Во время формирования новых молекул и атомов образуются фотоны видимого света. Это явление называется «собственное свечение атмосферы», и оно продолжается даже в ночное время.

В данном случае на Марсе обнаружили дневное свечение, за создание которого ответственен процесс возбуждения молекул углекислого газа и атомарного кислорода солнечным ультрафиолетом.

На Земле зелёное ночное свечение довольно тусклое. Лучше всего его можно увидеть, если взглянуть на планету под углом, с ракурса МКС, либо с помощью фотографических наблюдений в местах без засветки. Именно с борта станции оно предстанет перед нами в виде тонкой зелёной полосы, разделяющей голубую Землю и тёмный космос. Однако обнаружить такое свечение на других планетах — задачка посложнее.

Более 40 лет учёные предполагали наличие такого свечения в атмосфере Марса, однако найти «улик» им не удавалось. Но ситуация резко изменилась, когда исследователи задействовали для этой цели один из инструментов аппарата ExoMars TGO - NOMAD, который может работать в трёх диапазонах: инфракрасный (длина волны 2,2 — 4,3 мкм), ультрафиолетовый (0,0136 — 0,4 мкм) и видимый (0,2 — 0,65 мкм). Изначально NOMAD был предназначен для изучения и поиска следов метана и других редких газов в атмосфере Марса.

За 4 года работы на орбите учёным не удавалось зафиксировать зелёного свечения в атмосфере Марса в нормальном режиме работы. Они решили изменить положения TGO и сориентировали его таким образом, чтобы взгляд аппарата оказался к Марсу под углом подобным наблюдениям с МКС.

В период с 24 апреля по 1 декабря 2019 команда использовала NOMAD для изучения марсианской атмосферы на высотах от 20 до 400 километров, при этом ExoMars успел совершить 24 витка вокруг Марса.

После анализа полученных данных учёные обнаружили, что наибольшее свечение атмосферы фиксируется на высоте около 80 км над поверхностью Марса.

Природа зелёного свечения заключается в возбуждении солнечным ультрафиолетом молекул углекислого газа и атомарного кислорода. Атомы кислорода на такой высоте возникают как следствие распада молекул СО2 под воздействием солнечного ультрафиолета. Атомы кислорода излучают свет как в видимом, так и в ультрафиолетовом диапазоне. Благодаря лабораторным моделям и полученным данным учёные считают, что в видимом диапазоне свечение в 16,5 раз интенсивнее, чем в ультрафиолетовом.

Важность открытия заключается не только в теоретических знаниях об атмосфере Марса, но и имеет практическую составляющую, особенно когда вы хотите посадить на Марс спускаемый аппарат. Ведь свойства атмосферы, её состав и состояние напрямую влияют на сопротивление и нагрузку, которую испытывает корпус, электроника и будущие пассажиры спускаемых на Марс аппаратов. Учёные надеются, что полученные данные помогут лучше предсказывать поведение атмосферы Марса при сезонных изменениях и при росте солнечной активности.

Источник: www.esa.int