Der Mars enthüllt sein nächtliches Geheimnis: die Entdeckung seines magischen grünen Leuchtens

Der ExoMars Trace Gas Orbiter der ESA hat ein grünes Nachtlicht in der Marsatmosphäre entdeckt und wichtige Daten über atmosphärische Prozesse und mögliche Beleuchtung für zukünftige Marsmissionen geliefert. Dieses Phänomen, das sich von der Aurora Borealis unterscheidet, stellt einen großen Fortschritt in unserem Verständnis natürlicher Phänomene dar Mars.

Wenn zukünftige Astronauten die Polarregionen des Mars erkunden, werden sie ein grünes Leuchten am Nachthimmel sehen. Zum ersten Mal wurde von der ExoMars Trace Gas Orbiter (TGO)-Mission der Europäischen Weltraumorganisation ein sichtbares Nachtglühen in der Marsatmosphäre entdeckt.

Unter einem klaren Himmel kann das Leuchten hell genug sein, dass Menschen es sehen und Rover in dunklen Nächten navigieren können. Auch das Nachtglühen auf der Erde wird beobachtet. Auf dem Mars war dies zu erwarten, wurde aber bisher noch nie im sichtbaren Licht beobachtet.

Nachtlicht auf dem Mars

Atmosphärisches Nachtglühen entsteht, wenn sich zwei Sauerstoffatome etwa 50 Kilometer über der Planetenoberfläche zu einem Sauerstoffmolekül verbinden.

Sauerstoffatome waren auf einer Reise: Sie entstehen auf der Tagseite des Mars, wenn Sonnenlicht Kohlendioxidmolekülen Energie verleiht und diese in Stücke zerfallen lässt. Wenn die Sauerstoffatome zur Nachtseite wandern und die Sonne nicht mehr anregen, gruppieren sie sich neu und emittieren in tieferen Höhen Licht.

Diese Animation zeigt den Prozess, der vermutlich für das nächtliche Leuchten des Mars verantwortlich ist. Wenn sie oberhalb einer Höhe von 70 km der ultravioletten Sonnenstrahlung ausgesetzt werden, spalten sich Kohlendioxidmoleküle – der Hauptbestandteil der Marsatmosphäre – in Kohlenmonoxid- und Sauerstoffatome. Diese Sauerstoffatome (dargestellt als rote Kugeln) werden von der Hadley-Riesenzelle transportiert, die einen aufsteigenden Zweig über dem Tagespol und einen absteigenden Zweig über dem Winterpol hat, der sich in der Nachthalbkugel befindet. Sauerstoffatome rekombinieren im absteigenden Ast der Hadley-Zelle in einer Höhe von 30–50 km zu molekularem Sauerstoff und emittieren Infrarotstrahlung. Bildnachweis: Europäische Weltraumorganisation

„Diese Emission resultiert aus der Rekombination von Sauerstoffatomen, die in der Sommeratmosphäre gebildet und durch Winde in hohe Winterbreiten transportiert wurden, in Höhen zwischen 40 und 60 Kilometern in der Marsatmosphäre“, erklärt Laurieann Soret, Forscherin am Atmospheric and Institute Planetenlabor. Physiker von der Universität Lüttich in Belgien und Teil des Teams, das die Entdeckung veröffentlichte Naturastronomie.

Die Beleuchtung eines Nachtlichts kann hell genug sein, um den Weg vor Ihnen zu erhellen und das Leuchten so hell zu sehen wie mondbeschienene Wolken auf der Erde.

„Diese Beobachtungen sind unerwartet und interessant für zukünftige Missionen zum Roten Planeten“, sagt Jean-Claude Girard, Hauptautor der neuen Studie und Planetenforscher an der Universität Lüttich.

Airglow entsteht in der Erdatmosphäre, wenn Sonnenlicht mit Atomen und Molekülen in der Atmosphäre interagiert. Auf diesem Bild, das 2011 von Astronauten an Bord der Internationalen Raumstation (ISS) aufgenommen wurde, erscheint über der Erdkrümmung ein grünes Band aus Sauerstoffglühen. An der Oberfläche erscheinen Teile Nordafrikas, wo Abendlichter entlang des Nils und seines Deltas scheinen. Bildnachweis: NASA

Folgen Sie dem leuchtend grünen Pfad

Es weckte das Interesse des internationalen wissenschaftlichen Teams A Vorherige Entdeckung Sie wurden mit Mars Express hergestellt, das vor einem Jahrzehnt nächtliches Leuchten im Infrarotwellenlängenbereich beobachtete. Die Raumsonde Trace Gas Orbiter entdeckte im Jahr 2020 leuchtende grüne Sauerstoffatome über der Tagseite des Mars, das erste Mal, dass eine solche Tageslichtemission auf einem anderen Planeten als der Erde beobachtet wurde.

Diese Atome wandern auch zur Nachtseite und setzen sich dann in geringerer Höhe wieder zusammen, wodurch das sichtbare Nachtlicht entsteht, das in neuen, heute veröffentlichten Forschungsergebnissen entdeckt wurde.

Künstlerische Darstellung der Europäischen Weltraumorganisation Exomare Verfolgen Sie die Gasumlaufbahn Erkennen des grünen Leuchtens von Sauerstoff in der Marsatmosphäre. Diese auf der Tagseite des Mars beobachtete Emission ähnelt dem nächtlichen Leuchten, das aus dem Weltraum um die Erdatmosphäre herum beobachtet wird. Bildnachweis: Europäische Weltraumorganisation

TGO umkreiste den Roten Planeten in einer Höhe von 400 Kilometern und konnte die Nachtseite des Mars über den ultraviolett-sichtbaren Kanal seines Fahrzeugs beobachten. Nomad-Tool. Das Instrument deckt einen Spektralbereich vom nahen Ultraviolett bis zum roten Licht ab und wurde auf den Rand des Roten Planeten ausgerichtet, um die obere Atmosphäre besser beobachten zu können.

Das NOMAD-Experiment wird vom Königlich Belgischen Institut für Astronautik geleitet und arbeitet unter anderem mit Teams aus Spanien (IAA-CSIC), Italien (INAF-IAPS) und dem Vereinigten Königreich (Open University) zusammen.

Wissenschaftlicher Wert

Das nächtliche Leuchten dient als Indikator für atmosphärische Prozesse. Es kann eine Fülle von Informationen über die Zusammensetzung und Dynamik eines schwer zu messenden Bereichs der Atmosphäre sowie über die Sauerstoffdichte liefern. Es kann auch zeigen, wie Energie durch Sonnenlicht und den Sonnenwind – den Strom geladener Teilchen, der von unserem Stern ausgeht – deponiert wird.

Eine Aufnahme aus dem Weltraum der Milchstraße und der Erde zusammen vor der Internationalen Raumstation. Die Milchstraße erstreckt sich in der Szene unterhalb der Krümmung des Erdrandes, wo auch ein schwaches grünes Luftglühen zu erkennen ist. Der zentrale Bulge der Galaxie erscheint mit Sternenfeldern, die von dunklen Schlitzen aus interstellarem Staub durchzogen sind. Das Foto wurde 2015 vom NASA-Astronauten Scott Kelly während seiner einjährigen Mission im Weltraum aufgenommen. Bildnachweis: NASA/Scott Kelly

Das Verständnis der Eigenschaften der Marsatmosphäre ist nicht nur wissenschaftlich interessant, sondern auch für Missionen zur Oberfläche des Roten Planeten unerlässlich. Beispielsweise wirkt sich die Dichte der Atmosphäre direkt auf den Widerstand aus, den Satelliten in der Umlaufbahn des Mars und die Fallschirme erfahren, mit denen Sonden zur Marsoberfläche befördert werden.

Nachtlicht vs. Aurora

Nachtglühen wird auch auf der Erde beobachtet, sollte aber nicht mit der Aurora Borealis verwechselt werden. Das Polarlicht ist nur eine Möglichkeit, die Planetenatmosphäre zu erhellen.

Das Polarlicht entsteht, Auf dem Mars Wie auf der Erde, wenn energiereiche Elektronen von der Sonne auf die obere Atmosphäre treffen. Sie variieren je nach Raum und Zeit, während das Nachtlicht gleichmäßiger ist. Sowohl Nachtlicht als auch Aurora Borealis können eine große Farbpalette aufweisen, je nachdem, welche atmosphärischen Gase in verschiedenen Höhen am häufigsten vorkommen.

Das grüne Nachtlicht auf unserem Planeten ist ziemlich schwach, daher lässt es sich am besten aus der „Randperspektive“ betrachten – wie in gezeigt Viele tolle Fotos Aufgenommen von Astronauten Internationale Raumstation.

Zeitraffervideo von Europäische Weltraumorganisation Das Foto wurde vom Astronauten Tim Peake während seiner sechsmonatigen Principia-Mission auf der Internationalen Raumstation aufgenommen. Der britische Astronaut kommentierte diesen Zeitraffer wie folgt: „ISS-Ansicht des ‚Aufgangs der Aurora‘ – sehen Sie die beiden Satelliten am Ende? Ein Zeitraffervideo, das aus Bildern erstellt wurde, die in Abständen von einer Sekunde aufgenommen wurden und 25-mal schneller abgespielt wurden. Bildnachweis: Europäische Weltraumorganisation /NASA

Referenz: „Mars Observation O₂ „Nächtliches Leuchten sichtbar durch den NOMAD-Spektrographen an Bord des Trace Gas Orbiter“ von J.-C. Girard, L. Surette, I.R. Thomas, P. Ristic, Y. Willam, C. Debez, A.C. Vandel, F. Dearden, B. Hubert, J.P. Mason, M.R. Patel und M.A. Lopez Valverde, 9. November 2023, Naturastronomie.
doi: 10.1038/s41550-023-02104-8