Künstlerische Darstellung des Mars-Luftglühens. (DAS) Hoch in der Atmosphäre von Mars haben Astronomen ein Phänomen entdeckt, das sie schon seit Jahrzehnten verfolgen: ein schwaches grünes Leuchten, das durch die Wechselwirkung zwischen Sonnenlicht und Sauerstoff in der oberen Atmosphäre entsteht.
Bisher wurde dieses Leuchten nur an einem Ort nachgewiesen: am Himmel über der Erde. Seine Entdeckung in der Marsatmosphäre wird uns helfen, die Prozesse besser zu verstehen, die das Luftglühen sowohl auf der Erde als auch anderswo antreiben.
„Eine der hellsten Emissionen, die wir auf der Erde beobachten, entsteht durch nächtliches Leuchten.“ Genauer gesagt, von Sauerstoffatomen, die eine bestimmte Lichtwellenlänge aussenden, die noch nie auf einem anderen Planeten gesehen wurde“, sagte der Astronom Jean-Claude Gérard von der Universität Lüttich in Belgien , der Hauptautor des neuen Artikels, der das Phänomen beschreibt.
„Es wurde jedoch vorhergesagt, dass diese Emission seit rund 40 Jahren auf dem Mars existiert – und dank [ExoMars Trace Gas Orbiter] haben wir sie gefunden.“
Der Himmel der Erde ist niemals völlig dunkel, nicht einmal nachts, selbst wenn man Lichtverschmutzung, Sternenlicht und diffuses Sonnenlicht herausfiltert. Die Moleküle in der Atmosphäre unterliegen ständig verschiedenen Prozessen, die dazu führen, dass sie in verschiedenen Wellenlängenbereichen schwach leuchten.
Das Leuchten ist dem Polarlicht nicht unähnlich, da es von denselben Teilchen erzeugt wird – außer dass es viel schwächer ist und die Mechanismen dahinter unterschiedlich sind. Aurora wird durch geladene Teilchen des Sonnenwinds erzeugt, die atmosphärische Atome ionisieren und so tanzende Lichter am Himmel bilden.
Airglow hingegen wird durch die Wechselwirkung zwischen Sonnenlicht und Atmosphäre verursacht und lässt sich grob in zwei Kategorien einteilen. Es gibt Nachtlicht; Dies geschieht, wenn Atome, die tagsüber durch Sonneneinstrahlung auseinandergebrochen wurden, sich wieder verbinden und ihre überschüssige Energie in Form von Photonen freisetzen. Auf beiden wurde bereits Nachtglühen beobachtet Venus Und Mars , sowie die Erde.
Was Astronomen jetzt in der Atmosphäre des Mars beobachtet haben, ist Tageslicht – ein Phänomen, das viel schwieriger zu erkennen ist, da seine schwache Präsenz vom hellen Tageslicht bei weitem überstrahlt wird.
Auf der Erde entsteht es, wenn Moleküle in der Atmosphäre Sonnenlicht absorbieren, wodurch sie überschüssige Energie erhalten, die sie in Form von Strahlung mit der gleichen oder etwas niedrigeren Frequenz wie die ursprünglich absorbierte Strahlung abgeben.
Auf Bildern der Erde, die von der Internationalen Raumstation aus aufgenommen wurden, ist das Luftglühen viel deutlicher sichtbar, wenn die Kamera über die Oberfläche der Atmosphäre blickt und nicht direkt nach unten.
Auf dem Roten Planeten gab es ein solches Tageslicht 1979 vorhergesagt , aber Marsorbiter, die direkt auf die Marsoberfläche gerichtet waren, hatten es bisher nicht entdeckt.
Das Nachtlicht der Erde. ( NASA )
Daher richtete das Team das Nadir and Occultation for MArs Discovery (NOMAD)-Instrument, das von der ISS gelernt hatte, von seiner Position mit direktem Blick nach unten auf den Mars auf einen Blick über die Atmosphäre in Richtung Marshorizont um. Von dieser Position aus führten sie verschiedene Beobachtungen der Marsatmosphäre in Höhen zwischen 20 und 400 Kilometern durch.
Als sie die Daten analysierten, fanden sie bei allen Beobachtungen am Tag die grüne Emission sowohl im optischen als auch im ultravioletten Wellenlängenbereich.
„Die Emission war in einer Höhe von rund 80 Kilometern am stärksten und variierte je nach sich änderndem Abstand zwischen Mars und Sonne“, erklärte die Planetenaeronomin Ann Carine Vandaele des Königlichen Instituts für Raumfahrttechnik Belgiens in Belgien.
Als das Team den Prozess hinter der Emission modellierte, stellten sie fest, dass sie durch einen Prozess erzeugt wird, der dem Luftglühen auf der Erde sehr ähnlich ist. Wenn Sonnenstrahlung auf die Marsatmosphäre trifft, spaltet sie Kohlendioxid in Kohlenmonoxid und Sauerstoff. Für das grüne Leuchten sind die Sauerstoffatome verantwortlich.
Aber es gab auch etwas Interessantes. Die sichtbare Wellenlänge der Emission war 16,5-mal intensiver als ihre ultraviolette Wellenlänge.
„Die Beobachtungen auf dem Mars stimmen mit früheren theoretischen Modellen überein, nicht jedoch mit dem tatsächlichen Leuchten, das wir rund um die Erde beobachtet haben, wo die sichtbare Emission weitaus schwächer ist.“ sagte Gerard .
„Das deutet darauf hin, dass wir noch mehr über das Verhalten von Sauerstoffatomen lernen müssen, was für unser Verständnis der Atom- und Quantenphysik von enormer Bedeutung ist.“
Das Team stellt fest, dass diese Diskrepanz ein Problem mit der Art und Weise sein könnte, wie das Instrument zur Erdbeobachtung kalibriert wurde. Offensichtlich ist es am besten, noch viel mehr Wissenschaft zu betreiben.
Die Forschung wurde veröffentlicht in Naturastronomie .