ExoMars在红色星球上发现了独特的绿色光芒

ESA的ExoMars痕量气体轨道飞行器在火星大气层中检测到发光的绿色氧气，这是首次在地球以外的行星附近看到这种排放。

在地球上，极星极光期间，来自行星际空间的高能电子撞击高层大气时会产生发光的氧气。这种由氧气驱动的光发射为极光提供了美丽而独特的绿色色调。

然而，极光只是行星大气发光的一种方式。随着阳光与大气中的原子和分子相互作用，包括地球和火星在内的行星的大气层在白天和黑夜都不断发光。白天和晚上的发光是由略有不同的机制引起的：夜晚发光是在相互分离的分子复合时发生的，而白天则是在太阳的光直接激发原子和分子(例如氮和氧)时产生的。

在地球上，绿色的夜光非常微弱，因此最好从“边缘”角度看待，正如国际空间站(ISS)上宇航员拍摄的许多壮观图像所描绘的那样。当在其他行星上搜寻时，这种昏暗可能是一个问题，因为它们的明亮表面会淹没它。

自2016年10月以来一直在火星上运行的ExoMars微量气体轨道仪(TGO)首次在火星上检测到这种绿色发光。

比利时列日大学的让-克洛德·盖拉德(Jean-ClaudeGérard)说：“地球上看到的最亮的一种排放源于夜光。更具体地说，是由于氧原子发出的特定波长的光在另一个星球上从未见过。”发表在“自然天文学”上的新研究的主要作者。

“但是，据预测，这种排放物在火星上存在了大约40年了-而且，借助TGO，我们已经找到了它。”

Jean-Claude及其同事使用TGO的特殊观测模式能够发现这种排放。轨道器先进的一套仪器，称为NOMAD(火星发现的天底和掩星术)，包括紫外线和可见光谱仪(UVIS)，可以在各种配置下进行观测，其中一种可以将其仪器定位为直接指向火星表面-也称为“最低点”通道。

“以前的观测没有在火星上捕获到任何种类的绿色辉光，因此我们决定重新定位UVIS天底通道，使其指向火星的'边缘'，类似于您从国际空间站拍摄的地球图像中看到的透视图，”比利时比利时皇家天体空间研究所的合著者安·卡琳·万达勒(Ann Carine Vandaele)和NOMAD的首席研究员补充道。

在2019年4月24日至12月1日之间，让-克洛德，安·卡林及其同事使用NOMAD-UVIS对距火星表面20至400公里的每个轨道进行两次扫描。当他们分析这些数据集时，他们发现了所有数据集中的绿色氧气排放。

Ann Carine补充说：“在大约80公里的高度，这种辐射最强，并且根据火星和太阳之间不断变化的距离而变化。”

研究行星大气的辉光可以提供有关大气成分和动力学的大量信息，并揭示太阳光和太阳风(我们恒星发出的带电粒子流)如何沉积能量。

为了更好地了解火星上的绿色光芒，并将其与我们在自己星球上看到的光芒进行比较，让-克洛德和同事们进一步研究了它的形成方式。

“我们对这种排放进行了建模，发现它主要以二氧化碳或CO2的形式分解成其组成部分：一氧化碳和氧气，” Jean-Claude说。“我们看到了产生的氧原子在可见光和紫外光下都发光。”

同时比较这两种辐射，可见光的发射强度是紫外线的16.5倍。

Jean-Claude补充说：“火星上的观测与先前的理论模型相符，但与我们在地球周围发现的实际发光并不吻合，在地球周围，可见光的发射要弱得多。”“这表明我们需要更多了解氧原子的行为，这对于我们理解原子和量子物理学非常重要。”

这种理解是表征行星大气和相关现象(如极光)的关键。通过破译火星大气层这层绿色发光层的结构和行为，科学家可以洞悉很大程度上尚未探索的高度范围，并监视其随着太阳活动的变化以及火星沿着其绕着恒星的轨道行进而如何变化。

欧洲航天局TGO的HåkanSvedhem强调说：“这是首次在地球以外的另一个星球上观测到这种重要的排放物，并且标志着基于ExoMars微量气体轨道仪上NOMAD仪器的UVIS通道的观测结果的首次科学出版物。”项目科学家。

“它证明了NOMAD仪器具有极高的灵敏度和光学质量。鉴于这项研究是在火星的白天进行的，这比夜晚要明亮得多，因此尤其如此，因此尤其如此。”

了解火星大气的特性不仅在科学上很有趣，而且对于执行我们发送给“红色星球”的任务也是至关重要的。例如，大气密度直接影响轨道卫星和用于将探测器传送到火星表面的降落伞所经历的阻力。

霍坎补充说：“这种类型的遥感观测，再加上在更高海拔的原位测量，可以帮助我们预测火星大气将如何响应季节变化和太阳活动变化。”“预测大气密度的变化对于即将执行的任务尤其重要，其中包括ExoMars 2022任务，该任务将派出流动站和地表科学平台来探索红色星球的表面。”

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