تُظهر هذه الصورة انطباعًا فنيًا عما قد يبدو عليه التوهج الليلي لرائد فضاء ليلاً في المناطق الشتوية القطبية على المريخ. يحدث التوهج الأخضر عندما تتحد ذرات الأكسجين الموجودة في الغلاف الجوي لتكوين جزيئات الأكسجين.
تم إنشاء المشهد المحاكى باستخدام صورة حقيقية ولكن داكنة لسطح المريخ من كاميرا واسعة الزاوية تابعة لمركبة ناسا أوبورتيونيتي، إلى جانب إضاءة ليلية صناعية تتوافق مع اللون الحقيقي لانبعاثات الأكسجين. مصدر الصورة: NASA/JPL-Caltech/Cornell Univ./Arizona State Univ.- EW Knutsen
اكتشف المسبار ExoMars Trace Gas Orbiter التابع لوكالة الفضاء الأوروبية توهجًا ليليًا أخضر اللون في الغلاف الجوي للمريخ، مما يوفر بيانات مهمة عن العمليات الجوية والإضاءة المحتملة لمهمات المريخ المستقبلية. وعلى عكس الشفق القطبي، تمثل هذه الظاهرة تقدمًا كبيرًا في فهمنا يوم الثلاثاء.
عندما يستكشف رواد الفضاء المستقبليون المناطق القطبية للمريخ، سيرون توهجًا أخضر يضيء سماء الليل. لأول مرة، تم اكتشاف توهج ليلي مرئي في الغلاف الجوي للمريخ بواسطة مهمة ExoMars Trace Gas Orbiter (TGO) التابعة لوكالة الفضاء الأوروبية.
تحت السماء الصافية، يكون التوهج ساطعًا بما يكفي ليراه البشر وللمركبات الجوالة للتنقل في الليالي المظلمة. ويمكن رؤية التوهج الليلي أيضًا على الأرض. على المريخ، هذا شيء متوقع، لكن لم يتم رؤيته بالضوء المرئي بعد.
ضوء الليل على المريخ
يحدث التوهج الليلي في الغلاف الجوي عندما تتحد ذرتان من الأكسجين لتكوين جزيء أكسجين، والذي يقع على ارتفاع حوالي 50 كم (~30 ميل) فوق سطح الكوكب.
ذرات الأكسجين في رحلة: عندما يعطي ضوء الشمس الطاقة لجزيئات ثاني أكسيد الكربون التي تتشكل على المريخ، فإنها تنقسم إلى أجزاء. عندما تتحرك ذرات الأكسجين إلى الجانب الليلي وتتوقف عن الإثارة بالشمس، فإنها تتحد من جديد وتبعث الضوء على ارتفاعات أقل.
تصور هذه الرسوم المتحركة العملية التي يُعتقد أنها سبب التوهج الليلي للمريخ. وعند تعرضها للأشعة فوق البنفسجية الشمسية على ارتفاع يزيد عن 70 كيلومترا، تنقسم جزيئات ثاني أكسيد الكربون – المكون الجوي الرئيسي للغلاف الجوي للمريخ – إلى أول أكسيد الكربون وذرات الأكسجين. يتم نقل ذرات الأكسجين هذه (المصورة على شكل كرات حمراء) عبر خلية هادلي العملاقة، التي لها فرع صاعد فوق القطب الصيفي النهاري وفرع نازل فوق القطب الشتوي في نصف الكرة الليلي. تتحد ذرات الأكسجين مجددًا على شكل أكسجين جزيئي في الفرع النازل لخلية هادلي، التي تنبعث منها الأشعة تحت الحمراء على ارتفاع 30-50 كم. الائتمان: وكالة الفضاء الأوروبية
يوضح لاريان سوريت، الباحث في مختبر الغلاف الجوي والكواكب: “ترجع هذه الانبعاثات إلى إعادة تركيب ذرات الأكسجين التي تكونت في الغلاف الجوي الصيفي وتحملها الرياح على ارتفاع 40 إلى 60 كيلومترا فوق الغلاف الجوي للمريخ إلى خطوط العرض المرتفعة في فصل الشتاء”. جزء من الفريق الذي نشر الفيزياء والاكتشاف في جامعة لييج في بلجيكا علم الفلك الطبيعي.
الضوء الصادر من ضوء الليل ساطع بدرجة كافية ليضيء الطريق إلى المستقبل.
يقول جان كلود جيرارد، المؤلف الرئيسي للدراسة الجديدة وعالم الكواكب في جامعة لييج: “هذه الملاحظات غير متوقعة ومثيرة للاهتمام بالنسبة للبعثات المستقبلية إلى الكوكب الأحمر”.
يحدث التوهج الهوائي في الغلاف الجوي للأرض عندما يتفاعل ضوء الشمس مع الذرات والجزيئات الموجودة في الغلاف الجوي. في هذه الصورة التي التقطها رواد الفضاء على متن محطة الفضاء الدولية (ISS) في عام 2011، يظهر توهج الأكسجين الأخضر عند منحنى الأرض. وعلى السطح تظهر أجزاء من شمال أفريقيا، حيث تسطع أضواء المساء على نهر النيل ودلتاه. الائتمان: ناسا
اتبع الطريق المضاء باللون الأخضر
اللجنة العلمية الدولية مهتمة بـ أ اكتشاف سابق تم إنتاجه باستخدام Mars Express، وقد رصد الضوء الليلي بأطوال موجية للأشعة تحت الحمراء قبل عقد من الزمن. تابعت المركبة الفضائية Trace Gas Orbiter في عام 2020 اكتشاف ذرات أكسجين خضراء متوهجة فوق اليوم المريخي، وهي المرة الأولى التي يُشاهد فيها هذا الانبعاث النهاري حول كوكب آخر غير الأرض.
تنتقل هذه الذرات أيضًا إلى المنطقة الليلية ثم تتحد مرة أخرى على ارتفاعات أقل، مما يؤدي إلى توهج ليلي مرئي في بحث جديد نُشر اليوم.
انطباع الفنان عن وكالة الفضاء الأوروبية إكسومارس تتبع مدار الغاز الكشف عن التوهج الأخضر للأكسجين في الغلاف الجوي المريخي. يشبه هذا الانبعاث، الذي يُرى أثناء النهار على المريخ، الضوء الليلي الذي يُشاهد حول الغلاف الجوي للأرض من الفضاء. الائتمان: وكالة الفضاء الأوروبية
أثناء دورانه حول الكوكب الأحمر على ارتفاع 400 كيلومتر، تمكن TGO من مراقبة الجانب الليلي لقناة المريخ فوق البنفسجية المرئية. أداة نوماد. يغطي الجهاز النطاق الطيفي من الأشعة فوق البنفسجية القريبة إلى الضوء الأحمر، وتم توجيهه نحو حافة الكوكب الأحمر لمراقبة الغلاف الجوي العلوي بشكل أفضل.
يقود تجربة NOMAD المعهد الملكي البلجيكي لعلم الفضاء الفضائي، ويعمل مع فرق من إسبانيا (IAA-CSIC)، وإيطاليا (INAF-IAPS)، والمملكة المتحدة (الجامعة المفتوحة).
القيمة العلمية
يعمل Nightglow كمتتبع للعمليات الجوية. ويمكن أن يوفر ثروة من المعلومات حول تكوين وديناميكية منطقة من الغلاف الجوي والتي قد يكون من الصعب قياسها، بالإضافة إلى كثافة الأكسجين. وقد يكشف أيضًا كيفية ترسيب الطاقة من خلال ضوء الشمس والرياح الشمسية – تيار الجسيمات المشحونة المنبعثة من نجمنا.
لقطة لمجرة درب التبانة والأرض معًا خارج محطة الفضاء الدولية. تمتد مجرة درب التبانة أسفل المنحنى الحوفي للأرض، وتسجل أيضًا هالة خضراء باهتة. يظهر الانتفاخ المركزي للمجرة مع حقول نجمية مقطوعة بخطوط داكنة من الغبار بين النجوم. صورة التقطها رائد الفضاء ناسا سكوت كيلي خلال مهمته الفضائية التي استمرت لمدة عام في عام 2015. حقوق الصورة: ناسا/سكوت كيلي
إن فهم خصائص الغلاف الجوي للمريخ ليس أمرًا مثيرًا للاهتمام من الناحية العلمية فحسب، بل إنه مهم أيضًا للبعثات إلى سطح الكوكب الأحمر. على سبيل المثال، تؤثر كثافة الغلاف الجوي بشكل مباشر على السحب الذي تتعرض له الأقمار الصناعية في المدار والمظلات المستخدمة لإيصال المجسات إلى سطح المريخ.
توهج الليل ضد أورورا
ويمكن رؤية توهج الليل أيضًا على الأرض، ولكن لا ينبغي الخلط بينه وبين الشفق القطبي. الشفق القطبي هو أحد الطرق التي تضيء بها الأجواء الكوكبية.
ويتم إنتاج الشفق القطبي، في المريخ كما هو الحال على الأرض، عندما تضرب الإلكترونات النشطة القادمة من الشمس الغلاف الجوي العلوي. وهي تختلف عبر المكان والزمان، في حين أن ضوء الليل موحد إلى حد ما. يمكن أن يظهر كل من الوهج الليلي والشفق القطبي مجموعة واسعة من الألوان اعتمادًا على الغازات الجوية الموجودة على ارتفاعات مختلفة.
ضوء الليل الأخضر على كوكبنا خافت جدًا، وبالتالي من الأفضل رؤيته من منظور “الحافة”. العديد من الصور الرائعة تم التقاطها من قبل رواد الفضاء محطة الفضاء الدولية.
مع فيديو Timelapse وكالة الفضاء الأوروبية تم اصطحاب رائد الفضاء تيم بيك إلى محطة الفضاء الدولية خلال مهمته التي استغرقت ستة أشهر إلى برينسيبيا. علق رائد فضاء بريطاني على هذا الفاصل الزمني: “منظر محطة الفضاء الدولية للشفق القطبي – اكتشاف قمرين صناعيين في النهاية؟ تم تشغيل فيديو Timelapse الذي تم إنشاؤه من صور تم التقاطها بفارق ثانية واحدة بمعدل أسرع 25 مرة. الائتمان: وكالة الفضاء الأوروبية/ناسا
ملاحظة: “مراقبة المريخ O2 التوهج الليلي مرئي بواسطة مطياف NOMAD على مركبة تتبع الغاز” J.-C. Gérard، L. Soret، IR Thomas، B. Ristic، Y. Willame، C. Depiesse، AC Vandaele، F. Daerden، B. Hubert، جي بي ماسون، وإم آر باتل، وإم إيه لوبيز-فالفيردي، 9 نوفمبر 2023، علم الفلك الطبيعي.
دوى: 10.1038/s41550-023-02104-8
