Một đêm trên sao Hỏa sẽ như thế nào? Bầu không khí tỏa sáng xanh

Tàu quỹ đạo khí ExoMars Trace của ESA đã phát hiện ra ánh sáng ban đêm màu xanh lá cây trong bầu khí quyển sao Hỏa, cung cấp dữ liệu quan trọng về các quá trình khí quyển và khả năng chiếu sáng cho các sứ mệnh sao Hỏa trong tương lai. Hiện tượng này, khác với cực quang, đánh dấu sự tiến bộ đáng kể trong hiểu biết của chúng ta về Sao Hỏa.

Bức ảnh này cho thấy hiệu ứng phát sáng mà một phi hành gia nhìn thấy vào một đêm mùa đông ở vùng cực sao Hỏa. Ánh sáng xanh được phát ra khi các nguyên tử oxy có nhiều trong khí quyển kết hợp với nhau tạo thành các phân tử oxy. Chế độ xem mô phỏng được tạo bằng cách sử dụng hình ảnh thực nhưng tối của bề mặt sao Hỏa được chụp bởi máy ảnh toàn cảnh của xe thám hiểm Cơ hội của NASA và ánh sáng ban đêm tổng hợp tương ứng với màu sắc thực sự của khí thải oxy. Nhà cung cấp hình ảnh: NASA/JPL - Caltech/Đại học Cornell/Đại học bang Arizona - E.

Khi các phi hành gia trong tương lai khám phá các cực của Sao Hỏa, họ sẽ thấy ánh sáng xanh lục chiếu sáng bầu trời đêm. Nhiệm vụ ExoMars Trace Gas Orbiter (TGO) của ESA lần đầu tiên đã phát hiện thấy ánh sáng ban đêm có thể nhìn thấy trong bầu khí quyển sao Hỏa. Ánh sáng đủ sáng để con người có thể nhìn thấy dưới bầu trời quang đãng và đủ sáng để máy thám hiểm di chuyển trong bóng tối. Ánh sáng ban đêm cũng có thể được quan sát trên Trái đất. Trên sao Hỏa, người ta mong đợi có ánh sáng ban đêm, nhưng cho đến nay người ta chưa từng quan sát thấy ánh sáng ban đêm dưới ánh sáng khả kiến.

Ánh sáng ban đêm trong khí quyển xảy ra khi hai nguyên tử oxy kết hợp với nhau tạo thành một phân tử oxy, cách bề mặt hành tinh khoảng 50 km (khoảng 30 dặm). Những nguyên tử oxy này trải qua một hành trình: Chúng được hình thành vào ban ngày trên sao Hỏa, khi ánh sáng mặt trời cung cấp năng lượng cho các phân tử carbon dioxide, khiến chúng tách ra. Khi các nguyên tử oxy di chuyển vào ban đêm và không còn bị mặt trời kích thích nữa, chúng tập hợp lại và phát ra ánh sáng ở độ cao thấp hơn.

Hoạt hình này mô tả quá trình được cho là giải thích ánh sáng ban đêm của sao Hỏa. Khi tiếp xúc với bức xạ cực tím từ mặt trời ở độ cao trên 70 km, các phân tử carbon dioxide (thành phần chính của bầu khí quyển sao Hỏa) sẽ phân tách thành các nguyên tử carbon monoxide và oxy. Những nguyên tử oxy này (trong hình là những quả cầu màu đỏ) được vận chuyển bởi một tế bào Hadley khổng lồ, được đặc trưng bởi một nhánh đi lên trên cực mùa hè ban ngày và một nhánh đi xuống trên cực mùa đông ở bán cầu ban đêm. Các nguyên tử oxy tái kết hợp thành oxy phân tử trong nhánh đi xuống của buồng Hadley, ở độ cao 30-50 km và phát ra bức xạ hồng ngoại. Nguồn hình ảnh: ESA

Lauriane Soret, nhà nghiên cứu tại Phòng thí nghiệm Vật lý Khí quyển và Hành tinh tại Đại học Liege ở Bỉ, giải thích: "Bức xạ này là do các nguyên tử Oxy sinh ra trong bầu khí quyển mùa hè tái kết hợp và được gió mang đến vĩ độ mùa đông cao trong bầu khí quyển sao Hỏa ở độ cao từ 40 đến 60 km. Ánh sáng ban đêm đủ sáng để chiếu sáng tương lai và con người có thể Jean-Claude Gérard, tác giả chính của nghiên cứu mới và là nhà khoa học hành tinh tại Đại học Liège, cho biết: "Những quan sát này thật bất ngờ và rất đáng quan tâm cho những chuyến hành trình tới Hành tinh Đỏ trong tương lai". bề mặt, các phần của Bắc Phi có thể nhìn thấy rõ ràng và ánh hoàng hôn lấp lánh dọc theo Sông Nile và đồng bằng của nó. Tín dụng hình ảnh: NASA

Đi theo Con đường phát sáng xanh

.Một thập kỷ trước, Mars Express đã quan sát thấy ánh sáng ban đêm ở bước sóng hồng ngoại, một khám phá đã thu hút sự quan tâm của một nhóm khoa học quốc tế. Trace Gas Orbiter cũng làm theo, phát hiện các nguyên tử oxy màu xanh lục phát sáng trên bầu trời ban ngày của sao Hỏa vào năm 2020 - lần đầu tiên người ta nhìn thấy sự phát xạ ánh sáng yếu như vậy xung quanh một hành tinh khác ngoài Trái đất.

Những nguyên tử này cũng di chuyển vào ban đêm và kết hợp lại ở độ cao thấp hơn, tạo ra ánh sáng ban đêm có thể nhìn thấy được phát hiện trong nghiên cứu mới được công bố hôm nay.

Kết xuất nghệ thuật của ánh sáng xanh phát ra từ oxy trong bầu khí quyển sao Hỏa được phát hiện bởi Tàu quỹ đạo khí ExoMars Trace của ESA. Bức xạ này được tìm thấy vào ban ngày trên sao Hỏa tương tự như ánh sáng ban đêm nhìn thấy từ không gian xung quanh bầu khí quyển Trái đất. Tín dụng hình ảnh: ESA

TGO, hoạt động ở độ cao 400 km trên Hành tinh Đỏ, theo dõi ban đêm của Sao Hỏa bằng cách sử dụng kênh ánh sáng cực tím nhìn thấy được của thiết bị NOMAD của nó. Bao phủ phạm vi quang phổ từ vùng cực tím gần đến ánh sáng đỏ, thiết bị này được hướng về phía rìa của Hành tinh Đỏ để quan sát tốt hơn bầu khí quyển phía trên.

NOMAD được thực hiện bởi Viện Hàng không Vũ trụ Hoàng gia Bỉ (Viện Hàng không Vũ trụ Hoàng gia Bỉ), phối hợp với các nhóm từ Tây Ban Nha (IAA-CSIC), Ý (INAF-IAPS) và Vương quốc Anh (Đại học Mở).

Giá trị khoa học

Ánh sáng ban đêm là dấu vết của các quá trình khí quyển. Nó có thể cung cấp nhiều thông tin về thành phần và động lực học của các vùng khí quyển khó đo lường cũng như mật độ oxy. Nó cũng có thể tiết lộ cách ánh sáng mặt trời và gió mặt trời - những dòng hạt tích điện phát ra từ ngôi sao của chúng ta - tích tụ năng lượng.

Ảnh chụp từ không gian, Dải Ngân hà và Trái đất xuất hiện cạnh nhau bên ngoài Trạm Vũ trụ Quốc tế. Trong cảnh này, Dải Ngân hà kéo dài ngay dưới đường cong của rìa Trái đất và ghi lại những dòng suối màu xanh nhạt. Khối sao ở trung tâm Dải Ngân hà bị cắt bởi các vết nứt tối bị che khuất bởi bụi liên sao. Bức ảnh này được chụp bởi phi hành gia NASA Scott Kelly trong một sứ mệnh không gian kéo dài một năm vào năm 2015. Nguồn hình ảnh: NASA/Scott-Kelly

Tìm hiểu các đặc tính của bầu khí quyển sao Hỏa không chỉ được khoa học quan tâm mà còn là chìa khóa cho các sứ mệnh tới bề mặt Hành tinh Đỏ. Ví dụ, mật độ khí quyển ảnh hưởng trực tiếp đến lực cản của các vệ tinh quay quanh và dù dùng để đưa tàu thăm dò lên bề mặt sao Hỏa.

Có sự khác biệt giữa ánh sáng ban đêm và cực quang

Ánh sáng ban đêm cũng có thể được quan sát trên trái đất, nhưng không thể nhầm lẫn với cực quang. Cực quang chỉ là một cách để bầu khí quyển của hành tinh phát sáng.

Trên sao Hỏa và Trái đất, cực quang được tạo ra khi các electron năng lượng cao từ mặt trời tấn công bầu khí quyển phía trên. Chúng khác nhau về không gian và thời gian, trong khi ánh sáng ban đêm đồng đều hơn. Cả ánh sáng ban đêm và cực quang đều có thể xuất hiện với nhiều màu sắc khác nhau, tùy thuộc vào loại khí nào trong khí quyển có nhiều nhất ở các độ cao khác nhau.

Ánh sáng ban đêm màu xanh lục của hành tinh chúng ta rất mờ nhạt nên tốt nhất nên nhìn từ "rìa" - đó là cách mô tả của nhiều hình ảnh ngoạn mục được chụp bởi các phi hành gia trên Trạm vũ trụ quốc tế.