由欧洲航天局 艺术家对欧空局探测火星大气中绿色氧气辉光的火星外示踪气体轨道飞行器的印象
这种发射出现在火星的白天，类似于从太空中看到的地球大气层周围的夜光
信用:欧洲航天局 欧空局的火星外示踪气体轨道飞行器在火星大气中探测到了绿色的发光氧——这是首次在地球以外的星球上观测到这种发射
在地球上，当来自星际空间的高能电子撞击高层大气时，极地极光会产生炽热的氧气
这种氧气驱动的光发射赋予极地极光美丽而独特的绿色
然而，极光只是行星大气发光的一种方式
包括地球和火星在内的行星大气层在白天和夜晚都会不断发光，因为阳光会与大气层中的原子和分子相互作用
白天和夜晚的辉光是由稍微不同的机制引起的:当分裂的分子重新结合时，夜晚的辉光出现，而当阳光直接激发原子和分子如氮和氧时，白天的辉光出现
在地球上，绿色的夜光光非常微弱，所以最好从“边缘”的角度来看——正如国际空间站宇航员拍摄的许多壮观的图像所描绘的那样
当在其他行星周围寻找它时，这种模糊可能是一个问题，因为它们明亮的表面会淹没它
自2016年10月以来，围绕火星运行的火星外示踪气体轨道飞行器(TGO)首次在火星上探测到了这种绿光
国际空间站观测到的地球气辉
信用:欧洲航天局 “地球上看到的最明亮的发射之一源于夜晚的辉光
比利时列日大学的让-克洛德·热拉尔说，他是发表在《自然天文学》杂志上的这项新研究的主要作者
“然而，据预测，这种排放物将在火星上存在大约40年——多亏了TGO，我们找到了它
" 让-克洛德和他的同事利用TGO的一种特殊观察模式发现了这种辐射
轨道飞行器的一套先进仪器被称为NOMAD (Nadir和掩星探测火星)，包括紫外和可见光光谱仪(UVIS)，可以观察各种配置，其中一个将仪器定位成直接指向火星表面——也称为“Nadir”通道
“以前的观测没有在火星上捕捉到任何形式的绿光，所以我们决定重新调整UVIS天底通道的方向，指向火星的‘边缘’，类似于你在国际空间站拍摄的地球图像中看到的视角，”比利时比利时皇家航空航天研究所的安·叶小乖·范代尔补充道，他也是NOMAD的首席研究员
2019年4月24日至12月1日期间，让-克洛德、安·叶小乖和同事们使用NOMAD-UVIS扫描了距离火星表面20至400公里的高度，每次轨道扫描两次
当他们分析这些数据集时，他们发现所有的数据中都有绿色的氧气排放
欧空局的火星外示踪气体轨道飞行器在火星大气中探测到了绿色的发光氧——这是首次在地球以外的星球上观测到这种发射
2019年4月至12月期间，TGO的NOMAD仪器使用其UVIS频道获得的观测结果显示为随高度变化的绿点，并与理论模型(红线)进行比较
氧绿色日辉在80公里处最亮，在120公里左右达到第二个峰值，在150公里以上消散
信用:J
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热拉尔等人
(2020) 安·叶小乖补充说:“在大约80公里的高度，辐射最强，并且随着火星和太阳之间距离的变化而变化。”
研究行星大气的发光可以提供大量关于大气组成和动力学的信息，并揭示太阳光线和太阳风(从我们的恒星发出的带电粒子流)是如何储存能量的
为了更好地理解火星上的绿光，并将其与我们在自己的星球上看到的进行比较，让-克劳德和他的同事们进一步探究了它是如何形成的
“我们模拟了这种排放，发现它主要是由二氧化碳产生的，二氧化碳被分解成它的组成部分:一氧化碳和氧气，”让-克劳德说
“我们看到生成的氧原子在可见光和紫外光下发光
" 同时比较这两种发射，可见发射为16
比紫外线强5倍
在欧空局的火星外示踪气体轨道飞行器上的NOMAD仪器的UVIS通道的白天边缘光谱中探测到的氧发射
不同的颜色显示了火星大气中不同高度的测量值
氧气日辉在80公里处最亮，在120公里左右达到第二个峰值，在150公里以上消散
这是第一次在地球以外的星球上看到这种辐射
信用:J
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热拉尔等人
(2020) “火星上的观测结果与以前的理论模型一致，但与我们在地球周围发现的实际发光情况不一致，在地球周围，可见的辐射要弱得多，”让-克劳德补充道
“这表明我们对氧原子的行为有更多的了解，这对我们理解原子和量子物理非常重要
" 这种理解是描述行星大气和相关现象——如极光——的关键
通过破译火星大气中绿色发光层的结构和行为，科学家可以深入了解大部分尚未探索的高度范围，并监控随着太阳活动的变化和火星沿着其围绕我们恒星的轨道运行，它是如何变化的
“这是首次在地球之外的另一颗行星上观测到这种重要的发射，也是第一份基于外火星示踪气体轨道飞行器上NOMAD仪器UVIS通道观测结果的科学出版物，”欧空局TGO项目科学家哈坎·斯韦德姆强调说
“它展示了NOMAD仪器极高的灵敏度和光学质量
鉴于这项研究探索了火星的白天，这一点尤其正确，因为白天比夜晚明亮得多，因此更难发现这种微弱的发射
" 了解火星大气层的特性不仅在科学上很有趣，而且对我们执行前往红色星球的任务也很关键
例如，大气密度直接影响轨道卫星和用于向火星表面发射探测器的降落伞所承受的阻力
“这种类型的遥感观测，加上在较高海拔的现场测量，有助于我们预测火星大气将如何响应季节变化和太阳活动的变化，”哈坎补充说
“预测大气密度的变化对于即将到来的任务尤其重要，包括将发送一个火星车和表面科学平台来探索红色星球表面的火星2022号任务
"
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