화성은 밤의 비밀을 밝힙니다: 마법 같은 녹색 빛을 발견합니다

ESA의 ExoMars 추적 가스 궤도선은 화성 대기에서 녹색 야간 발광을 감지하여 향후 화성 임무를 위한 대기 과정 및 잠재적 조명에 대한 중요한 데이터를 제공합니다. 오로라 보레알리스와는 다른 이 현상은 자연 현상에 대한 우리의 이해에 큰 발전을 가져왔습니다. 화성.

미래의 우주비행사들이 화성의 극지방을 탐험할 때 밤하늘을 밝히는 녹색 빛을 보게 될 것입니다. 유럽 ​​우주국(European Space Agency)의 ExoMars Trace Gas Orbiter(TGO) 임무를 통해 처음으로 화성 대기에서 눈에 보이는 밤빛이 감지되었습니다.

맑은 하늘 아래에서 빛은 인간이 볼 수 있을 만큼 충분히 밝을 수 있으며, 탐사선이 어두운 밤에도 탐색할 수 있습니다. 지구의 밤빛도 관찰됩니다. 화성에서는 이러한 현상이 예상되었지만 지금까지 가시광선에서는 관찰된 적이 없습니다.

화성의 야간 조명

대기의 밤빛은 두 개의 산소 원자가 결합하여 행성 표면 위 약 50킬로미터(~30마일)에서 산소 분자를 형성할 때 발생합니다.

산소 원자는 여행 중이었습니다. 햇빛이 이산화탄소 분자에 에너지를 공급하여 여러 조각으로 쪼개질 때 화성의 낮에 형성됩니다. 산소 원자가 밤쪽으로 이동하여 태양 자극을 멈추면 더 낮은 고도에서 재편성되어 빛을 방출합니다.

이 애니메이션은 화성의 밤 빛을 담당하는 것으로 생각되는 과정을 묘사합니다. 고도 70km 이상에서 태양 자외선에 노출되면 화성 대기의 주요 구성 요소인 이산화탄소 분자가 일산화탄소와 산소 원자로 분리됩니다. 이 산소 원자(빨간색 공으로 표시)는 해들리 거대세포에 의해 운반됩니다. 해들리 거대세포는 밤 반구에 위치한 낮 극 위로 올라가는 가지와 겨울 극 위로 내려가는 가지를 가지고 있습니다. 산소 원자는 고도 30~50km의 해들리 세포 하강 가지에서 재결합하여 산소 분자를 형성하고 적외선을 방출합니다. 크레딧: 유럽 우주국

“이 방출은 여름 대기에서 형성되어 바람에 의해 화성 대기의 고도 40~60km 범위의 겨울 높은 위도로 운반된 산소 원자의 재결합으로 인해 발생합니다.”라고 대기 및 과학 연구소의 연구원인 Laurieann Soret는 설명합니다. 행성 실험실. 벨기에 리에주 대학교 물리학자이자 이번 발견을 발표한 팀의 일원 자연 천문학.

밤빛의 조명은 앞길을 밝힐 만큼 밝을 수 있으며, 지구의 달빛 구름만큼 밝은 빛을 볼 수 있습니다.

이번 연구의 주 저자이자 리에주 대학의 행성 과학자인 장 클로드 지라르(Jean-Claude Girard)는 “이러한 관찰은 붉은 행성에 대한 미래의 임무에 예상치 못한 흥미로운 일입니다.”라고 말했습니다.

대기광은 햇빛이 대기의 원자 및 분자와 상호 작용할 때 지구 대기에서 발생합니다. 2011년 국제우주정거장(ISS)에 탑승한 우주비행사들이 촬영한 이 이미지에는 지구 곡선 위에 녹색 산소 빛 띠가 나타납니다. 표면에는 나일강과 그 삼각주를 따라 저녁 빛이 빛나는 북아프리카의 일부가 나타납니다. 크레딧: NASA

빛나는 녹색 길을 따라가세요

이는 국제과학팀 A의 관심을 불러일으켰다. 이전 발견 그들은 10년 전에 적외선 파장에서 밤빛을 관찰한 Mars Express를 사용하여 만들어졌습니다. Trace Gas Orbiter 우주선은 2020년 화성의 낮 표면 위에서 빛나는 녹색 산소 원자를 탐지했는데, 이는 지구가 아닌 행성 주변에서 이러한 일광 방출이 처음으로 목격된 것입니다.

이 원자들은 또한 밤쪽으로 이동한 다음 더 낮은 고도에서 재결합하여 오늘 발표된 새로운 연구에서 발견된 가시적인 밤 빛을 생성합니다.

유럽 ​​우주국에 대한 예술가의 인상 엑소마 가스 궤도 추적 화성 대기에서 산소의 녹색 빛을 감지합니다. 화성의 낮 시간에 관찰된 이 방출은 우주에서 지구 대기 주위에 보이는 밤빛과 유사합니다. 크레딧: 유럽 우주국

TGO는 고도 400km의 붉은 행성 궤도를 돌면서 차량의 자외선-가시선 채널을 통해 화성의 밤 부분을 관찰할 수 있었습니다. 유목민 도구. 이 장비는 근자외선부터 적색광까지의 스펙트럼 범위를 다루며 상층 대기를 더 잘 관찰하기 위해 붉은 행성의 가장자리를 향하고 있습니다.

NOMAD 실험은 벨기에 왕립 우주연구소(Royal Belgian Institute for Astronautics)가 주도하고 있으며 스페인(IAA-CSIC), 이탈리아(INAF-IAPS), 영국(Open University) 등의 팀과 협력하고 있습니다.

과학적 가치

야간 발광은 대기 과정의 추적자 역할을 합니다. 이는 산소 밀도뿐만 아니라 측정하기 어려운 대기 지역의 구성과 역학에 대한 풍부한 정보를 제공할 수 있습니다. 또한 햇빛과 태양풍(우리 별에서 나오는 하전 입자의 흐름)에 의해 에너지가 어떻게 축적되는지 밝힐 수도 있습니다.

국제 우주 정거장 외부에서 은하수와 지구를 함께 촬영한 사진입니다. 은하수는 장면에서 지구의 가장자리 곡선 아래로 확장되어 있으며 희미한 녹색 대기광도 나타납니다. 은하 중심의 팽대부는 성간 먼지의 어두운 틈에 의해 잘려진 별장과 함께 나타납니다. 이 사진은 NASA 우주비행사 스콧 켈리가 2015년 우주에서 1년간의 임무를 수행하는 동안 촬영한 것입니다. 이미지 출처: NASA/스콧 켈리

화성 대기의 특성을 이해하는 것은 과학적으로 흥미로울 뿐만 아니라 화성 표면 탐사에도 필수적입니다. 예를 들어, 대기 밀도는 화성 궤도를 도는 위성과 화성 표면에 탐사선을 전달하는 데 사용되는 낙하산이 경험하는 항력에 직접적인 영향을 미칩니다.

밤빛 vs 오로라

밤빛은 지구에서도 관찰되지만 북극광과 혼동해서는 안됩니다. 오로라 보레알리스는 행성의 대기가 밝게 빛나는 한 가지 방법일 뿐입니다.

북극광이 생성되고, 화성에서 지구에서와 마찬가지로, 태양으로부터 에너지가 넘치는 전자가 상층 대기에 부딪힐 때. 야간 조명은 공간과 시간에 따라 다양하지만 야간 조명은 더 균일합니다. 야간광과 북극광은 서로 다른 고도에서 어떤 대기 가스가 가장 풍부한지에 따라 다양한 색상을 나타낼 수 있습니다.

우리 행성의 녹색 밤빛은 매우 희미하므로 그림에서 볼 수 있듯이 “가장자리” 관점에서 볼 때 가장 잘 보입니다. 많은 놀라운 사진 우주비행사가 찍은 국제 우주 정거장.

타임랩스 영상 작성자: 유럽 ​​우주국 이 사진은 국제 우주 정거장에서 6개월간 프린키피아 임무를 수행하는 우주비행사 팀 피크(Tim Peake)의 사진입니다. 영국 우주비행사는 이 타임랩스에 대해 다음과 같이 말했습니다. “ISS의 ‘오로라 상승’ 장면 – 끝에 두 개의 위성이 보입니까? 1초 간격으로 촬영한 이미지로 만든 타임랩스 비디오가 25배 더 빠르게 재생되었습니다. Credit :European Space Agency/NASA

참고: “화성 관측 O₂ J.-C.의 “미량 가스 궤도선에 있는 NOMAD 분광기로 볼 수 있는 야간 발광” 지라드, L. 쉬레트, I.R. 토마스, P. 리스틱, Y. 윌럼, C. 드뷔시, A.C. 반델, F. 디어든, B. Hubert, J.P. Mason, M.R. Patel 및 M.A. Lopez Valverde, 2023년 11월 9일, 자연 천문학.
도이: 10.1038/s41550-023-02104-8