Wenn zukünftige Astronauten die Polarregionen des Mars erkunden, werden sie ein grünes Leuchten am Nachthimmel sehen. Zum ersten Mal hat die ESA-Mission ExoMars Trace Gas Orbiter (TGO) ein sichtbares Nachtleuchten in der Marsatmosphäre entdeckt.
Eine Pressemitteilung der europäischen Weltraumagentur (ESA).
Quelle: ESA, Science & Exploration; 10. November 2023.
Bei klarem Himmel könnte das Leuchten hell genug sein, um von Menschen gesehen zu werden und um Rovern in dunklen Nächten die Navigation zu ermöglichen. Nachtleuchten wird auch auf der Erde beobachtet. Auf dem Mars wurde es zwar erwartet, aber bis jetzt noch nie im sichtbaren Licht beobachtet.
Den Weg erhellen
Das atmosphärische Nachtleuchten entsteht, wenn sich zwei Sauerstoffatome zu einem Sauerstoffmolekül verbinden, etwa 50 km über der Planetenoberfläche.
Die Sauerstoffatome haben eine lange Reise hinter sich: Sie bilden sich auf der Tagseite des Mars, wenn Kohlendioxidmoleküle durch den Energieeintrag des Sonnenlichts gespalten werden. Wenn die Sauerstoffatome auf die Nachtseite wandern und nicht mehr von der Sonne angeregt werden, gruppieren sie sich neu und senden in geringerer Höhe Licht aus.
Diese Animation zeigt den Prozess, von dem man annimmt, dass er für das nächtliche Leuchten des Mars verantwortlich ist. Wenn sie der ultravioletten Sonnenstrahlung oberhalb einer Höhe von 70 km ausgesetzt sind, werden Kohlendioxidmoleküle – der Hauptbestandteil der Marsatmosphäre – in Kohlenmonoxid- und Sauerstoffatome gespalten. Diese Sauerstoffatome (als rote Kugeln dargestellt) werden von einer gigantischen Hadley-Zelle transportiert, die einen aufsteigenden Zweig über dem Sommerpol des Tages und einen absteigenden Zweig über dem Winterpol auf der Nachthalbkugel aufweist. Im absteigenden Ast der Hadley-Zelle rekombinieren die Sauerstoffatome in einer Höhe von 30-50 km zu molekularem Sauerstoff und geben dabei Infrarotstrahlung ab. Das OMEGA-Instrument auf Mars Express entdeckte 2012 Infrarotstrahlung auf der Nachtseite des Mars, oberhalb der Polarregionen. Im Jahr 2023 wurde festgestellt, dass die in dieser Animation gezeigte Rekombination von Sauerstoffmolekülen auch Emissionen im sichtbaren Wellenlängenbereich erzeugt, die vom NOMAD-Instrument auf dem ExoMars Trace Gas Orbiter nachgewiesen wurden. Weitere Einzelheiten finden Sie in dem in Nature Astronomy veröffentlichten Artikel.
Copyright: ESA
„Diese Emission ist auf die Rekombination von Sauerstoffatomen zurückzuführen, die in der Sommeratmosphäre entstehen und von den Winden in hohe Winterbreiten transportiert werden, in Höhen von 40 bis 60 km in der Marsatmosphäre“, erklärt Lauriane Soret, Forscherin am Labor für Atmosphären- und Planetenphysik der Universität Lüttich in Belgien und Teil des Teams, das die Entdeckung in Nature Astronomy veröffentlichte.
Das Glühen entsteht in der Erdatmosphäre durch die Wechselwirkung von Sonnenlicht mit Atomen und Molekülen in der Atmosphäre. Auf diesem Bild, das von Astronauten an Bord der Internationalen Raumstation (ISS) im Jahr 2011 aufgenommen wurde, ist ein grünes Band aus Sauerstoffglühen über der Erdkrümmung zu sehen. Auf der Erdoberfläche sind Teile Nordafrikas zu sehen, wobei die Abendlichter entlang des Nils und seines Deltas leuchten.
Vollständiger Artikel: ExoMars entdeckt einzigartiges grünes Glühen auf dem Roten Planeten.
Copyright: NASA
Das Licht des nächtlichen Leuchtens könnte hell genug sein, um den Weg in die Zukunft zu erhellen – so hell wie Mondscheinwolken auf der Erde.
„Diese Beobachtungen sind unerwartet und interessant für zukünftige Reisen zum Roten Planeten“, sagt Jean-Claude Gérard, Hauptautor der neuen Studie und Planetenforscher an der Universität Lüttich.
Der grün leuchtenden Straße folgen
Das internationale Wissenschaftlerteam war von einer früheren Entdeckung durch Mars Express fasziniert, das vor einem Jahrzehnt das Nachtleuchten im Infrarotbereich beobachtet hatte. Der Trace Gas Orbiter entdeckte daraufhin im Jahr 2020 grün leuchtende Sauerstoffatome hoch über der Tagseite des Mars – das erste Mal, dass diese Lichtemission um einen anderen Planeten als der Erde beobachtet wurde.
Diese Atome wandern zur Nachtseite und rekombinieren dann in geringerer Höhe, was zu dem sichtbaren Nachtleuchten führt, das in der heute veröffentlichten Studie entdeckt wurde.
Diese Emission, die auf der Tagseite des Mars entdeckt wurde, ähnelt dem nächtlichen Leuchten, das vom Weltraum aus in der Erdatmosphäre zu sehen ist.
Vollständiger Artikel: ExoMars entdeckt einzigartiges grünes Glühen auf dem Roten Planeten.
Copyright: ESA
TGO umkreist den Roten Planeten in einer Höhe von 400 km und konnte die Nachtseite des Mars mit dem ultraviolett-sichtbaren Kanal seines NOMAD-Instruments beobachten. Das Instrument deckt einen Spektralbereich vom nahen Ultraviolett bis zum roten Licht ab und war auf den Rand des Roten Planeten ausgerichtet, um die obere Atmosphäre besser beobachten zu können.
Das NOMAD-Experiment wird vom Königlich-Belgischen Institut für Weltraum-Aeronomie geleitet, das unter anderem mit Teams aus Spanien (IAA-CSIC), Italien (INAF-IAPS) und dem Vereinigten Königreich (Open University) zusammenarbeitet.
Wissenschaftlicher Wert
Das nächtliche Glühen dient als Indikator für atmosphärische Prozesse. Es kann eine Fülle von Informationen über die Zusammensetzung und Dynamik eines schwer zu messenden Bereichs der Atmosphäre sowie über die Sauerstoffdichte liefern. Außerdem kann es Aufschluss darüber geben, wie die Energie sowohl durch das Sonnenlicht als auch durch den Sonnenwind – den Strom geladener Teilchen, der von unserem Stern ausgeht – deponiert wird.
Schnappschuss aus dem Weltraum von der Milchstraße und der Erde, jenseits der Internationalen Raumstation. Die Milchstraße erstreckt sich in dieser Szene, die auch ein schwaches grünes Leuchten in der Luft aufzeichnet, unter der Kurve des Erdabschnitts. Die zentrale Ausbuchtung der Galaxie erscheint mit Sternenfeldern, die von dunklen Gräben aus verdunkelndem interstellarem Staub durchzogen sind. Das Bild wurde 2015 vom NASA-Astronauten Scott Kelly während seiner einjährigen Mission im All aufgenommen.
Copyright: NASA
Das Verständnis der Eigenschaften der Marsatmosphäre ist nicht nur wissenschaftlich interessant, sondern auch entscheidend für Missionen zur Oberfläche des Roten Planeten. Die atmosphärische Dichte wirkt sich beispielsweise direkt auf den Luftwiderstand von Satelliten in der Umlaufbahn und auf die Fallschirme aus, mit denen Sonden auf die Marsoberfläche gebracht werden.
Nachtglühen versus Polarlicht
Nachtleuchten wird auch auf der Erde beobachtet, ist aber nicht mit Polarlichtern zu verwechseln. Polarlichter sind nur eine Möglichkeit, die Atmosphäre eines Planeten zum Leuchten zu bringen.
Polarlichter entstehen auf dem Mars wie auf der Erde, wenn energiereiche Elektronen von der Sonne auf die obere Atmosphäre treffen. Sie variieren über Raum und Zeit, während das Nachtleuchten homogener ist. Sowohl das Nachtleuchten als auch die Polarlichter können ein breites Farbspektrum aufweisen, je nachdem, welche atmosphärischen Gase in den verschiedenen Höhenlagen am häufigsten vorkommen.
Die Internationale Raumstation bewegt sich mit 28 800 km/h, was bedeutet, dass sie nur 90 Minuten braucht, um die Erde vollständig zu umrunden. Bei jeder Umrundung bewegt sich die Station etwa 2200 km nach Westen im Vergleich zu den 90 Minuten davor.
Die Astronauten verwenden normale Digitalkameras, um in ihrer Freizeit Fotos zu machen. Wenn sie die Kamera so einstellen, dass sie alle paar Sekunden ein Bild aufnimmt und die Bilder dann schnell wiedergibt, entsteht dieser Zeitraffereffekt.
Der britische Astronaut kommentierte diesen Zeitraffer: Internationale Raumstation: Blick auf einen „Polarlichtaufgang“ – sehen Sie die beiden Satelliten am Ende? Das Zeitraffervideo wurde aus Bildern erstellt, die im Abstand von einer Sekunde aufgenommen und 25 Mal schneller abgespielt wurden.
Mehr über die Principia-Mission: https://www.esa.int/Science_Exploration/Human_and_Robotic_Exploration/Principia
Copyright: ESA
Das grüne Nachtlicht auf unserem Planeten ist recht schwach und lässt sich daher am besten aus der Perspektive „von oben“ betrachten – so wie auf vielen spektakulären Bildern, die Astronauten von der Internationalen Raumstation aus aufgenommen haben.
Diskutieren Sie mit im Raumcon-Forum:
