Mysteriöses grünes Licht in der Marsatmosphäre entdeckt? Welche Verbindung besteht zur Aurora?

Astronomen entdecken faszinierendes grünes Leuchten in der Marsatmosphäre

Künstlerische Darstellung des Mars-Luftglühens. (ESA)

Astronomen haben in der Marsatmosphäre ein faszinierendes grünes Leuchten entdeckt, das durch einen Prozess entsteht, der dem Luftleuchten auf der Erde sehr ähnlich ist. Wenn Sonnenstrahlung auf die Marsatmosphäre trifft, zerlegt sie Kohlendioxid in Kohlenmonoxid und Sauerstoff. Es sind die Sauerstoffatome, die das grüne Leuchten verursachen.

Das Luftglühen der Erde

Zuvor war dieses Licht nur am Himmel über der Erde zu sehen. Seine Entdeckung in der Marsatmosphäre wird uns helfen, die Prozesse, die das Luftglühen auf der Erde und anderswo verursachen, besser zu verstehen.

„Das hellste Licht, das auf der Erde zu sehen ist, ist das Nachtleuchten. Genauer gesagt handelt es sich um eine bestimmte Wellenlänge des Lichts, das von Sauerstoffatomen ausgeht und auf keinem anderen Planeten gefunden wurde“, sagte Jean-Claude Gerard, Astronom an der Universität Lüttich in Belgien und Hauptautor eines neuen Artikels, der das Phänomen beschreibt.

Der Himmel der Erde ist nie völlig dunkel, nicht einmal mitten in der Nacht, selbst wenn man Lichtverschmutzung, Sternenlicht und diffuses Sonnenlicht herausrechnet. Moleküle in der Atmosphäre unterliegen ständig verschiedenen Prozessen, die dazu führen, dass sie in einem Bereich verschiedener Wellenlängen schwach leuchten.

Aurora der Erde

Dieses Licht unterscheidet sich nicht wesentlich vom Polarlicht, da beide von denselben Teilchen erzeugt werden – außer dass es schwächer ist und der Mechanismus dahinter ein anderer ist. Polarlichter werden von geladenen Teilchen ausgestrahlt, die vom Sonnenwind erzeugt werden. Diese ionisieren atmosphärische Atome und verursachen so Lichtblitze am Himmel.

Das Luftleuchten hingegen entsteht durch die Wechselwirkung zwischen Sonnenlicht und Atmosphäre und lässt sich grob in zwei Kategorien unterteilen. Nachtglühen: Überschüssige Energie entsteht, wenn Atome tagsüber durch Sonnenstrahlung zerlegt und als Photonen freigesetzt werden. Auf der Venus, dem Mars und der Erde wurde bereits nächtliches Himmelsleuchten beobachtet.

Das Nachthimmelsglühen der Venus

Was Astronomen derzeit in der Marsatmosphäre beobachten, ist das Tagseiten-Luftleuchten – ein Phänomen, das viel schwieriger zu erkennen ist, da seine schwache Präsenz das Tageslicht bei weitem überwiegt.

Auf der Erde tritt es nur auf, wenn Moleküle in der Atmosphäre Sonnenlicht absorbieren, wodurch sie mehr Energie erhalten und diese als Strahlung mit der gleichen oder einer etwas niedrigeren Frequenz als die ursprünglich absorbierte Strahlung abgeben. Das Luftleuchten ist auf Bildern der Internationalen Raumstation (ISS) deutlicher zu erkennen, wenn die Kamera durch die Oberseite der Atmosphäre blickt und nicht direkt nach unten.

Wissenschaftler vermuten, dass das Nachthimmelsleuchten auf dem Mars bereits 1979 auftrat. Da die Marsorbiter jedoch direkt auf die Marsoberfläche gerichtet sind, konnte das Phänomen bislang nicht entdeckt werden.

Nachtglühen der Erde. (NASA)

Nachdem das Team von der ISS gelernt hatte, richtete es die Nadir- und Okkultationsinstrumente auf Mars Discovery (Nomad) von einer Position, die direkt auf den Mars gerichtet war, auf eine Position aus, bei der es durch die Atmosphäre auf den Marshorizont blickte. Von diesem Standort aus führten sie eine Reihe von Beobachtungen der Marsatmosphäre in Höhen zwischen 20 und 400 Kilometern durch.

Mars Discovery Rover (Nomad)

Bei der Analyse der Daten stellten sie fest, dass bei allen Beobachtungen am Tag grüne Strahlen sowohl im optischen als auch im ultravioletten Wellenlängenbereich vorhanden waren.

„Die Strahlung ist in einer Entfernung von etwa 80 Kilometern am stärksten und variiert je nach Entfernung zwischen Mars und Sonne“, erklärt die Planetenaeronautikerin Ann-Karin Vandal vom Königlichen Institut für Raumfahrt und Luftfahrt in Belgien.

Als das Team die Prozesse hinter der Emission simulierte, stellte es fest, dass diese durch einen Prozess verursacht wurde, der dem Luftleuchten auf der Erde sehr ähnlich ist. Wenn Sonnenstrahlung auf die Marsatmosphäre trifft, zerlegt sie Kohlendioxid in Kohlenmonoxid und Sauerstoff. Es sind die Sauerstoffatome, die das grüne Licht verursachen.

Interessanterweise ist die sichtbare Wellenlänge dieses Lichts 16,5-mal länger als die ultraviolette Wellenlänge.

„Die Beobachtungen auf dem Mars stimmen mit früheren theoretischen Modellen überein, sind jedoch nicht mit dem tatsächlichen Leuchten vereinbar, das wir um die Erde herum feststellen, wo die sichtbare Emission viel schwächer ist“, sagte Gerard.

„Dies deutet darauf hin, dass wir mehr Zeit brauchen, um zu verstehen, wie Sauerstoffatome reagieren, was für unser Verständnis der Atom- und Quantenphysik sehr wichtig ist.“

Das Team stellte fest, dass die Diskrepanz auf ein Problem bei der Kalibrierung von Erdbeobachtungsinstrumenten zurückzuführen sein könnte. Der beste Ansatz besteht offensichtlich darin, mehr wissenschaftliche Forschung zu betreiben.

Die Forschungsergebnisse wurden in der Zeitschrift Nature Astronomy veröffentlicht.

von: Josh K. Elliott

FY: Skylee

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