O ExoMars Trace Gas Orbiter da ESA detectou oxigênio verde brilhante na atmosfera de Marte - a primeira vez que essa emissão foi vista em um planeta que não a Terra.
Na Terra, o oxigênio incandescente é produzido durante as auroras polares quando elétrons energéticos do espaço interplanetário atingem a atmosfera superior. Essa emissão de luz movida a oxigênio dá às auroras polares seu belo e característico tom de verde .
A aurora , no entanto, é apenas uma maneira pela qual as atmosferas planetárias se iluminam. As atmosferas de planetas, incluindo a Terra e Marte, brilham constantemente durante o dia e a noite, à medida que a luz do sol interage com átomos e moléculas na atmosfera. O brilho do dia e da noite é causado por mecanismos ligeiramente diferentes: o brilho da noite ocorre quando as moléculas separadas se recombinam, enquanto o brilho do dia surge quando a luz do Sol excita diretamente átomos e moléculas como nitrogênio e oxigênio.
Na Terra, o brilho da noite verde é bastante fraco e, portanto, é melhor visto sob uma perspectiva de ponta - como retratado em muitas imagens espetaculares tiradas por astronautas a bordo da Estação Espacial Internacional (ISS) . Esse desmaio pode ser um problema ao procurá-lo em torno de outros planetas, pois suas superfícies brilhantes podem afogá-lo.
Nesta imagem, tirada pelos astronautas a bordo da Estação Espacial Internacional (ISS) em 2011, uma faixa verde de brilho de oxigênio é visível sobre a curva da Terra. Na superfície, partes do norte da África são visíveis, com as luzes da noite brilhando ao longo do rio Nilo e seu delta.
Agora, esse brilho verde foi detectado pela primeira vez em Marte pelo ExoMars Trace Gas Orbiter (TGO), que orbita Marte desde outubro de 2016.
“Uma das emissões mais brilhantes vistas na Terra decorre do brilho da noite. Mais especificamente, de átomos de oxigênio emitindo um comprimento de onda específico da luz que nunca foi visto em outro planeta ”, diz Jean-Claude Gérard, da Université de Liège, Bélgica, e principal autor do novo estudo publicado na Nature Astronomy .
"No entanto, prevê-se que esta emissão exista em Marte por cerca de 40 anos - e, graças à TGO, a encontramos".
Jean-Claude e seus colegas conseguiram detectar essa emissão usando um modo de observação especial do TGO. Um dos conjuntos avançados de instrumentos do orbitador, conhecido como NOMAD (Nadir and Occultation for MArs Discovery ) e incluindo o espectrômetro ultravioleta e visível (UVIS), pode ser observado em várias configurações, uma das quais posiciona seus instrumentos para apontar diretamente para baixo no marciano. superfície - também conhecido como canal 'nadir'.
“As observações anteriores não capturaram nenhum tipo de brilho verde em Marte, por isso decidimos reorientar o canal nadir do UVIS para apontar para a 'borda' de Marte, semelhante à perspectiva que você vê nas imagens da Terra tiradas da ISS” acrescenta a coautora Ann Carine Vandaele, do Institut Royal d'Aéronomie Spatiale de Belgique, Bélgica, e pesquisadora principal do NOMAD.
Entre 24 de abril e 1 de dezembro de 2019, Jean-Claude, Ann Carine e colegas usaram o NOMAD-UVIS para escanear altitudes que variam de 20 a 400 quilômetros da superfície marciana duas vezes por órbita. Quando analisaram esses conjuntos de dados, encontraram a emissão verde de oxigênio em todos eles.
"A emissão foi mais forte a uma altitude de cerca de 80 quilômetros e variou dependendo da distância variável entre Marte e o Sol", acrescenta Ann Carine.
Estudar o brilho das atmosferas planetárias pode fornecer uma riqueza de informações sobre a composição e dinâmica de uma atmosfera e revelar como a energia é depositada pela luz do Sol e pelo vento solar - o fluxo de partículas carregadas que emanam da nossa estrela.
Emissão verde de oxigênio diurno na atmosfera marciana: comparação entre o modelo e as observações do ExoMars Trace Gas Orbiter
Para entender melhor esse brilho verde em Marte e compará-lo com o que vemos ao redor do nosso planeta, Jean-Claude e colegas se aprofundaram em como ele foi formado.
"Modelamos essa emissão e descobrimos que ela é produzida principalmente como dióxido de carbono, ou CO 2 , que é dividido em suas partes constituintes: monóxido de carbono e oxigênio", diz Jean-Claude. "Vimos os átomos de oxigênio resultantes brilhando tanto na luz visível quanto na ultravioleta".
A comparação simultânea desses dois tipos de emissão mostrou que a emissão visível era 16,5 vezes mais intensa que o ultravioleta.
"As observações em Marte concordam com os modelos teóricos anteriores, mas não com o brilho real que vimos em torno da Terra, onde a emissão visível é muito mais fraca", acrescenta Jean-Claude. "Isso sugere que temos mais a aprender sobre como os átomos de oxigênio se comportam, o que é extremamente importante para o nosso entendimento da física atômica e quântica".
Esse entendimento é essencial para caracterizar atmosferas planetárias e fenômenos relacionados - como as auroras. Ao decifrar a estrutura e o comportamento dessa camada verde brilhante da atmosfera de Marte, os cientistas podem obter informações sobre uma faixa de altitude que permaneceu praticamente inexplorada e monitorar como ela muda conforme a atividade do Sol varia e Marte viaja ao longo de sua órbita em torno de nossa estrela.
Evolução com a altitude da emissão de oxigênio no membro diurno observada com o instrumento NOMAD / UVIS no ExoMars Trace Gas Orbiter da ESA
“Esta é a primeira vez que esta emissão importante é observada em outro planeta além da Terra e marca a primeira publicação científica baseada em observações do canal UVIS do instrumento NOMAD no ExoMars Trace Gas Orbiter”, destaca Håkan Svedhem, o TGO da ESA Cientista do Projeto.
“Ele demonstra a sensibilidade e a qualidade ótica notavelmente altas do instrumento NOMAD. Isso é especialmente verdadeiro, uma vez que este estudo explorou a margem do dia em Marte, que é muito mais brilhante que a da noite, tornando ainda mais difícil detectar essa fraca emissão. ”
Compreender as propriedades da atmosfera de Marte não é apenas interessante cientificamente, mas também é fundamental para operar as missões que enviamos ao Planeta Vermelho. A densidade atmosférica, por exemplo, afeta diretamente o atrito causado pelos satélites em órbita e pelos pára-quedas usados para fornecer sondas à superfície marciana.
"Esse tipo de observação de sensoriamento remoto, juntamente com medições in situ em altitudes mais altas, nos ajuda a prever como a atmosfera marciana responderá às mudanças sazonais e às variações na atividade solar", acrescenta Håkan. "A previsão de mudanças na densidade atmosférica é especialmente importante para as próximas missões, incluindo a missão ExoMars 2022, que enviará uma plataforma rover para explorar a superfície do Planeta Vermelho".
Mais Informações:
"A detecção de emissão de linha verde na atmosfera diurna de Marte a partir de observações do NOMAD-TGO " por J.-C. Gérard et al. (2020) é publicada na Nature Astronomy.
ExoMars é um empreendimento conjunto da Agência Espacial Europeia e da Roscosmos.
O experimento NOMAD é liderado pelo Instituto Real Belga de Aeronomia Espacial (IASB-BIRA), assistido por equipes Co-PI da Espanha (IAA-CSIC), Itália (INAF-IAPS) e Reino Unido (Universidade Aberta). Este projeto reconhece o financiamento do Gabinete de Política Científica da Bélgica, com a coordenação financeira e contratual do Gabinete da Agência Espacial Européia Prodex, pelo MICINN espanhol através de seu Plano Nacional, bem como pelas agências espaciais do Reino Unido e da Itália.
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