На Марсі вперше спостерігалося видиме полярне сяйво: що стало причиною його появи.

Оптичне явище, відоме як полярне сяйво, є вражаючим природним феноменом, який приваблює людей з усього світу до північних і південних широт, щоб насолодитися ним особисто. Проте нещодавно науковці виявили, що це яскраве явище можна спостерігати і в абсолютно несподіваному місці – на поверхні Марса.

Як пише видання Science Alert, 18 березня 2024 року, нічне небо над кратером Єзеро стало тьмяним і набуло характерного зеленого кольору. Цей дивовижний момент зафіксував марсохід Perseverance. Те, що він записав, відкриває нові методи вивчення Марса. Хоча відомо, що на Марсі відбуваються полярні сяйва різних видів, інші, які вдалось зафіксувати дослідникам, спалахували в невидимих відтінках ультрафіолету.

"Полярні сяйва - це видимі прояви того, як наше Сонце впливає на планети. Підтвердження того, що видимі полярні сяйва на Марсі існують, відкриває нові, сподіваюся, простіші та дешевші способи вивчення цих процесів", -- пояснила ScienceAlert фізик Еліс Райт Кнутсен з Університету Осло.

Вона також пояснила, що дослідники наразі повідомили про перше виявлення зеленого світіння над Марсом. "Але спостереження за полярними сяйвами можуть багато розповісти нам про те, як частинки Сонця взаємодіють з магнітосферою і верхньою атмосферою Марса", -- додала Кнутсен.

Кожна планета в нашій Сонячній системі має свої унікальні полярні сяйва, але особливо інтригуючими є явища, що спостерігаються на Марсі. Полярні сяйва виникають внаслідок енергетичних взаємодій між частинками, які походять з поза планетарної системи, та частинками атмосфери, хоча це не завжди так. Цей процес відбувається завдяки магнітному полю, яке направляє частинки (частіше за все сонячного походження) до поверхні планети, зокрема до її полюсів. Коли ці частинки зустрічаються з іншими елементами, вони вибивають електрони, що призводить до утворення світла в різних спектрах, в залежності від специфічних умов навколишнього середовища.

Атмосфера Марса дуже тонка, вона складає приблизно 2 відсотки від густини атмосфери Землі. Більше того, червона планета має, у кращому разі, неоднорідне та слабке магнітне поле, яке висить лише навколо певних локалізованих областей, де намагнічені мінерали в корі зберігають залишки магнітного поля, яке колись було у Марса. Це зовсім не схоже на славетну магнітосферну бульбашку, що захищає Землю.

Тим не менш, цих локалізованих ділянок магнітного поля достатньо для полярної активності. Коли сонячний вітер дме у правильному напрямку, атмосфера біля цих магнітних ділянок світиться на ультрафіолетових довжинах хвиль. Вивчаючи ці ультрафіолетові полярні сяйва, Кнутсен та її колеги зрозуміли, що у марсіанській атмосфері є щось більше, ніж ми можемо бачити.

Протягом останніх 20 років людство спостерігає полярні сяйва на Марсі, однак усі ці феномени фіксувалися лише в ультрафіолетовому спектрі. "Від того, на який енергетичний рівень повертається електрон, залежить спектр полярних сяйв, які можуть мати різні довжини хвиль і кольори", - зазначила Кнутсен.

Коли ми виявляємо конкретну довжину хвилі, ми можемо застосувати принципи квантової механіки для визначення, чи цей перехід пов'язаний із верхнім станом в контексті інших можливих переходів. Якщо це так, то ми можемо зробити висновок, що полярні сяйва на інших довжинах хвиль також мають існувати, навіть якщо їх не вдається зафіксувати безпосередньо. Таким чином, спостереження ультрафіолетового випромінювання (на 297 нанометрах) від атомарного переходу кисню надихнуло нас припустити, що випромінювання зеленого світла також повинно бути присутнім, — поділилася вона з журналістами.

Натхненні тим, що вони виявили, Кнутсен та її колеги вирішили спробувати зафіксувати на Марсі видиме людським оком полярне сяйво. Однак це було не зовсім простою справою. Більшість приладів видимого світла на Марсі призначені для проведення спостережень протягом дня, а не для пошуку дійсно слабкого свічення у нічному небі.

Додатково варто зазначити, що полярні сяйва на Марсі значно менш інтенсивні у порівнянні з тими, що спостерігаються на Землі. Найоптимальніший момент для спроби їх зафіксувати – це відразу після потужних сонячних спалахів, зокрема, під час викиду корональної маси. Це ставить перед науковцями завдання діяти оперативно.

Проте після викиду корональної маси 15 березня 2024 року всі умови нарешті зійшлися. Perseverance активував свої інструменти, здатні уловити світло, яке шукали дослідники, а за його кермом опинилася команда науковців, готових до дій для проведення важливих спостережень.

Через кілька днів після того, як у результаті величезного виверження мільярди тонн заряджених частинок залишили Сонце, дослідники зафіксували те, що шукали: надмірне світло в нічному небі Марса на довжині хвилі 557,7 нанометра - видиме свічення іонізованого кисню.Оскільки це Марс, видовище було не таким, яким ми бачимо його на Землі.

"Зелене полярне сяйво на Марсі має той самий відтінок, що й зелене полярне сяйво на Землі, проте його вигляд зовсім інший," -- зазначила Кнутсен. "Ми зазвичай спостерігаємо за чітко окресленими стрічками з виразними формами. Однак на Марсі зелене полярне сяйво є більш однорідним. Усе небо випромінює зелений світло в усіх напрямках, незалежно від того, де ви перебуваєте — на екваторі чи поблизу полюсів," -- додала вона.

Це виявлення було четвертою спробою команди побачити оптичне явище на Червоній планеті за допомогою Perseverance. А отже, схоже, є й інші фактори, що впливають на те, чи викликають сонячні викиди видиме полярне сяйво на Марсі. Команда планує спробувати зафіксувати більше таких подій, щоб з'ясувати, як виникають полярні сяйва на Марсі, і побачити деякі закономірності, які можуть виникнути.