Mars mengungkap rahasia malamnya: menemukan cahaya hijau ajaibnya

Gambar ini menunjukkan kesan seorang seniman tentang seperti apa cahaya malam astronot di wilayah musim dingin kutub Mars pada malam hari. Cahaya hijau terjadi ketika atom oksigen di atmosfer bergabung membentuk molekul oksigen.
Tampilan simulasi ini dibuat menggunakan gambar permukaan Mars yang nyata namun gelap dari kamera panorama penjelajah Opportunity NASA, dan cahaya malam buatan yang cocok dengan warna sebenarnya dari emisi oksigen. Sumber gambar: NASA/JPL-Caltech/Cornell Univ./Arizona State Univ.- E.W. Knutsen

ExoMars Trace Gas Orbiter milik ESA telah mendeteksi cahaya malam hijau di atmosfer Mars, memberikan data penting tentang proses atmosfer dan potensi penerangan untuk misi Mars di masa depan. Fenomena yang berbeda dengan aurora borealis ini mewakili kemajuan besar dalam pemahaman kita tentang fenomena alam Mars.

Saat astronot masa depan menjelajahi wilayah kutub Mars, mereka akan melihat cahaya hijau menerangi langit malam. Untuk pertama kalinya, cahaya malam yang terlihat terdeteksi di atmosfer Mars oleh misi ExoMars Trace Gas Orbiter (TGO) Badan Antariksa Eropa.

Di bawah langit cerah, cahayanya bisa cukup terang untuk dilihat manusia dan untuk dinavigasi oleh penjelajah di malam yang gelap. Cahaya malam di Bumi juga teramati. Di Mars, hal ini diperkirakan terjadi, namun belum pernah diamati dalam cahaya tampak hingga saat ini.

Cahaya malam di Mars

Cahaya malam di atmosfer terjadi ketika dua atom oksigen bergabung membentuk molekul oksigen, sekitar 50 kilometer (~30 mil) di atas permukaan planet.

Atom oksigen telah melakukan perjalanan: Mereka terbentuk di siang hari Mars ketika sinar matahari memberikan energi kepada molekul karbon dioksida, menyebabkan mereka terpecah menjadi beberapa bagian. Ketika atom oksigen bermigrasi ke sisi malam dan berhenti menggairahkan Matahari, mereka berkumpul kembali dan memancarkan cahaya di ketinggian yang lebih rendah.

Animasi ini menggambarkan proses yang dianggap bertanggung jawab atas cahaya malam Mars. Ketika terkena radiasi ultraviolet matahari di atas ketinggian 70 km, molekul karbon dioksida – komponen utama atmosfer Mars – terpecah menjadi atom karbon monoksida dan oksigen. Atom oksigen ini (digambarkan sebagai bola merah) diangkut oleh sel raksasa Hadley, yang memiliki cabang menaik di kutub siang hari dan cabang menurun di kutub musim dingin, yang terletak di belahan bumi malam. Atom oksigen bergabung kembali membentuk molekul oksigen di cabang menurun sel Hadley, pada ketinggian 30-50 km, dan memancarkan radiasi infra merah. Kredit: Badan Antariksa Eropa

“Emisi ini dihasilkan dari rekombinasi atom oksigen yang terbentuk di atmosfer musim panas dan diangkut oleh angin ke garis lintang tinggi musim dingin, pada ketinggian berkisar antara 40 hingga 60 kilometer di atmosfer Mars,” jelas Laurieann Soret, peneliti dari Atmospheric and Laboratorium Planet. Fisika dari Universitas Liège di Belgia, dan bagian dari tim yang mempublikasikan penemuan tersebut Astronomi alam.

Penerangan dari cahaya malam bisa cukup terang untuk menerangi jalan di depan, dan melihat cahaya seterang awan yang diterangi cahaya bulan di Bumi.

“Pengamatan ini tidak terduga dan menarik untuk misi masa depan ke Planet Merah,” kata Jean-Claude Girard, penulis utama studi baru ini dan ilmuwan planet di Universitas Liège.

Airglow terjadi di atmosfer bumi ketika sinar matahari berinteraksi dengan atom dan molekul di atmosfer. Dalam gambar yang diambil oleh astronot di Stasiun Luar Angkasa Internasional (ISS) pada tahun 2011, pita hijau cahaya oksigen muncul di atas kurva Bumi. Di permukaan, tampak sebagian Afrika Utara, tempat cahaya malam bersinar di sepanjang Sungai Nil dan delta-delta-nya. Kredit: NASA

Ikuti jalan hijau bersinar

Hal ini membangkitkan minat tim ilmiah internasional A Penemuan sebelumnya Mereka dibuat menggunakan Mars Express, yang mengamati cahaya malam pada panjang gelombang inframerah satu dekade lalu. Pesawat ruang angkasa Trace Gas Orbiter kemudian mendeteksi atom oksigen hijau yang bersinar di atas siang hari Mars pada tahun 2020, pertama kalinya emisi cahaya siang hari terlihat di sekitar planet selain Bumi.

Atom-atom ini juga melakukan perjalanan ke sisi malam dan kemudian berkumpul kembali di ketinggian yang lebih rendah, menciptakan cahaya malam yang terlihat seperti yang ditemukan dalam penelitian baru yang diterbitkan hari ini.

Kesan artis terhadap Badan Antariksa Eropa Exomars Lacak orbit gas Mendeteksi cahaya hijau oksigen di atmosfer Mars. Emisi ini, yang diamati pada siang hari di Mars, mirip dengan cahaya malam yang terlihat di sekitar atmosfer bumi dari luar angkasa. Kredit: Badan Antariksa Eropa

Mengorbit Planet Merah di ketinggian 400 kilometer, TGO mampu mengamati sisi malam Mars melalui saluran ultraviolet-visibel kendaraannya. Alat pengembara. Instrumen tersebut mencakup rentang spektral dari ultraviolet dekat hingga cahaya merah, dan diarahkan ke tepi Planet Merah untuk mengamati atmosfer bagian atas dengan lebih baik.

Eksperimen NOMAD dipimpin oleh Royal Belgian Institute for Astronautics, dan bekerja sama dengan tim dari Spanyol (IAA-CSIC), Italia (INAF-IAPS), dan Inggris (Universitas Terbuka), antara lain.

Nilai ilmiah

Cahaya malam berfungsi sebagai pelacak proses atmosfer. Hal ini dapat memberikan banyak informasi tentang komposisi dan dinamika suatu wilayah atmosfer yang sulit diukur, serta kepadatan oksigen. Hal ini juga dapat mengungkapkan bagaimana energi disimpan oleh sinar matahari dan angin matahari – aliran partikel bermuatan yang berasal dari bintang kita.

Bidikan dari luar angkasa Bima Sakti dan Bumi bersamaan di luar Stasiun Luar Angkasa Internasional. Galaksi Bima Sakti memanjang di bawah lekukan ekstremitas Bumi dalam pemandangan yang juga menampilkan pancaran udara hijau samar. Tonjolan pusat galaksi tampak dengan bidang bintang yang terpotong oleh celah gelap debu antarbintang. Foto tersebut diambil oleh astronot NASA Scott Kelly pada tahun 2015 selama misi satu tahunnya di luar angkasa. Kredit gambar: NASA/Scott Kelly

Memahami sifat-sifat atmosfer Mars tidak hanya menarik secara ilmiah, tetapi juga penting untuk misi ke permukaan Planet Merah. Misalnya, kepadatan atmosfer secara langsung mempengaruhi gaya hambat yang dialami oleh satelit yang mengorbit Mars dan parasut yang digunakan untuk mengirimkan wahana ke permukaan Mars.

Cahaya malam vs aurora

Cahaya malam juga terlihat di Bumi, namun berbeda dengan aurora borealis. Aurora borealis hanyalah salah satu cara menerangi atmosfer planet.

Aurora borealis dihasilkan, Di Mars Seperti di Bumi, ketika elektron energik dari Matahari menghantam lapisan atas atmosfer. Cahayanya bervariasi antar ruang dan waktu, sedangkan cahaya malam lebih seragam. Baik cahaya malam maupun aurora borealis dapat menunjukkan beragam warna bergantung pada gas atmosfer mana yang paling melimpah pada ketinggian berbeda.

Cahaya malam hijau di planet kita cukup redup, sehingga paling baik dilihat dengan melihat dari perspektif “tepi” – seperti yang ditunjukkan pada Banyak foto menakjubkan Diambil oleh astronot Stasiun ruang angkasa Internasional.

Video selang waktu oleh Badan Antariksa Eropa Foto itu diambil oleh astronot Tim Peake selama enam bulan misi Principia di Stasiun Luar Angkasa Internasional. Astronot Inggris mengomentari timelapse ini: “Pandangan ISS tentang ‘aurora terbit’ – apakah Anda melihat dua satelit di bagian akhir? Video Timelapse yang dibuat dari gambar yang diambil dengan interval satu detik diputar 25 kali lebih cepat. Kredit: Badan Antariksa Eropa /NASA

Referensi: “Pengamatan Mars O₂ “Cahaya Malam Terlihat oleh Spektrograf NOMAD di Pesawat Trace Gas Orbiter” oleh J.-C. Girard, L. Surette, IR Thomas, P. Ristik, Y. Willam, C. Debez, AC Vandel, F. Dearden, B. Hubert, JP Mason, MR Patel, dan MA Lopez Valverde, 9 November 2023, Astronomi alam.
doi: 10.1038/s41550-023-02104-8