Impressão artística do ExoMars Trace Gas Orbiter da ESA detectando o brilho verde do oxigênio na atmosfera marciana. Esta emissão, avistado no lado diurno de Marte, é semelhante ao brilho noturno visto ao redor da atmosfera da Terra do espaço. Crédito:Agência Espacial Europeia
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 diferente da Terra.
Na terra, O oxigênio brilhante é produzido durante as auroras polares, quando os elétrons energéticos do espaço interplanetário atingem a atmosfera superior. Essa emissão de luz impulsionada pelo oxigênio dá às auroras polares sua bela e característica tonalidade verde.
A aurora, Contudo, é apenas uma maneira pela qual as atmosferas planetárias se iluminam. As atmosferas dos planetas, incluindo a Terra e Marte, brilham constantemente durante o dia e a noite, à medida que a luz solar interage com átomos e moléculas na atmosfera. O brilho diurno e noturno são causados por mecanismos ligeiramente diferentes:o brilho noturno ocorre quando as moléculas separadas se recombinam, enquanto o brilho diurno surge quando a luz do sol excita diretamente átomos e moléculas como nitrogênio e oxigênio.
Na terra, brilho noturno verde é bastante fraco, e assim é melhor visto olhando de uma perspectiva "de ponta" - como retratado em muitas imagens espetaculares tiradas por astronautas a bordo da Estação Espacial Internacional (ISS). Este desmaio pode ser um problema ao procurá-lo em outros planetas, pois suas superfícies brilhantes podem abafá-lo.
Este brilho verde foi agora detectado pela primeira vez em Marte pelo ExoMars Trace Gas Orbiter (TGO), que orbita Marte desde outubro de 2016.
Airglow terrestre observado da Estação Espacial Internacional. Crédito:Agência Espacial Europeia
"Uma das emissões mais brilhantes vistas na Terra provém do brilho noturno. Mais especificamente, de átomos de oxigênio emitindo um determinado comprimento de onda de luz que nunca foi visto em outro planeta, "diz Jean-Claude Gérard da Université de Liège, Bélgica, e principal autor do novo estudo publicado em Astronomia da Natureza .
"Contudo, esta emissão foi prevista para existir em Marte por cerca de 40 anos - e, graças ao TGO, nós o encontramos. "
Jean-Claude e colegas foram capazes de detectar essa emissão usando um modo de observação especial do TGO. Um dos avançados conjuntos de instrumentos do orbitador, conhecido como NOMAD (Nadir e Ocultação para Descoberta de Marte) e incluindo o espectrômetro ultravioleta e visível (UVIS), pode observar em várias configurações, um dos quais posiciona seus instrumentos para apontar diretamente para a superfície marciana - também conhecida como o canal do 'nadir'.
"As observações anteriores não capturaram qualquer tipo de brilho verde em Marte, então decidimos reorientar o canal nadir UVIS para apontar para a 'borda' de Marte, semelhante à perspectiva que você vê em imagens da Terra tiradas da ISS, "acrescenta a co-autora Ann Carine Vandaele do Institut Royal d'Aéronomie Spatiale de Belgique, Bélgica, e Pesquisador Principal do NOMAD.
Entre 24 de abril e 1º 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 eles analisaram esses conjuntos de dados, eles encontraram a emissão de oxigênio verde em todos eles.
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 diferente da Terra. As observações, obtido com o instrumento NOMAD do TGO usando seu canal UVIS entre abril e dezembro de 2019, são mostrados como pontos verdes em função da altitude, e comparado a um modelo teórico (linha vermelha). O brilho diurno verde de oxigênio parece ser mais brilhante a 80 km, alcançando um segundo pico em torno de 120 km, e dissipando acima de 150 km. Crédito:J.-C. Gérard et al. (2020)
"A emissão foi mais forte a uma altitude de cerca de 80 quilômetros e variou dependendo da mudança da distância 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 tanto pela luz do sol quanto pelo vento solar - o fluxo de partículas carregadas que emana de nossa estrela.
Para entender melhor esse brilho verde em Marte, e compará-lo com o que vemos em nosso próprio planeta, Jean-Claude e seus colegas investigaram mais a fundo como ela foi formada.
"Modelamos essa emissão e descobrimos que ela é produzida principalmente como dióxido de carbono, ou CO 2 , é dividido em suas partes constituintes:monóxido de carbono e oxigênio, "diz Jean-Claude." Nós 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 a ultravioleta.
Emissão de oxigênio detectada em espectros de membros do lado diurno do canal UVIS do instrumento NOMAD no ExoMars Trace Gas Orbiter da ESA. Cores diferentes mostram as medições em altitudes diferentes na atmosfera marciana. O brilho diurno de oxigênio parece ser mais forte a 80 km, atingindo um segundo pico em torno de 120 km, e dissipando acima de 150 km. Esta é a primeira vez que esta emissão foi vista em um planeta diferente da Terra. Crédito:J.-C. Gérard et al. (2020)
"As observações em Marte concordam com modelos teóricos anteriores, mas não com o brilho real que vimos ao redor 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, que é extremamente importante para a nossa compreensão da física atômica e quântica. "
Essa compreensão é a chave para caracterizar as atmosferas planetárias e fenômenos relacionados - como as auroras. Ao decifrar a estrutura e o comportamento desta camada verde brilhante da atmosfera de Marte, os cientistas podem obter informações sobre uma faixa de altitude que permaneceu amplamente inexplorada, e monitorar como ele muda conforme a atividade do sol varia e Marte viaja ao longo de sua órbita ao redor de nossa estrela.
"Esta é a primeira vez que esta importante emissão foi observada em outro planeta além da Terra, e marca a primeira publicação científica com base em observações do canal UVIS do instrumento NOMAD no ExoMars Trace Gas Orbiter, "destaca Håkan Svedhem, Cientista do Projeto TGO da ESA.
"Isso demonstra a alta sensibilidade e qualidade óptica do instrumento NOMAD. Isso é especialmente verdadeiro dado que este estudo explorou o lado diurno de Marte, que é muito mais brilhante do que o lado noturno, tornando ainda mais difícil detectar essa emissão tênue. "
Compreender as propriedades da atmosfera de Marte não é apenas interessante cientificamente, mas também é a chave para operar as missões que enviamos ao Planeta Vermelho. Densidade atmosférica, por exemplo, afeta diretamente o arrasto experimentado pelos satélites em órbita e pelos pára-quedas usados para enviar as sondas à superfície marciana.
"Este tipo de observação de sensoriamento remoto, juntamente com medições in situ em altitudes mais elevadas, nos ajuda a prever como a atmosfera marciana responderá às mudanças sazonais e variações na atividade solar, "acrescenta Håkan." Prever mudanças na densidade atmosférica é especialmente importante para as próximas missões, incluindo a missão ExoMars 2022 que enviará um rover e uma plataforma científica de superfície para explorar a superfície do Planeta Vermelho. "
