火星大气中检测到神秘绿光？这与极光有什么联系？又是什么原理

天文学家在火星的大气层中探测到一种迷人的绿色光芒

艺术家对火星气辉的印象。（ESA）

天文学家在火星大气中探测到迷人的绿光，它是由一个与地球上的空气辉光非常相似的过程产生的。当太阳辐射撞击火星大气时，它会将二氧化碳分解成一氧化碳和氧气。是氧原子造成了绿色的辉光。

地球的气辉光

在之前，这种光只在地球上方的天空被发现过。它在火星大气层中的发现将有助于我们更好地理解在地球和其他地方引起空气发光的过程。

“在地球上看到的最明亮的光是夜晚的光。更具体地说，从氧原子散发出一种特定的光的波长，这种光在其他行星上从来没有被找到过，”比利时列日大学的天文学家让-克洛德·杰拉德说，他也是描述这一现象的新论文的主要作者。

地球的天空从来没有完全地黑过，就算在深夜，即使提取了光污染，星光和漫射阳光。在大气层中的分子持续经历着不同的过程，这会导致它们在一系列波长范围内微弱地发光。

地球的极光

这种光与极光并不是完全不相同的，因为它们都被同样的颗粒所产生——除了它更暗一些，而且它背后的机制也不同。极光是由太阳风产生的带电粒子散发出来的，它电离了大气原子，使它们在天空中形成闪动的光。

另一方面，气辉光是由阳光和大气之间的相互作用引起的，大致可以分为两类。夜光：当原子在白天被太阳辐射分解，以光子的形式释放出来时，就会产生多余的能量。此前在金星、火星以及地球上都观测到过夜天光。

金星的气辉光

天文学家现在在火星大气层中观察到的是白天的气辉光——这种现象更难被探测到，因为它的微弱的存在远远超过了日光。

在地球上，它只会出现当大气层中的分子吸收太阳光，太阳光给它们更多的能量使它们以辐射的形式发射的频率与最初吸收的辐射相同或稍低。在国际空间站（ISS）拍下的图片里，当相机透过大气的顶部而不是直接向下看，气辉光更加明显。

科学家们猜测火星上的气辉光在1979年出现。但火星轨道器直接面对火星表面，直到现在才探测到它。

地球的夜辉. (NASA)

因此，从国际空间站学习后，研究小组重新定位了火星发现号（游牧号）的最低点和掩星仪器的方向，从直面火星的位置，到穿过大气层观察火星的地平线。在这个位置上，他们在20到400公里（12到250英里）的高度范围上对火星大气进行了一系列的观测。

火星发现号（游牧号）

当他们分析这些数据时，他们在所有的白天的观测中都发现了光学和紫外线波长的绿色射线。

比利时皇家空间航空研究所的行星航空师安·卡琳·凡达勒解释说：“辐射在大约80公里处最强，并根据火星和太阳之间距离的变化而变化。”

当研究小组模拟发射背后的过程时，他们发现它是由一个与地球上的气辉光非常相似的过程产生的。当太阳辐射撞击火星大气层时，它会将二氧化碳分解成一氧化碳和氧气。是氧原子造成了绿色的光。

有趣的是，这个光线的可见波长是紫外波长的16.5倍。

杰拉德说：“在火星上的观测结果与之前的理论模型一致，但与我们在地球周围发现的实际发光结果不一致，那里可见的辐射要弱得多。”

“这表明我们需要更多的时间来了解氧原子的反应，这对我们理解原子物理和量子物理非常重要。”

该小组指出，这种差异可能是地球观测仪器校准方式的问题。显然，最好的办法是做更多的科研工作。

这项研究已经发表在《Nature Astronomy》杂志上。

by: Josh K. Elliott

FY: Skylee

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