Jede Nacht leuchten auf dem Mars die oberen Atmosphärenschichten hell auf. Dieses Nachtleuchten (auch: Airglow) ist leider fürs bloße Auge nicht zu sehen, sondern findet im ultravioletten Wellenbereich von Licht statt. Forscher haben den Airglow jetzt zwei Mars-Jahre lang - das entspricht etwa vier Jahren auf der Erde - untersucht, mit Hilfe des Imaging Ultraviolet Spectrograph (IUVS) der Mars-Sonde MAVEN.
Die Ergebnisse haben Zachariah Milby und Kollegen vom Laboratory for Atmospheric and Space Physics (LASP) der University of Colorado Boulder, USA, jetzt veröffentlicht.
Chemische "Solarzelle" in der Atmosphäre des Mars
Was den Mars nachts zum Leuchten bringt, ist gar nicht so kompliziert: Wie bei einer Solarzelle wird die Mesosphäre des Mars, die obere Atmosphärenschicht in 80 bis 120 Kilometern Höhe, von der Sonne tagsüber "aufgeladen" und gibt dann nachts die Energie als Leuchten ab. Genauer gesagt, spaltet UV-Strahlung der Sonne Kohlendioxidmoleküle (CO2) und molekularen Stickstoff (N2) der Mars-Atmosphäre in die einzelnen Atome auf: Kohlenstoff (C), Stickstoff (N) und Sauerstoff (O).
Auf der Nachtseite des Planeten kühlt die Atmosphäre stark ab, um mehr als 26 Grad Celsius, und sinkt um bis zu 40 Kilometer tiefer. Das führt dazu, dass sich Sauerstoff- und Stickstoff-Atome zu Stickstoffmonoxid (NO) verbinden und dabei Energie freisetzen - in Form eines im UV-Licht leuchtenden Photons.
Das Nachtleuchten auf dem Mars entsteht, wenn durch Sonnenlicht aufgespaltene Moleküle sich nachts zu neuen Molekülen verbinden.
Nachtleuchten auf dem Mars viel heller als gedacht
Neu entdeckt wurde dieser Airglow nicht, auch der Prozess, der es hervorbringt, ist schon seit Jahren bekannt. Doch zwei Dinge haben die Forscher bei der jetzigen genaueren Untersuchung des Airglows überrascht: Das Leuchten ist weitaus stärker, als Modellrechnungen vorher vermuten ließen. Die Helligkeit hängt unmittelbar mit der Zahl verfügbarer Atome zusammen, es werden also durch das Sonnenlicht viel mehr Moleküle in der Mars-Atmosphäre aufgespalten als bislang angenommen.
An den Polen leuchtet es anders als über dem Äquator
Die zweite Überraschung war ein besonderes Airglow über dem Äquator. Über den Polkappen verläuft das Nachtleuchten des Mars sehr regelmäßig und breitet sich gleichmäßig aus (siehe Bild unten). Auf der Winterseite ist es jeweils besonders stark, also über dem Pol, der dann gerade von der Sonne abgewandt ist.
Zur Tagundnachtgleiche, also dem Frühlings- oder Herbstbeginn auf dem Mars, entsteht jedoch ein eigener Airglow genau über dem Äquator des Planeten, an der immer gleichen Stelle (siehe Bild ganz oben). Dieses Phänomen konnten die Wissenschaftler bislang nicht erklären, vermuten jedoch, dass eine besondere Bodenbeschaffenheit hineinwirken könnte.
Jahreszeitliches Nachtleuchten
Für die Forscher ist besonders interessant, dass der Airglow auf dem Mars offenkundig jahreszeitlichen Veränderungen unterliegt. Das Nachtleuchten weiter zu untersuchen, könnte damit einer genaueren Wettervorhersage für den Mars dienen, da die Bewegung des Leuchtens auf Zirkulationsströme der Mesosphäre hinweist.
An den Polen des Mars ist das Nachtleuchten viel regelmäßiger als über dem Äquator
Airglow ist nicht gleich Airglow
Dieses Nachtleuchten ist nicht das Gleiche wie der grüne Airglow, der im Juni 2020 vom ExoMars Trace Gas Orbiter entdeckt wurde, auch wenn beide Prozesse zusammenhängen: Der grüne Airglow entsteht, weil die Sauerstoffatome, die wie oben beschrieben, in der oberen Atmosphäre des Mars entstehen, vom Sonnenlicht weiter aufgeheizt werden und ganz allmählich diese Energie wieder abgeben - als grünliches Leuchten, das auf der Tagseite des Planeten entsteht, aber bis in die Nacht fortdauert.
Im Juni 2020 wurde der grüne Airglow auf dem Mars entdeckt, der dadurch entsteht, dass Sauerstoffatome von der Sonne zum Leuchten angeregt werden
Airglow gibt es auch bei Erde und Venus
Diese Airglow wird ebenfalls als Nachtleuchten oder Nachthimmelsleuchten bezeichnet und ist auch von der Erde und der Venus bekannt. Das Phänomen ist vergleichbar den Polarlichtern, die bei uns entstehen, weil energiereiche Teilchen des Sonnenwinds Atome in unserer Atmosphäre zum Leuchten anregen. Auf dem Mars, der nur noch eine sehr, sehr dünne Atmosphäre hat, war es bis Juni 2020 zwar vermutet, aber unentdeckt.
Das oben beschriebene Nachtleuchten auf dem Mars, das Nacht für Nacht um den Planeten wabert und durch die Abkühlung der Atmosphäre und die Bildung von Stickstoffmonoxid entsteht, wurde dagegen schon 2005 von Europas Mars-Sonde Mars-Express entdeckt.
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