火星上空的极光使这颗红色星球发出绿光

一位艺术家对极光如何出现在毅力号火星车上方天空的印象。  致谢：Alex McDougall-Page，斯特拉斯克莱德大学/AstrollCareers。

（蜘蛛网eeook.com）据《大众科学》（劳拉·贝萨斯）：就像地球一样，我们的宇宙邻居火星有时也会在夜空中舞动极光。2024年3月，美国国家航空航天局的毅力号火星车在一次重大太阳耀斑和日冕物质抛射期间首次拍摄到可见光极光。这一令人兴奋的发现证实，未来在火星上的宇航员可以看到（并感受到）极光的影响，并开辟了一些令人兴奋的新研究可能性。  

科学家们现在相信，他们有工具预测火星夜空中极光的绿光。今天在芬兰赫尔辛基，奥斯陆大学的行星科学家Elise Wright Knutsen在欧洲行星科学大会-行星科学部（EPSC-DPS）联席会议上展示了火星极光的第二张照片。 

“我们再次捕捉到极光的事实表明，我们预测火星极光并捕捉它们的方法是有效的，”克努森说，他也是第一张从地面看到的火星极光图像的科学负责人。

Perseverance的Mastcam-Z的四张图像。左侧图像显示了2024年3月18日和5月18日的极光探测结果。右边是具有可比天空照明（来自火星卫星）的未探测到的图像，显示了有极光的夜晚和没有极光的夜晚之间的颜色对比。三月的事件大约是五月事件的两倍。5月份的天空也更加尘土飞扬，导致可见的恒星更少。由于火星最大的卫星火卫一在天空中，三月的天空通常会更加明亮和温暖。彩色框显示（从上到下）：这些图像的理论极光颜色、平均天空颜色，底部框分别显示了去除或添加极光信号后的天空颜色，适用于左列和右列。这是为了显示理论上没有极光或比较图像中有极光时天空的颜色。如果所有条件都相同，那么两个底部框的对角线颜色应该相同，这在5月份的活动中几乎是完美的。图像下方是火星车SuperCam的光谱，该光谱将绿光识别为557.7nm的原子氧极光发射，由垂直绿线表示。实线是两次探测的真实测量值，而虚线显示了我们的极光模型，表明用测量的尘埃量从表面估计极光亮度的计算与观测到的极光强度非常吻合。致谢：Elise Wright Knutsen等人。

当太阳风中的高能粒子被日冕物质抛射到太阳上时，极光出现在夜空中。这些粒子与地球磁场高层大气中的分子碰撞，导致它们发光。这有点像太阳在向我们打嗝，只是我们看到明亮的灯光在夜空中舞动，而不是发出噪音。 

极光活动通常在北极和南极最高，但即使是佛罗里达州基韦斯特等地也有幸看到了这一自然奇观。 

在地球上，它们有各种颜色，具体取决于存在的原子类型。根据加拿大航天局的说法，当带电粒子与地球大气中高浓度的氧分子碰撞时，就会出现绿色极光。红色极光不如绿色极光常见。它们更多地与强烈的太阳活动有关，是由太阳粒子在较高海拔（约180至250英里高）与氧气反应引起的。当太阳粒子与地球大气中的氮相互作用时，会出现罕见的蓝色和紫色。

在这颗红色星球上，极光发出绿光，因为带电粒子与火星上方的氧原子碰撞。它们可能足够明亮，火星上的宇航员可以用肉眼发现它们。在地球上，拥有望远镜甚至手机相机滤镜通常有助于真正看到极光。

由于火星没有像地球那样的磁场将带电粒子引导到磁极，因此这里的极光在整个星球上都可以看到，就像天空中的一道光芒，像薄雾一样散开。科学家称之为漫射极光。 

欧洲航天局（ESA）的火星快车此前曾在紫外线下从轨道上观测到火星上的极光。美国国家航空航天局的MAVEN任务还探测到了在人眼看不见的紫外线中发光的极光。 

增加像2024年3月那样的可见光探测为极光预测提供了更多信息。虽然它们看起来令人震惊，但导致极光的相同辐射可能会在没有警告的情况下对宇航员构成危险。如果人类要在火星的岩石表面生存，那么拥有一个强大的太阳风暴何时袭击火星的预警系统非常重要。 

在火星上，必须计划预测极光的观测，并在日冕物质抛射从太阳向火星方向爆发三天后上传到火星车上。这意味着需要对哪些太阳风暴会产生极光进行大量猜测。

克努森在接受《大众科学》采访时表示：“预测极光精确到一分钟是非常具有挑战性的！但地球和火星上有不同的挑战。”。“在地球上，极光仅限于特定区域，形状相对狭窄，变化很大。但我们可以不断检查地球上的新数据，调整我们的预测和后续观测。在火星上，我们无法调整观测时间。”

有了三天的准备时间，科学家们只需要锁定几分钟的时间。然而，火星上的极光覆盖了整个星球，并持续了几个小时。 

克努森说：“所以可以说，有更大的误差空间。”

2023年至2024年间，Knutsen和她的团队用Perseverance的SuperCam和MastCam相机进行了八次观察极光的尝试。他们发现这是一个真正的试错过程。 

在前三次尝试中，他们什么也没看到。然而，在分析美国国家航空航天局的MAVEN和欧洲航天局的火星快车轨道器测量的条件时，他们意识到这些日冕物质抛射的速度可能不足以在火星上产生太阳风扰动。

克努森说：“日冕物质抛射的速度越快，越有可能加速粒子向火星移动，从而产生极光，火星周围的太阳风扰动越强，这些粒子就越有可能进入火星的夜侧大气层。”。 

为了进行调整，他们瞄准了更激烈的CME。就在那时，他们发现了前两次极光探测。最后三次CME没有产生极光，尽管它们有团队正在寻找的所有迹象。然而，仅仅因为没有极光并不意味着一切都消失了。 

克努森说：“在三次失败的尝试之后，最令人惊讶的是我们最终成功了！这意味着我们的预测策略和观察技术都奏效了。”。“当你从一个相当具体的假设出发，你的结果终于符合你的期望时，这是令人难以置信的满足。”

无论是在家里还是在火星上，极光的光芒中仍然有很多谜团。未来，该团队希望继续比较太阳风和太阳高能粒子到达火星的时间，以进一步了解它们是如何工作的，并更好地为未来的宇航员做好准备。