欧空局的ExoMars痕量气体轨道器在火星大气中发现了一种绿色夜光，为未来的火星任务提供了有关大气过程和潜在照明的重要数据。这一现象有别于极光，标志着我们在了解火星方面取得了重大进展。

这张图片展示的是一名宇航员在火星极地冬季夜晚看到的夜光效果图。当大气层高处的氧原子结合形成氧分子时，就会发出绿色的光。这一模拟景象是利用美国宇航局"机遇号"漫游车的全景相机拍摄的真实但变暗的火星表面图像，以及与氧气发射的真实颜色相对应的合成夜光制作而成的。图片来源：NASA/JPL-加州理工学院/康奈尔大学/pCLuhmNVkQ亚利桑那州立大学-E.

当未来的宇航员探索火星极地时，他们将看到绿色的光芒照亮夜空。欧空局的ExoMars痕量气体轨道器（TGO）任务首次在火星大气中探测到了可见的夜光。在晴朗的天空下，夜光的亮度足以让人类看到，也足以让漫游车在漆黑的夜晚导航。地球上也能观测到夜光。在火星上，夜光是意料之中的事，但直到现在也从未在可见光下观测到。

大气夜光发生在两个氧原子结合形成一个氧分子时，距离行星表面约 50 千米（约 30 英里）。这些氧原子经历了一段旅程：它们是在火星的白天形成的，当时太阳光为二氧化碳分子提供能量，使它们分裂开来。当氧原子迁移到夜间，不再被太阳激发时，它们会重新聚集，并在较低的高度发光。

这段动画描述了据信可以解释火星夜光的产生过程。当暴露在 70 千米高度以上的太阳紫外线辐射下时，二氧化碳分子（火星大气的主要成分）会分裂成一氧化碳和氧原子。这些氧原子（描绘成红色球体）由一个巨大的哈德利气室输送，该气室的特点是在白http://www.196nk.cn天的夏极上空有一个上升支脉，在位于夜半球的冬极上空有一个下降支脉。氧原子在哈德利小室的下降支中重新结合成分子氧，高度为 30-50 千米，并发出红外辐射。图片来源：欧空局

比利时列日大学大气与行星物理实验室研究员劳里安-索雷特（Lauriane Soret）解释说："这种辐射是由于在夏季大气中产生的氧原子重新组合，并被风带到火星大气中40至60千米高度的冬季高纬度地区。"夜光的亮度足以照亮未来的道路，人们可以看到夜光就像地球上的月光一样明亮。这项新研究的主要作者、列日大学行星科学家让-克洛德-热拉尔说："这些观测结果出乎意料，对未来的红色星球之旅很有意义。"

太阳光与大气中的原子和分子相互作用时，地球大气中就会出现气辉。在这张 2011 年由国际空间站（ISS）上的宇航员拍摄的图片中，地球曲线上可见一条绿色的氧气辉光带。在地球表面，非洲北部的部分地区清晰可见，尼罗河及其三角洲沿岸的晚霞闪闪发光。图片来源：美国国家航空航天局

追随绿色发光之路

十年前，火星快车用红外线波长观测到夜光，这一发现引起了国际科学小组的兴趣。痕量气体轨道器紧随其后，于 2020 年在火星白天的高空探测到了发光的绿色氧原子--这是第一次在地球以外的行星周围看到这种日辉发射。

这些原子也会移动到夜间，然后在较低的高度重新结合，从而产生今天发表的新研究中探测到的可见夜光。

欧空局ExoMars痕量气体轨道器探测到火星大气中氧气发出的绿光的艺术效果图。在火星白天发现的这种辐射类似于从太空中看到的地球大气层周围的夜光。图片来源：欧空局

TGO 在红色星球 400 千米的高度上运行，利用其 NOMAD 仪器的紫外线-可见光通道监测火星的夜间。该仪器覆盖了从近紫外线到红光的光谱范围，仪器朝向红色星球的边缘，以便更好地观测高层大气。

NOMAD 实验由比利时皇家空间高层大气研究所（Royal Belgian Institute for SpacpCLuhmNVkQe Aeronomy）领导，与来自西班牙（IAA-CSIC）、意大利（INAF-IAPS）和英国（开放大学）等国家的团队合作。

科学价值

夜光是大气过程的示踪剂。它可以提供有关难以测量的大气区域的组成和动http://www.196nk.cn态以及氧气密度的大量信息。它还能揭示太阳光和太阳风--从我们的恒星发出的带电粒子流--是如何沉积能量的。

来自太空的快照，银河系和地球在国际空间站外相映成趣。在这个场景中，银河系延伸到地球边缘曲线的下方，还记录了微弱的绿色气流。银河系中央隆起的星域被星际尘埃遮蔽的黑暗裂缝所切割。这张照片由美国宇航局宇航员斯科特-凯利（Scott Kelly）于2http://www.196nk.cn015年在为期一年的太空任务中拍摄。图片来源：NASA/斯科特-凯利

了解火星大气的特性不仅具有科学意义，也是前往红色星球表面执行任务的关键。例如，大气密度会直接影响轨道卫星和用于将探测器送到火星表面的降落伞所受到的阻力。

夜光与极光有区别

地球上也能观测到夜光，但不能将其与极光混为一谈。极光只是行星大气发光的一种方式。

在火星和地球上，当来自太阳的高能电子撞击高层大气时，就会产生极光。它们在空间和时间上各不相同，而夜光则更加均匀。夜光和极光都可以呈现出多种颜色，这取决于在不同海拔高度哪些大气气体含量最高。

我们星球上的绿色夜光非常微弱，因此最好从"边缘"的角度观察--宇航员在国际空间站上拍摄的许多壮观的图像就是这样描绘的。

欧洲航天局宇航员蒂姆-皮克（Tim Peake）在国际空间站执行为期六个月的"原理"任务期间拍摄的延时摄影视频。这位英国宇航员对这段延时摄影发表了评论："国际空间站拍摄的'极光升起'景象--发现最后的两颗卫星了吗？延时摄影视频是由一秒钟间隔拍摄的图像以 25 倍的速度回放而成。图片来源：欧空局/美国国家航空航天局