El orbitador TGO (Trace Gas Orbiter) de la misión Exomars de la Agencia Espacial Europea (ESA) ha detectado oxígeno verde brillante en la atmósfera de Marte, la primera vez que se ha visto esta emisión en un planeta que no es la Tierra. En el descubrimiento han participado científicos del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) en el Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA).

En la Tierra, se produce oxígeno brillante durante las auroras polares cuando los electrones energéticos del espacio interplanetario golpean la atmósfera superior. Esta emisión de luz impulsada por oxígeno le da a las auroras polares su hermoso y característico tono verde.

La aurora, sin embargo, es solo una de las formas en que se iluminan las atmósferas planetarias. Las atmósferas de los planetas, incluida la Tierra y Marte, brillan constantemente durante el día y la noche a medida que la luz solar interactúa con átomos y moléculas dentro de la atmósfera.

El resplandor diurno y nocturno son causados por mecanismos ligeramente diferentes: el resplandor nocturno ocurre cuando las moléculas rotas se recombinan, mientras que el resplandor diurno surge cuando la luz del Sol excita directamente átomos y moléculas como el nitrógeno y el oxígeno.

En la Tierra, el resplandor nocturno verde es bastante tenue, por lo que se ve mejor desde una perspectiva "de borde", como se muestra en muchas imágenes espectaculares tomadas por astronautas a bordo de la Estación Espacial Internacional (EEI). Este hecho puede ser un problema al buscarlo alrededor de otros planetas, ya que sus superficies brillantes pueden ahogarlo.

Este resplandor verde ahora ha sido detectado por primera vez en Marte por el ExoMars Trace Gas Orbiter (TGO), que ha estado orbitando Marte desde octubre de 2016.

"Una de las emisiones más brillantes observadas en la Tierra proviene del resplandor nocturno. Más específicamente, de los átomos de oxígeno que emiten una longitud de onda de luz particular que nunca se ha visto alrededor de otro planeta", dice en un comunicado Jean-Claude Gérard, de la Universidad de Lieja, Bélgica, y autor principal del nuevo estudio publicado en 'Nature Astronomy'. "Sin embargo, se había teorizado que esta emisión existía en Marte desde hacía unos 40 años, y, gracias a TGO, la hemos encontrado".

Jean-Claude y sus colegas pudieron detectar esta emisión utilizando un modo de observación especial del TGO. Uno de los conjuntos de instrumentos avanzados del orbitador, conocido como NOMAD y que incluye el espectrómetro ultravioleta y visible (UVIS), puede observar en varias configuraciones, una de las cuales coloca sus instrumentos para apuntar directamente hacia la superficie marciana.

"Las observaciones anteriores no habían capturado ningún tipo de resplandor verde en Marte, por lo que decidimos reorientar el canal nadir UVIS para apuntar al 'borde' de Marte, similar a la perspectiva que se ve en las imágenes de la Tierra tomadas de la EEI", agrega la coautora Ann Carine Vandaele del Institut Royal d'Aéronomie Spatiale de Belgique, Bélgica, y la investigadora principal de NOMAD.

Entre el 24 de abril y el 1 de diciembre de 2019, Jean-Claude, Ann Carine y sus colegas utilizaron NOMAD-UVIS para escanear altitudes que van de 20 a 400 kilómetros de la superficie marciana dos veces por órbita. Cuando analizaron estos conjuntos de datos, encontraron la emisión de oxígeno verde en todos ellos.

"La emisión fue más fuerte a una altitud de alrededor de 80 kilómetros y varió dependiendo de la distancia cambiante entre Marte y el Sol", agrega Vandaele.

Estudiar el resplandor de las atmósferas planetarias puede proporcionar una gran cantidad de información sobre la composición y la dinámica de una atmósfera, y revelar cómo la energía es depositada tanto por la luz del Sol como por el viento solar, la corriente de partículas cargadas que emanan de nuestra estrella.

Para comprender mejor este resplandor verde en Marte y compararlo con lo que vemos alrededor de nuestro propio planeta, Jean-Claude y sus colegas profundizaron en cómo se formó.

"Modelamos esta emisión y descubrimos que se produce principalmente como dióxido de carbono, o CO2, se divide en sus partes constituyentes: monóxido de carbono y oxígeno --dice Jean-Claude--. Vimos los átomos de oxígeno resultantes brillando tanto en luz visible como ultravioleta".

La comparación simultánea de estos dos tipos de emisión mostró que la emisión visible era 16,5 veces más intensa que la ultravioleta.

"Las observaciones en Marte concuerdan con los modelos teóricos anteriores, pero no con el brillo real que hemos visto alrededor de la Tierra, donde la emisión visible es mucho más débil", agrega Jean-Claude. "Esto sugiere que tenemos más que aprender sobre cómo se comportan los átomos de oxígeno, lo cual es muy importante para nuestra comprensión de la física atómica y cuántica".

Esta comprensión es clave para caracterizar atmósferas planetarias y fenómenos relacionados, como las auroras. Al descifrar la estructura y el comportamiento de esta capa verde brillante de la atmósfera de Marte, los científicos pueden obtener información sobre un rango de altitud que ha permanecido en gran parte inexplorado, y controlar cómo cambia a medida que varía la actividad del Sol y Marte viaja a lo largo de su órbita alrededor de nuestra estrella.

"Esta es la primera vez que se observa esta importante emisión en otro planeta más allá de la Tierra, y marca la primera publicación científica basada en observaciones del canal UVIS del instrumento NOMAD en el ExoMars Trace Gas Orbiter", destaca Hkan Svedhem, científico de la misión TGO de la ESA.