和地球一样，我们的宇宙邻居火星有时也会有极光在夜空中舞动。在2024年3月，NASA的毅力号火星车在一次大规模太阳耀斑和日冕物质抛射期间，首次拍摄到了可见光极光。这一令人兴奋的发现证实，未来的火星宇航员可以看到（并感受到）极光的影响，并开启了一些令人兴奋的新的研究可能性。
科学家们现在相信，他们已经掌握了预测火星夜空中极光绿色辉光的工具。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-行星科学分会（EPSC–DPS）联合会议上展示了第二张火星极光的照片。
“我们再次捕捉到极光这一事实表明，我们预测火星极光并捕捉它们的方法是有效的，”Knutsen说，她也是第一张从地面看到的火星极光图像的科学负责人。
极光如何工作
当太阳耀斑喷发出高能粒子流进入太空时，极光就会出现在夜空中。这些粒子与地球磁场中的大气分子碰撞，导致它们发光。这有点像太阳在打嗝，只是不是声音，而是我们在夜空中看到明亮的灯光在舞动。
极光活动通常在南北极最高，但即使是像佛罗里达州基韦斯特这样的热带地区也有幸看到这一自然奇观。
在地球上，极光有多种颜色，取决于存在哪些类型的原子。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，就会产生绿色极光。红色极光比绿色极光少见。它们与强烈的太阳活动有关，是由太阳粒子与较高海拔（约180至250英里高）的氧气反应引起的。罕见的蓝色和紫色极光发生时，太阳粒子与地球大气中的氮气发生反应。
在这颗红色星球上，极光之所以呈现绿色，是因为带电粒子在高处撞击火星上方的氧原子。它们可能足够明亮，以至于火星上的宇航员可以用肉眼看到它们。而在地球上，通常需要望远镜或甚至手机相机滤镜才能真正看到极光。
由于火星没有像地球那样磁场来引导带电粒子到磁极，所以火星上的极光会像薄雾一样弥漫在整个星球的天空中。科学家们称之为弥漫性极光。
欧洲空间局（ESA）的火星快车号（Mars Express）以前曾从轨道上观测到火星极光以紫外光的形式。NASA的MAVEN任务也探测到了人眼看不见的紫外光极光。
2024年3月拍摄的可见光探测的增加为极光预测提供了更多信息。虽然它们看起来很壮观，但导致极光的相同辐射如果没有预警，可能会对宇航员构成危险。如果人类要在火星崎岖的表面生存，建立一个预警系统来预测强大的太阳风暴何时会袭击火星至关重要。
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预测火星极光的棘手问题
在火星上，预测极光的观测必须提前规划，并在日冕物质抛射（CME）爆发并朝向火星方向飞出后的三天内上传到火星车。这意味着很多猜测哪些太阳风暴会产生极光。
“精确到分钟预测极光是非常具有挑战性的！但在地球和火星上，挑战是不同的，”Knutsen告诉《流行科学》。“在地球上，极光被限制在特定区域，形状相对狭窄，并且变化很大。但我们可以不断查看地球上的新数据并调整我们的预测和随后的观测。在火星上，我们无法调整观测时间。”
有了这三天的提前量，科学家们只能在几分钟内锁定一个观测时间。然而，火星上的极光覆盖整个星球，并持续数小时。
“所以，可以说，有更多的容错空间，”Knutsen说。
在2023年至2024年期间，Knutsen和她的团队进行了八次尝试，使用毅力号的SuperCam和MastCam相机观测极光。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NASA的MAVEN和ESA的火星快车号轨道器测量的条件后，他们意识到那些CME的速度可能不足以在火星上产生太阳风扰动。
“CME的速度越快，它就越有可能加速粒子到达火星产生极光，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间大气层，”Knutsen说。
为了调整，他们将目标对准了更强烈的CME。这时他们才首次探测到两次极光。最后三次CME没有产生极光，尽管它们具备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白费了。
“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测技术都奏效了，”Knutsen说。“当你基于一个相当具体的假设工作，而你的结果最终符合你的预期时，这是令人欣慰的。”
无论是地球还是火星，极光的神秘之光中仍有许多未解之谜。未来，该团队希望继续比较太阳风的时间和太阳高能粒子到达火星的时间，以进一步了解它们的工作原理——并为未来的宇航员做好更好的准备。
