Hvilken farve har himlen på Mars?

Vi har mange billeder fra Mars, men ikke alle er egnede til at besvare dette spørgsmål, da nogle af dem er hvidbalancerede for at give bedre kontrast for det menneskelige syn. Heldigvis findes der i litteraturen nogle interessante undersøgelser, der omhandler kromaticiteten af himlen på Mars og giver gode fysiske grunde til dens aspekt.

Med panoramakameraet (Pancam-instrumentet) om bord på Mars Exploration Rovers Spirit og Opportunity har Bell III og samarbejdspartnere bestemt himlens farve ud fra radiometrisk kalibrerede billeder. Det betyder, at billedværdierne er blevet omdannet til fysiske størrelser (dvs. flux eller radians) ved at tage hensyn til kameraets og filtrenes spektrale respons, den indkommende solflux på Mars’ overflade og andre faktorer. Spirit og Opportunity rapporterede om “blålig-sort” eller “sort” himmel i støvfri atmosfærer. Det meste af tiden er Mars’ atmosfære dog fyldt med masser af støv, så dette er ikke det almindelige aspekt af himlen.
Farven på himlen afhænger af, hvordan solstrålingen spredes ud af den direkte lysstråle, der belyser jorden, og også hvordan de spredte og direkte stråler absorberes af molekyler og partikler i atmosfæren. Hvis der f.eks. ikke var nogen atmosfære, som det er tilfældet på Månen, ville man finde en mørk himmel og en gul sol. På Jorden skyldes den blå himmelfarve den såkaldte Rayleigh-spredning, hvor molekyler med en radius, der er mindre end strålingens bølgelængde (ca. 1/10), er mere effektive til at sprede lys ved kortere bølgelængder, idet spredningstværsnittet er omvendt proportionalt med fire potenser af bølgelængden.

Mars Science Laboratory Project Scientist Ashwin Vasavada om at finde tegn på et beboeligt miljø, den radioisotopiske termoelektriske generator og Mars 2020

Selv om Mars’ atmosfære er meget tyndere, og molekylær spredning er derfor mindre effektiv. I princippet kunne Mars’ støv have spillet den samme rolle som vores jordiske luftmolekyler, idet det spredte kortere bølgelængder mere effektivt og dermed i sidste ende gav blå himmel og røde solnedgange som på Jorden. Det kunne have været tilfældet, hvis sådanne partikler havde optrådt som perfekte spredere, uden absorption. Mars-støv er imidlertid rig på blåabsorberende jernoxider, der giver den stik modsatte effekt ved simpelthen at fjerne de korteste bølgelængder fra strålingsstrålen.
Roverne rapporterede “mørkegullig brun” himmel (dvs. “butterscotch”) for de almindelige situationer, hvor der stadig er masser af støv i Mars’ atmosfære, men da støvet kan bidrage til, at himlen opfattes mere blå (ved hjælp af spredning) eller mere rød (ved hjælp af absorption), er der behov for en mere omhyggelig forklaring her. Kurt Ehlers og hans medarbejdere har lavet en oplysende undersøgelse, som alle, der er fortrolige med atmosfærisk optik, vil sætte pris på. De overvejede den komplekse virkning af mikroskopisk stort, blåabsorberende, fremadspredt støv og påviste, at den røde farve er en smule mere effektiv, hvilket fører til “butterscotch”-himmel i “støvede situationer”. Desuden spredes de længere bølgelængder (rød) og de kortere bølgelængder (blå) i meget forskellige mønstre, hvilket giver nogle andre interessante effekter, f.eks. det blå skær, der følger Solen på dens vej over Mars’ himmel.
I henhold til denne undersøgelse synes der at være en butterscotch-himmel og Solen i et blåligt skær, der især er mærkbar under solnedgangene på Mars. Men tingene er mere komplekse med den menneskelige opfattelse.
Da Mars befinder sig ca. 1,5 astronomiske enheder fra Solen, er mængden af lys på overfladen ca. halvt så stor som på vores planet. Under svage belysningsforhold skifter vores øjne følsomhed i retning af blå, fordi vi går fra at bruge farvefølsomme “kegle”-celler til farveblinde “stav”-celler. Dette er kendt som Purkinje-effekten. Derfor ville den første astronaut, der landede på Mars, sandsynligvis beskrive himlen endnu mere blå, end man kunne forvente.

MSc i astrofysik, ph.d. i planetforskning, University of the Basque Country