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一辆孤独的火星车在火星沙砾间辛勤工作,如今它解答了一个古老问题:如果在这颗红色星球上有闪电噼啪作响,而无人听见,那它是否仍会产生声音?
美国国家航空航天局(NASA)的“毅力号”火星车获取的记录中,科学家首次识别出在火星剧烈尘暴和旋转尘卷风期间捕获的放电现象。在两年的火星观测期内,这样的现象出现了55次,而非仅有一次。
至关重要的是,出现这些现象的沙尘天气揭示了在火星稀薄、极度干燥的大气中产生电流所需的特定条件。长期以来人们对此有所怀疑,但直到现在才得到直接证实。
一般认为,当大气中的湍流条件使粒子相互碰撞摩擦产生电荷时,就会出现闪电。最终,电荷积累过多就会寻找释放途径,产生放电现象。
闪电在地球上随处可见,造就了地球上一些极为壮观美丽的天气现象。它通常与水汽云团紧密相关,但湿度并非产生闪电的必要条件。例如,火山喷发时巨大的火山灰柱中也会有闪电放电现象。
即便沙尘暴中的干燥硅酸盐粒子是绝缘体而非导体,也能产生足够电荷引发放电。科学家曾提出,类似机制在火星上也可能存在,尽管火星主要由二氧化碳构成的大气比地球的大气稀薄干燥得多。
毕竟,木星和土星上都记录到过闪电,在海王星和天王星上也初步探测到了闪电(金星上是否有闪电仍无定论),这些行星与地球的大气条件都有显著差异。模型显示,如果火星上有放电现象,最有可能出现在大气压力最高的近地表区域。
幸运的是,我们在火星表面有正在工作的火星车,其中“毅力号”配备了能够探测闪电迹象的仪器。由法国图卢兹大学的行星科学家巴普蒂斯特·奇德(Baptiste Chide)领导的科研团队,分析了“毅力号”的超级相机麦克风收集的数据,该设备能够记录声音数据和电磁干扰。
他们仔细研究了28小时的麦克风记录,在火星旋转的沙尘中寻找放电迹象。他们发现了55次相关事件,其中7次完整捕获到了独特的放电特征。首先,仪器会记录到由于电磁干扰产生的突然电子“尖峰”,这是因为放电与麦克风线路相互作用。这个尖峰之后会有一个持续约8毫秒的衰减过程。
“毅力号”完整捕获的7次事件,最终都伴随着微小音爆的声学特征,这是由放电加热并膨胀周围空气所产生的,也就是一声极其微小的雷声。
为确保记录确实来自微型闪电放电,研究人员在地球上使用了“超级相机”的复制品。他们记录放电情况,重现了火星记录的特征。有趣的是,大气中高浓度的尘埃本身并不足以产生电流。
在研究期间,绝大多数事件(55次中的54次)发生在“毅力号”在火星记录到的最强风力的前30%时段,且大多数与沙尘暴前沿相关。同时,在“毅力号”两次遭Ɂ..
根据7次记录到的雷声中的6次,大多数放电能量极小,仅为0.1到150纳焦耳。第7次声学事件能量最大,达到40毫焦耳,这与火星车向地面的放电情况相符,可能与粒子与“毅力号”自身摩擦产生的电荷积累有关。
相比之下,地球上一次平均的云地闪电放电能量约为十亿焦耳。所以火星上的闪电与地球上的闪电有很大不同,但它确实存在,这带来了一些有趣的影响。
一个明显的影响是,它有助于为未来火星探测技术的设计提供参考,以保护设备免受我们现已知晓存在的放电现象影响。行星科学家如今可以像对早期地球那样,更准确地模拟火星大气中由放电介导的化学反应。
从更具推测性的角度来看,目前一些关于地球上生命起源的理论认为,闪电是促使分子集合向生命转化所需成分的传递系统。如果火星上存在闪电,天体生物学家在估算火星存在生命的概率时,也可以将这一因素考虑在内。
奇德及其同事总结道:“这项研究为火星大气研究开辟了一个重要领域……并推动了新大气模型的开发,以解释火星大气中的电学现象及其影响。” 这些研究结果已发表在《自然》杂志上。





