火星上發現電氣！科學家發現紅色星球塵埃雲中發出微小閃電
科學家們首次在火星上發現了微小的閃電——它們被發現在美國宇航局毅力號火星車周圍放電，來自沙塵暴鋒和旋轉的塵暴。
放電的發現解決了火星的一個重大謎團，即紅色星球上過氧化氫等氧化劑的起源，這種氧化劑是在 行進 2003 年。這些氧化劑可以與有機分子發生反應，有可能破壞生物特徵，而閃電引發的其他化學反應可以產生新的有機分子。
圖盧茲天體物理學和行星學研究所的巴蒂斯特·奇德 (Baptiste Chide) 告訴 Space.com：“這令人興奮。” “這為火星研究開闢了一個新領域。”
奇德帶領的團隊 火星探測器 科學家們正在尋找隱藏在最意想不到的儀器數據中的放電證據： 毅力麥克島
奇德的團隊在火星兩年的時間裡，在 29 小時的麥克風錄音中檢測到了 55 起電事件。每個錄音都有獨特的音頻簽名。最初會出現一陣靜電，稱為過衝，持續時間不到 40 微秒。過沖之後是信號的指數衰減，持續時間可能為 8 毫秒，具體取決於麥克風距放電點的距離。過沖和隨後的下降都不是真正的聲學噪聲：它們是放電產生的磁場對麥克風電子器件干擾的結果。其餘錄音均為真實聲音。這表現為信號中出現第二個響亮的峰值，隨後出現較小的峰值，這些峰值是由雷擊產生的適度衝擊波引起的。
這些放電並不是像我們一樣從天而降的強烈閃電 地球因為火星沒有風暴，因為它缺乏大氣中的水。相反，為了讓麥克風聽到放電的聲音，放電必須距離流動站更近。
在地球上，閃電主要是由雲中冰粒之間的摩擦引起的。在火星上，塵埃顆粒之間的摩擦驅動了放電。我們在地球上的火山羽流中看到了類似的東西。
然而，地球和火星上的情況卻截然不同，這在它們各自的“故障閾值”上很明顯。這描述了帶電粒子云能夠放電的時刻。
卡迪夫大學的丹尼爾·米查德告訴 Space.com：“地球上的擊穿閾值比火星上的更高，這與壓力和大氣成分有很大關係。”米查德是一位研究閃電的物理學家，儘管他不是火星車團隊的成員，也沒有參與這項研究。
主要是地球的氮氧 氣氛 主要是三月 二氧化碳氣氛 是電絕緣的，這意味著必須積累大量電荷才能克服絕緣效應和放電。由於地球表面壓力為一個大氣壓，這意味著有大量的絕緣大氣可供閃電穿過，因此擊穿閾值相當高，為每平方米3兆伏。在火星上，表面壓力僅為 0.006 個大氣壓，放電需要克服的絕緣大氣較少，因此擊穿閾值要小得多，約為每平方米 15 kV。
米查德說：“這意味著我們通常認為火星上的閃電比地球上的閃電弱。”他將火星放電比作摩擦氣球或在絕緣地板上行走時可能受到的靜電衝擊。
Perseverance 麥克風檢測到的 55 起放電事件中，有 54 起發生在 29 小時記錄期間記錄的 30% 最強風期間。這與排放物與局部風密切相關，局部風能夠將灰塵提升到空氣中，就像沙塵暴鋒面常見的情況一樣。其中 16 次事件也與塵暴經過距離火星車非常近的時間同時發生——測得的最遠放電距離估計距離支架僅 1.9 米。部分放電是由空氣中的塵埃顆粒引起的，而一小部分實際上是火星車與空氣中的塵埃顆粒碰撞後帶電至數千伏，然後放電到地面。
然而，流動站及其儀器得到了很好的保護，免受電氣事故的影響。然而，奇德和火星車團隊推測，蘇聯火星三號任務可能因放電而損壞，該任務於 1971 年在沙塵暴中登陸火星，僅運行了 20 秒就失效了。
為了確保未來的任務得到充分保護，麥克風讀數可以指導未來火星任務的設計。奇德說：“既然我們有了（放電）能量的定量數據，我們將能夠調整電子板設計中的規格，並可能對宇航員所需的宇航服產生新的限制。”
到目前為止，只有麥克風收到了下載證據。毅力號的相機有可能捕捉到這些閃電嗎？
“下載的形象會很困難，”奇德說。部分原因是它們中的許多發生在塵暴最活躍的白天，而那些本來相當明亮的東西可能會被塵埃遮蔽。閃光也將非常短暫，僅持續幾微秒，而且大多數長度只有毫米——最大的閃光是火星車本身的放電，延伸數十厘米到達紅色星球的表面。捕捉短暫、快速的放電需要高速、高分辨率的相機，而我們目前在火星上還沒有。
“希望更先進的相機最終能夠到達那裡，”米查德說。如果行星科學家希望在未來更詳細地研究閃電，那麼現在這種情況更有可能發生。
即便如此，這也不是一件簡單的事情。 “我們真的不知道將相機指向哪裡，”奇德說。 “我們一定很幸運！”
更直接的興趣是閃電與過氧化氫等氧化劑的關聯。由於此類氧化劑可以與有機化合物發生反應並發生化學變化，因此閃電的存在引起了在紅色星球上尋找生物特徵的天體生物學家的興趣。理論上，氧化劑濃度高的區域應該經歷更多的灰塵和風暴活動，因此會出現更多的放電。例如，古謝夫隕石坑的塵暴活動， 勇氣號火星探測車 2004年登陸的，比持久區所在的傑澤羅隕石坑高二十倍，而極樂平原幾乎沒有塵暴活動。這是否與火星上氧化劑的分佈相匹配？科學家是否可以通過向火星上沒有經歷那麼多塵暴和沙塵暴的地區派遣研究任務來提高發現生物公司的機會？
“這是一個很好的問題，”奇德說。 “下一步將是量化這種新現象產生的氧化劑的數量，需要實驗室實驗和模型。”
氣體巨星的雲層中已經檢測到閃電 木星 和 土星這是首次在地球以外的岩石行星上檢測到放電。這增加了類似現象發生的可能性 金星 通過土星的塵埃或衛星 鈦 通過冰冷的穀物。
與此同時，火星的排放物可以幫助沙塵暴，因為靜電首先降低了風從表面清除塵埃顆粒所需的閾值速度，形成了表面幫助塵埃的正反饋迴路，進一步帶電，這有助於更多的塵埃傳播到空氣中，等等。因此，塵埃帶電可能在火星的全球塵埃循環及其氣候中發揮重要作用。
火星每年都會發生數千次較小的區域性沙塵暴，這意味著有數千公里的帶電沙塵暴鋒面可能會發出微小的閃電。火星帶電的令人震驚的故事可能還沒有結束。
該研究發表於11月26日的期刊上 自然。
