火星尘卷风或带电，研究称其可能损害探测器

IT之家 7 月 3 日消息，一项最新研究显示，火星上的尘卷风可能会产生电流，这引发了科学家们对火星探测器安全的担忧，因为电荷积累可能会对在火星表面行驶的探测器造成损害。

“带电的尘埃会附着在导电表面上，例如车轮、太阳能板和天线。这可能会减少太阳能的获取，损害通信系统，并使探测器和机器人的移动变得复杂。”以色列雷赫曼大学研究行星闪电的教授约阿夫・耶尔（Yoav Yair）在接受 Space.com 采访时表示，他并未参与这项新研究。

据IT之家了解，该研究由印度物理研究所行星科学部门负责人瓦伦・谢尔（Varun Sheel）领导，利用计算机模型展示了火星尘卷风内部电荷的分布情况。但在探讨火星尘卷风内部电荷积累的机制之前，了解火星尘卷风的形成过程至关重要。

当太阳加热火星表面时，靠近表面的空气也会被加热。热空气比冷空气轻，因此会上升。于是，热空气团在冷空气中快速上升，形成向上的气流。这种突然的上升导致空气水平向新形成的涡旋中心快速汇聚。如果条件合适，涡旋最终形成并开始旋转。随着空气继续上升，涡旋在垂直方向被拉伸，类似于一根面条，使得涡旋旋转得更快。当涡旋加速时，风开始旋转并扬起尘土，从而形成了尘卷风。

简而言之，尘卷风就像是兴奋度极高的小股尘风。

火星表面干燥且尘土飞扬，尘卷风在火星上十分常见。与地球相比，火星的重力较小，大气层也更稀薄，这使得火星上的风能够将尘土扬得比地球上的风更高。因此，火星尘卷风的体积可以达到地球尘卷风的三倍之大。美国宇航局（NASA）的“海盗号”探测器是首次报告火星上存在尘卷风的航天器。此后，火星探测器“好奇号”和“毅力号”也拍摄到了尘卷风在荒凉的火星地表上飞驰而过的画面。一般来说，这些旋风可能会对火星着陆器和探测器构成威胁，然而，有些探测器却从尘卷风中受益。2005 年，一个“善良”的尘卷风吹掉了“勇气号”探测器太阳能板上的尘土，提高了其发电能力。

而这项新研究表明，火星上的这些尘卷风内部可能有闪电。

地球上最常见的闪电形式是在雷雨中看到的那种，当水和冰在雷暴云中剧烈翻滚时，由于摩擦作用，它们会产生电荷。一旦发生这种情况，云层周围的大气不会让这些电荷轻易通过。这意味着电荷无处可去，不断积累。最终，电荷无法再承受，就会突然释放。电荷以一种导电通道的形式击穿大气，这就是我们看到的闪电。

有趣的是，新研究团队解释说，地球和火星尘卷风内部也会发生类似的翻滚。不过，在尘卷风中，被翻滚的是尘埃颗粒，而不是云中的冰和水滴。同样，摩擦会积累电荷，当电荷无法再承受时，就会以闪电的形式释放出来。

需要明确的是，强电场的形成先于闪电，而到目前为止，尚未在火星尘卷风中直接观测到电场的存在。相反，该研究利用计算机模型估算火星尘卷风内部可能的电场强度和分布情况。事实上，这是首次考虑尘粒大小分布的研究。

谢尔和他的团队发现，当火星大气中充满尘埃时，大气的导电性会降低，阻碍电荷的流动。他解释说，这可能导致充满尘埃的涡旋中大量电荷积聚，从而引发闪电。

“有一天我们能够在这些尘卷风中发现闪电的可能性，是这项研究结果中最令人兴奋的部分。”谢尔在表示。

在分布方面，研究发现较大的、带正电的颗粒会沉降到尘卷风的底部，而较轻的、带负电的颗粒则会上升。研究团队还发现，较大的尘埃颗粒会增加闪电的可能性。

该研究于今年 3 月发表在《等离子体物理学》杂志上。