当我们第一次听见火星打雷

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主译：酥油饼

校对：孙宇峰

审核：牧夫天文校对组

美编：张少岩

后台：王启儒

https://sorae.info/astronomy/20260111-mars-electric-discharges.html

雷电是一种极端的气象现象，至今已在地球、木星和土星上被观测到。与此同时，火星上是否也会打雷成了科学界一直讨论的话题。然而，人们始终没有获得能够确证火星雷电存在的直接观测证据。

美国国家航空航天局（NASA）的火星探测车 “毅力号”（Perseverance）搭载了一台用于录音的麦克风，在火星上的两年时间里，共记录了超过30小时的环境声音。法国图卢兹大学的 Baptiste Chide等人组成的研究团队，对其中约28小时的音频数据进行了分析，最终识别出55次雷声。这是人类首次探测到火星雷电的直接证据。

火星上发生的雷电的规模相当于人们在冬天触摸金属时感受到的静电放电，可能并没有想象的那么强烈。但即便规模很小，确认火星上确实存在雷电现象本身就具有极其重要的意义。

【▲ 图1：本次研究成果的示意图。雷电在火星的旋风中产生，探测车记录下了那时产生的声音。（图片来源：Nicolas Sarter）】

火星上真的会打雷吗？

在地球上，雷电是一种剧烈的自然现象。尽管其形成机制十分复杂，但简单来说，雷电的本质是大气中物质相互摩擦，导致静电不断积累，最终突破空气电阻而发生放电。

在地球之外，木星和土星也已确认存在雷电。这三颗行星有两个共同点：

· 拥有较为浓厚的大气

· 雷电发生在含水的云层之中（※1）

研究人员认为，在剧烈的对流中，冰粒不断碰撞摩擦，累积静电并最终形成闪电。

※1…在木星上，除了含水云层发生的雷，研究人员还观测到一种发生在水与氨混合云层中的特殊的雷。

此外，火星长期被认为可能会打雷，但始终缺乏实证。

火星的大气极为稀薄，气压仅约0.0075 个大气压，但其大气中常年悬浮着大量尘埃，沙尘暴频繁发生。正如冰粒摩擦能产生静电一样，岩石尘埃之间的摩擦同样可以积累静电。在地球的沙漠中，我们知道这种现象是自然发生的，但在沙漠里静电通常难以积累到足以放电的程度。而火星不同，由于火星的大气稀薄，产生放电所需的静电量更低。

因此，尽管规模远小于地球雷电，火星上仍然可能发生可归类为雷电的放电现象，这一点早已被理论预测。

探测器的麦克风，真的记录下了火星雷声

【▲ 图2：记录到雷声的麦克风，安装在“毅力号”的“超级相机（SuperCam）”上。（图片来源：NASA / JPL-Caltech）】

NASA的火星探测器“毅力号”是首个搭载录音麦克风的火星探测车。法国图卢兹大学的 Baptiste Chide等人组成的研究团队对这台麦克风记录的约28小时火星环境音进行分析，试图寻找雷电放电引起的电磁干扰和雷电本身产生的真实声音。

结果显示，他们共识别出55次与雷电放电相关的音频信号。其中有7次记录完整覆盖了放电全过程。基于这些数据，研究团队正式宣布“人类首次捕捉到了火星上的雷电现象”。由此，火星成为太阳系中第四个被确认存在雷电的天体。

【▲ 视频：在火星任务第1296个火星日（Sol）录制的、在火星沙尘暴中发生的雷声。雷电相关的声音出现在约9～10秒处。（来源：JPL）】

火星雷电的真实声音，可以在上述公开视频中听到。火星雷电相关的声音在视频约9～10秒处可以听到，但你可能会发现，它与我们想象中的“轰隆雷鸣”并不相同。本次的论文发布在《Nature》期刊上，其官方播客形容这种声音，更像是耳机插头被突然拔出时的杂音。

【▲ 图3：本次分析的音频波形图。通过直观的红色图表可以清楚看出，左侧第一个峰值并非真实雷声，而是由放电产生的电磁干扰信号。而右侧的峰值及其后续波形，则被认为是真实雷声的准确捕捉结果。（图片来源： Baptiste Chide 等人研究）】

雷声实际上可分为三段信号：前两段并非真实声音，而是放电对麦克风电路造成的电磁干扰，最后一段才是由放电引发的压力波，也就是实际的雷声。

如果类比地球上的雷电：前两段相当于“闪电出现的瞬间”，最后一段则对应稍后传来的“雷鸣声”。根据三段信号之间的时间差推算，这次雷电发生在距离麦克风约1.9米的位置。

正如前文所述，火星只需要很少的静电就能发生放电。事实上，由本次研究记录推测的火星雷电放电量，与人触碰金属门把手时释放的静电几乎相当。

微弱，却意义重大的发现

与日常接触的静电差不多的放电量，这样的放电似乎难以称为“雷”。但从科学角度而言，这一发现的意义非同小可。

雷电属于高能现象，能够打破稳定分子结构，生成高度活跃的不稳定分子。在火星表面，已发现如过氧化氢、过氯酸盐等能够分解有机物的高度反应性物质，但火星雷电可能正是这些物质形成的重要机制之一。

尤其引人关注的，是它与火星大气中的甲烷之间的潜在联系。尽管火星大气中的甲烷含量极低，但也能被探测确认。这些甲烷究竟来自生命活动，还是纯粹的非生物过程，至今仍无定论。

但是，令人困惑的是，火星上的甲烷消失得异常迅速。甲烷本身是一种稳定分子，为什么会快速消失呢？这一直以来都是个巨大的谜团。而雷电产生的高反应性分子，正好具备分解甲烷的能力。因此，火星雷电的发现，可能成为解开这一谜题的关键线索。

【▲ 图4：由火星勘测轨道器（MRO）拍摄的火星旋风。研究认为，火星雷电更容易发生在这种局部强烈的风暴中。（来源：NASA，JPL-Caltech & 亚利桑那大学）】

此外，本次的研究还揭示了火星雷电的发生条件。在55次雷电记录中，有 54次发生在风速极强的时段（处于测得风速的前30%）。结合风声和沙粒撞击麦克风的声音，研究团队推测，火星雷电更可能发生在尘魔（dust devil,旋风沙柱）等局地强风暴中，而非覆盖范围巨大的沙尘暴。

火星的风暴大致可分为两类：范围广但风速较低的大型沙尘暴和范围小但风速极高的局地风暴。此次雷电观测结果，更倾向于与后者相关。精确掌握火星雷电的发生条件，对我们理解由于雷而产生的各种各样现象的发生频率而言也是重要的线索。

此外，沙尘暴与雷之间可能还存在另一种关联性。当沙粒带上静电时，由于电荷间的吸引或排斥作用，它们会比平时更容易悬浮起来。由于雷是由静电积累引发的现象，若能准确掌握雷的发生频率，将有助于提高对火星沙尘暴发生规模和频率的预测精度。

火星雷的强度足以损坏精密电子设备，因此准确掌握放电现象的发生条件对风险管理至关重要。这项研究或许将对未来的无人及载人火星任务产生深远影响。

此外，由地面沙粒摩擦引发的雷电现象，也有助于研究金星或土卫六等表面干燥环境的天体中雷电的形成机制。

责任编辑：甘林

牧夫新媒体编辑部

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白矮星（艺术构想）

这幅艺术构想描绘了一颗较小的白矮星从右侧一颗更大的恒星中吸积物质，并形成旋转的吸积盘。科学家利用NASA的成像X射线偏振探测器（IXPE）对白矮星进行了研究，测量其X射线偏振特性。

在2025年11月19日发布的这幅艺术构想中，左侧一颗较小的白矮星从一颗更大的恒星中牵引物质，形成旋转的吸积盘，用以展示NASA首次利用成像X射线偏振探测器（IXPE）研究白矮星的成果。

IXPE对位于长蛇座、距离地球约200光年的白矮星系统EX Hydrae进行了近一周的持续观测。借助IXPE独特的X射线偏振探测能力，天文学家得以深入研究该恒星系统，并揭示高能双星系统的几何结构。

图片来源: MIT/Jose-LuisOlivares

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