NASA首次捕捉火星尘暴中的神秘电放电现象

有时候，在干燥的夏天，你触摸汽车门把手时会感到静电。

这些静电的来源是火花放电，发生在你的身体和汽车车身之间。这些火花是由于静电荷的积累而产生的——通常是由于两种不同材料的摩擦。这个过程被称为摩擦电效应，最早在 古希腊 被发现，当时观察到某些材料在摩擦时会被琥珀吸引。

摩擦电现象通常在课堂实验中演示：用猫毛摩擦塑料棒，或者用气球摩擦头发。

现在我们知道，如果你在火星上返回一辆停放的汽车，你可能会感受到类似的静电。一项新的研究首次直接证明了火星上的电放电现象。

相同的摩擦电过程在地球的火山喷发中也在发生，灰烬颗粒的碰撞会积累电荷。在火山烟柱中，电荷的积累可以引发非常大的闪电放电——比小型火花放电更大的‘表亲’。然而，在雷暴中，闪电放电更为常见，因为软冰雹（霰）和冰晶之间的相互作用会导致电荷分离。

在地球上，沙尘暴和尘旋——一种由上升的暖空气柱形成的相对短暂的旋风——通过尘埃颗粒之间的碰撞，已知会显著带电。通常，由于表面压力约为1巴，无法达到足够的电气化来引发火花或闪电放电。相反，在火星上，较低的压力（约为地球的1-10%）意味着在较低的电气化水平下，火花放电是可能的。

几十年来，人们一直认为火星上的尘旋可能产生火花放电。许多实验室实验在类似火星环境的低压二氧化碳气氛中摇动沙子，记录到了高度带电的尘埃和放电现象。

然而，直到现在，还没有直接观察到火星的放电现象。有几个线索表明火星大气中可能存在电荷，比如NASA探测器轮子上的尘埃。

新的——并且确实是意外的——观察结果 发表在《自然》杂志上 显示火星大气中存在电放电。

这些结果源于连接于“毅力号”探测器的麦克风与机载电子设备之间的一小段电线。这根电线以及与之连接的 麦克风系统 证明是一个意外有效的雷电探测器。SuperCam 麦克风原本是用来观察火星的声学环境，但也检测到了小的电信号瞬变。

在调查这些瞬态事件的来源时，发现其中一些事件后面伴随着声音。作者清楚地表明，这些瞬态是由火花放电引起的，线圈接收到的电磁信号后，紧接着是麦克风的声学信号。这些观察结果类似于看到闪光后再听到随之而来的雷声。

通过研究声学信号和电信号之间的时间差，作者发现火花放电发生在火星探测器附近——仅几米远。此外，发现这些现象在沙尘暴期间或尘旋经过探测器时更为常见。

一般来说，明确的新现象证据需要两个独立的信息来源进行证实。举例来说，土星的闪电得到了来自航天器和地球的独立观察的支持。然而，当放电较弱时，远距离探测就变得非常困难，甚至可能不可能。对于火星上的这些弱事件，需要在大气中进行探测。尽管使用了相同的信号系统来探测它们，但电信号和声信号的传递方式却截然不同。

一个类似的情况是从雷暴附近发出的无线电广播。闪电击中的影响可能会导致模拟（而非互联网）收音机接收到干扰的噼啪声，紧接着你在广播中听到雷声。不过，同一台收音机提供了这两个信号，但它们看起来却是独立接收到的。

发现火星上有电放电现象，意味着很多事情。大气电可以引发化学反应，例如形成复杂分子，这可能与生命的起源有关。这对未来的太空任务也有实际应用。

在阿波罗任务登陆月球表面期间，尘埃是一个重要问题，因为它很容易渗透任何机械系统。尘埃防护是规划人类前往火星旅行的重要环节。当尘埃产生火花时，这些问题会更加严重，因为这可能导致电子电路出现故障。

幸运的是，当下次在沙漠公路旅行时遇到尘卷时，你不用太担心；你可以直接开车过去，虽然这可能会让你想起在火星上尘土中看到的一些火花。

更多信息： Baptiste Chide 等，火星尘埃事件期间的摩擦电放电的检测，自然（2025）。 DOI: 10.1038/s41586-025-09736-y