毅力号在火星尘暴中侦测到电火花现象

这段短视频由NASA“毅力号”火星车导航相机于2025年9月6日拍摄的画面制作而成，可见杰泽罗陨石坑边缘附近有三个火星尘暴。此前，“毅力号”的SuperCam麦克风曾捕捉到尘暴经过时的音频。

图源：NASA/JPL-Caltech/SSI

“毅力号”确认了一个长期被猜测的现象：火星小型旋风内部能够产生放电现象及其伴随的冲击波。

NASA“毅力号”火星车首次录制到火星尘暴中的放电（电火花）和微型音爆声。这一长期存在于理论中的现象，如今通过火星车SuperCam麦克风捕捉的音频与电磁记录得以证实。11月26日发表于《自然》杂志的这项发现，对火星大气化学、气候及宜居性研究具有重要意义，并将为未来机器人及人类火星任务的设计提供参考。

尘暴在火星上频繁发生，由上升并旋转的暖空气柱形成。火星地表附近的空气接触较热地面后受热上升，穿透上方密度更高、更冷的空气。随着其他空气沿地表移动以填补上升暖空气的位置，便开始旋转。当流入的空气进入气柱上升时，其速度会加快，如同滑冰者收紧双臂时旋转加速。急速涌入的空气同时卷起尘埃，尘暴由此诞生。

自2021年火星任务第215个火星日以来，SuperCam在任务过程中已记录到55次明显的放电事件。其中16次发生在尘暴直接经过火星车上空时。

早在“毅力号”着陆的数十年前，科学家就推测火星尘暴中微尘颗粒旋转摩擦产生的静电，可能积累足够电荷最终形成电弧。这种被称为摩擦起电的现象，类似于人穿着袜子走过地毯后触碰金属门把手产生火花。事实上，火星尘暴产生的放电强度与此大致相当。

“在地球上，沙粒和雪粒的摩擦起电现象已有充分记录，尤其在沙漠地区，但很少导致实际放电。”“毅力号”科学团队成员、法国天体物理与行星学研究所行星科学家巴蒂斯特·希德指出，“在火星稀薄的大气中，这种现象发生的可能性大得多，因为产生火花所需的电荷量远低于地球近地表大气所需。”

“毅力号”的SuperCam仪器搭载麦克风，用于分析仪器激光击打岩石时的声音，但团队也捕捉到了风声，甚至首次录制了火星尘暴的音频。科学家已知它能探测大气中的电磁扰动（静电噪声）和放电声，但不清楚此类事件是否频繁发生，或火星车能否足够接近以进行记录。随后他们开始评估任务期间积累的数据，很快便发现了放电活动的典型声音特征。

NASA“毅力号”的SuperCam麦克风于2024年10月12日录制到尘暴经过火星车时的放电声。在尘暴前壁与尾壁的声音之间，可清晰听到三次爆裂声。
来源：NASA/JPL-Caltech/LANL/CNES/CNRS/ISAE-Supaero

噼啪作响

“我们获得了若干优质录音，能清晰听到火花爆裂的‘噼啪’声，”合著者、马里兰州劳雷尔市约翰斯·霍普金斯应用物理实验室“毅力号”科学家拉尔夫·洛伦茨表示，“在第215个火星日的尘暴录音中，不仅能听到放电声，还有尘暴壁经过火星车的声音。而在第1296个火星日的尘暴录音中，除上述声音外，还能听到部分颗粒撞击麦克风的声响。”

另有35次放电事件与区域沙尘暴期间的对流锋面过境相关。这些锋面具有强烈的湍流特征，有利于摩擦起电和电荷分离——当两个物体接触、转移电子后分离时，便会发生电荷分离，这正是产生静电火花的摩擦起电效应环节。

研究人员发现，在火星沙尘暴更常见的季节（此时全球大气尘埃增多），放电现象并未显著增加。这表明电荷积累更密切关联于沙尘的局部湍流抬升，而非单纯的高尘埃密度。

深远影响

放电现象的证实是一项彻底改变我们对火星认知的发现。其存在意味着火星大气可充分带电从而激活化学反应，生成高氧化性化合物（如氯酸盐和高氯酸盐）。这些强效物质能有效破坏地表有机分子（构成生命的某些成分），并分解多种大气化合物，彻底改变火星大气的整体化学平衡。

该发现或许还能解释火星甲烷快速消失的谜题，为了解生命可能面临的条件限制及火星宜居潜力提供了关键线索。

鉴于尘埃在火星无处不在，颗粒摩擦产生电荷的现象很可能也会影响火星的尘埃输运。尘埃如何在火星表面移动对其气候起着核心作用，但人类对此仍知之甚少。

确认静电放电的存在也将帮助美国宇航局评估当前机器人任务电子设备的潜在风险。过去数十年火星表面任务中未报告静电放电造成损害，可能得益于航天器严谨的接地措施。这些发现还可为未来探索火星的宇航员制定安全规范提供依据。

https://www.nasa.gov/missions/mars-2020-perseverance/perseverance-rover/nasa-rover-detects-electric-sparks-in-mars-dust-devils-storms/