當我們第一次聽見火星打雷

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主譯：酥油餅

校對：孫宇峰

審核：牧夫天文校對組

美編：張少巖

后臺：王啟儒

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

雷電是一種極端的氣象現象，至今已在地球、木星和土星上被觀測到。與此同時，火星上是否也會打雷成了科學界一直討論的話題。然而，人們始終沒有獲得能夠確證火星雷電存在的直接觀測證據。

美國國家航空航天局（NASA）的火星探測車 “毅力號”（Perseverance）搭載了一臺用于錄音的麥克風，在火星上的兩年時間里，共記錄了超過30小時的環境聲音。法國圖盧茲大學的 Baptiste Chide等人組成的研究團隊，對其中約28小時的音頻數據進行了分析，最終識別出55次雷聲。這是人類首次探測到火星雷電的直接證據。

火星上發生的雷電的規模相當于人們在冬天觸摸金屬時感受到的靜電放電，可能并沒有想象的那么強烈。但即便規模很小，確認火星上確實存在雷電現象本身就具有極其重要的意義。

【▲ 圖1：本次研究成果的示意圖。雷電在火星的旋風中產生，探測車記錄下了那時產生的聲音。（圖片來源：Nicolas Sarter）】

火星上真的會打雷嗎？

在地球上，雷電是一種劇烈的自然現象。盡管其形成機制十分復雜，但簡單來說，雷電的本質是大氣中物質相互摩擦，導致靜電不斷積累，最終突破空氣電阻而發生放電。

在地球之外，木星和土星也已確認存在雷電。這三顆行星有兩個共同點：

· 擁有較為濃厚的大氣

· 雷電發生在含水的云層之中（※1）

研究人員認為，在劇烈的對流中，冰粒不斷碰撞摩擦，累積靜電并最終形成閃電。

※1…在木星上，除了含水云層發生的雷，研究人員還觀測到一種發生在水與氨混合云層中的特殊的雷。

此外，火星長期被認為可能會打雷，但始終缺乏實證。

火星的大氣極為稀薄，氣壓僅約0.0075 個大氣壓，但其大氣中常年懸浮著大量塵埃，沙塵暴頻繁發生。正如冰粒摩擦能產生靜電一樣，巖石塵埃之間的摩擦同樣可以積累靜電。在地球的沙漠中，我們知道這種現象是自然發生的，但在沙漠里靜電通常難以積累到足以放電的程度。而火星不同，由于火星的大氣稀薄，產生放電所需的靜電量更低。

因此，盡管規模遠小于地球雷電，火星上仍然可能發生可歸類為雷電的放電現象，這一點早已被理論預測。

探測器的麥克風，真的記錄下了火星雷聲

【▲ 圖2：記錄到雷聲的麥克風，安裝在“毅力號”的“超級相機（SuperCam）”上。（圖片來源：NASA / JPL-Caltech）】

NASA的火星探測器“毅力號”是首個搭載錄音麥克風的火星探測車。法國圖盧茲大學的 Baptiste Chide等人組成的研究團隊對這臺麥克風記錄的約28小時火星環境音進行分析，試圖尋找雷電放電引起的電磁干擾和雷電本身產生的真實聲音。

結果顯示，他們共識別出55次與雷電放電相關的音頻信號。其中有7次記錄完整覆蓋了放電全過程。基于這些數據，研究團隊正式宣布“人類首次捕捉到了火星上的雷電現象”。由此，火星成為太陽系中第四個被確認存在雷電的天體。

【▲ 視頻：在火星任務第1296個火星日（Sol）錄制的、在火星沙塵暴中發生的雷聲。雷電相關的聲音出現在約9～10秒處。（來源：JPL）】

火星雷電的真實聲音，可以在上述公開視頻中聽到?；鹦抢纂娤嚓P的聲音在視頻約9～10秒處可以聽到，但你可能會發現，它與我們想象中的“轟隆雷鳴”并不相同。本次的論文發布在《Nature》期刊上，其官方播客形容這種聲音，更像是耳機插頭被突然拔出時的雜音。

【▲ 圖3：本次分析的音頻波形圖。通過直觀的紅色圖表可以清楚看出，左側第一個峰值并非真實雷聲，而是由放電產生的電磁干擾信號。而右側的峰值及其后續波形，則被認為是真實雷聲的準確捕捉結果。（圖片來源： Baptiste Chide 等人研究）】

雷聲實際上可分為三段信號：前兩段并非真實聲音，而是放電對麥克風電路造成的電磁干擾，最后一段才是由放電引發的壓力波，也就是實際的雷聲。

如果類比地球上的雷電：前兩段相當于“閃電出現的瞬間”，最后一段則對應稍后傳來的“雷鳴聲”。根據三段信號之間的時間差推算，這次雷電發生在距離麥克風約1.9米的位置。

正如前文所述，火星只需要很少的靜電就能發生放電。事實上，由本次研究記錄推測的火星雷電放電量，與人觸碰金屬門把手時釋放的靜電幾乎相當。

微弱，卻意義重大的發現

與日常接觸的靜電差不多的放電量，這樣的放電似乎難以稱為“雷”。但從科學角度而言，這一發現的意義非同小可。

雷電屬于高能現象，能夠打破穩定分子結構，生成高度活躍的不穩定分子。在火星表面，已發現如過氧化氫、過氯酸鹽等能夠分解有機物的高度反應性物質，但火星雷電可能正是這些物質形成的重要機制之一。

尤其引人關注的，是它與火星大氣中的甲烷之間的潛在聯系。盡管火星大氣中的甲烷含量極低，但也能被探測確認。這些甲烷究竟來自生命活動，還是純粹的非生物過程，至今仍無定論。

但是，令人困惑的是，火星上的甲烷消失得異常迅速。甲烷本身是一種穩定分子，為什么會快速消失呢？這一直以來都是個巨大的謎團。而雷電產生的高反應性分子，正好具備分解甲烷的能力。因此，火星雷電的發現，可能成為解開這一謎題的關鍵線索。

【▲ 圖4：由火星勘測軌道器（MRO）拍攝的火星旋風。研究認為，火星雷電更容易發生在這種局部強烈的風暴中。（來源：NASA，JPL-Caltech & 亞利桑那大學）】

此外，本次的研究還揭示了火星雷電的發生條件。在55次雷電記錄中，有 54次發生在風速極強的時段（處于測得風速的前30%）。結合風聲和沙粒撞擊麥克風的聲音，研究團隊推測，火星雷電更可能發生在塵魔（dust devil,旋風沙柱）等局地強風暴中，而非覆蓋范圍巨大的沙塵暴。

火星的風暴大致可分為兩類：范圍廣但風速較低的大型沙塵暴和范圍小但風速極高的局地風暴。此次雷電觀測結果，更傾向于與后者相關。精確掌握火星雷電的發生條件，對我們理解由于雷而產生的各種各樣現象的發生頻率而言也是重要的線索。

此外，沙塵暴與雷之間可能還存在另一種關聯性。當沙粒帶上靜電時，由于電荷間的吸引或排斥作用，它們會比平時更容易懸浮起來。由于雷是由靜電積累引發的現象，若能準確掌握雷的發生頻率，將有助于提高對火星沙塵暴發生規模和頻率的預測精度。

火星雷的強度足以損壞精密電子設備，因此準確掌握放電現象的發生條件對風險管理至關重要。這項研究或許將對未來的無人及載人火星任務產生深遠影響。

此外，由地面沙粒摩擦引發的雷電現象，也有助于研究金星或土衛六等表面干燥環境的天體中雷電的形成機制。

責任編輯：甘林

牧夫新媒體編輯部

『天文濕刻』 牧夫出品

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白矮星（藝術構想）

這幅藝術構想描繪了一顆較小的白矮星從右側一顆更大的恒星中吸積物質，并形成旋轉的吸積盤。科學家利用NASA的成像X射線偏振探測器（IXPE）對白矮星進行了研究，測量其X射線偏振特性。

在2025年11月19日發布的這幅藝術構想中，左側一顆較小的白矮星從一顆更大的恒星中牽引物質，形成旋轉的吸積盤，用以展示NASA首次利用成像X射線偏振探測器（IXPE）研究白矮星的成果。

IXPE對位于長蛇座、距離地球約200光年的白矮星系統EX Hydrae進行了近一周的持續觀測。借助IXPE獨特的X射線偏振探測能力，天文學家得以深入研究該恒星系統，并揭示高能雙星系統的幾何結構。

圖片來源: MIT/Jose-LuisOlivares

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