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(xiàn)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(jù)。

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(huán)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(shù)據(jù)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(jù)。

火星上發(fā)生的雷電的規(guī)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(guī)模很小，確認火星上確實存在雷電現(xiàn)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(chǎn)生，探測車記錄下了那時產(chǎn)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(xiàn)象。盡管其形成機制十分復(fù)雜，但簡單來說，雷電的本質(zhì)是大氣中物質(zhì)相互摩擦，導(dǎo)致靜電不斷積累，最終突破空氣電阻而發(fā)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(fā)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(fā)生的雷，研究人員還觀測到一種發(fā)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(fā)生。正如冰粒摩擦能產(chǎn)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(xiàn)象是自然發(fā)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(chǎn)生放電所需的靜電量更低。

因此，盡管規(guī)模遠小于地球雷電，火星上仍然可能發(fā)生可歸類為雷電的放電現(xiàn)象，這一點早已被理論預(yù)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(huán)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(chǎn)生的真實聲音。

結(jié)果顯示，他們共識別出55次與雷電放電相關(guān)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(shù)據(jù)，研究團隊正式宣布“人類首次捕捉到了火星上的雷電現(xiàn)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(wù)第1296個火星日（Sol）錄制的、在火星沙塵暴中發(fā)生的雷聲。雷電相關(guān)的聲音出現(xiàn)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。火星雷電相關(guān)的聲音在視頻約9～10秒處可以聽到，但你可能會發(fā)現(xiàn)，它與我們想象中的“轟隆雷鳴”并不相同。本次的論文發(fā)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(cè)第一個峰值并非真實雷聲，而是由放電產(chǎn)生的電磁干擾信號。而右側(cè)的峰值及其后續(xù)波形，則被認為是真實雷聲的準確捕捉結(jié)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(fā)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(xiàn)的瞬間”，最后一段則對應(yīng)稍后傳來的“雷鳴聲”。根據(jù)三段信號之間的時間差推算，這次雷電發(fā)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(fā)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(fā)現(xiàn)

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(fā)現(xiàn)的意義非同小可。

雷電屬于高能現(xiàn)象，能夠打破穩(wěn)定分子結(jié)構(gòu)，生成高度活躍的不穩(wěn)定分子。在火星表面，已發(fā)現(xiàn)如過氧化氫、過氯酸鹽等能夠分解有機物的高度反應(yīng)性物質(zhì)，但火星雷電可能正是這些物質(zhì)形成的重要機制之一。

尤其引人關(guān)注的，是它與火星大氣中的甲烷之間的潛在聯(lián)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(wěn)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(chǎn)生的高反應(yīng)性分子，正好具備分解甲烷的能力。因此，火星雷電的發(fā)現(xiàn)，可能成為解開這一謎題的關(guān)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(fā)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(fā)生條件。在55次雷電記錄中，有 54次發(fā)生在風速極強的時段（處于測得風速的前30%）。結(jié)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(fā)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(jié)果，更傾向于與后者相關(guān)。精確掌握火星雷電的發(fā)生條件，對我們理解由于雷而產(chǎn)生的各種各樣現(xiàn)象的發(fā)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(guān)聯(lián)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(fā)的現(xiàn)象，若能準確掌握雷的發(fā)生頻率，將有助于提高對火星沙塵暴發(fā)生規(guī)模和頻率的預(yù)測精度。

火星雷的強度足以損壞精密電子設(shè)備，因此準確掌握放電現(xiàn)象的發(fā)生條件對風險管理至關(guān)重要。這項研究或許將對未來的無人及載人火星任務(wù)產(chǎn)生深遠影響。

此外，由地面沙粒摩擦引發(fā)的雷電現(xiàn)象，也有助于研究金星或土衛(wèi)六等表面干燥環(huán)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(shù)構(gòu)想）

這幅藝術(shù)構(gòu)想描繪了一顆較小的白矮星從右側(cè)一顆更大的恒星中吸積物質(zhì)，并形成旋轉(zhuǎn)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(fā)布的這幅藝術(shù)構(gòu)想中，左側(cè)一顆較小的白矮星從一顆更大的恒星中牽引物質(zhì)，形成旋轉(zhuǎn)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(tǒng)EX Hydrae進行了近一周的持續(xù)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(tǒng)，并揭示高能雙星系統(tǒng)的幾何結(jié)構(gòu)。

圖片來源: MIT/Jose-LuisOlivares

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