為什麼火星上的閃電比地球上的閃電更微弱且罕見？

在我們生活的地球上，閃電是很常見的自然現象之一，尤其是在炎熱的夏季。那麼，你對閃電的形成原理又知道多少呢？很多人有所不知，哪怕是來自太陽的紫外線輻射、深空的宇宙射線，都可以產生閃電所需要的電荷。但是，若將這樣的機制置於火星上，那麼可能就不足以讓閃電產生。為什麼火星上的閃電比地球上的閃電更微弱、且更加罕見？

火星上的閃電現象微弱且罕見

2006年，科學家們發現了火星上沙塵暴中的微波輻射；2009年，發現了火星存在閃電的第一個證據；科學家們通過一項新的研究，又有了新的發現：因為火星這個紅色星球的空氣稀薄，所以，倘若閃電存在於火星之上，那麼它也不可能像地球上的閃電那樣充滿活力，並且，還會表現的更加微弱且足夠罕見。

空氣稀薄的紅色星球氣候如何

火星的氣氛比地球的大約薄100倍，平均溫度約為零下60攝氏度（零下80華氏度），因為，火星的稀薄大氣層與太陽的距離更遠，這便意味著火星比地球更冷。灰塵也是火星大氣中的永久性部分，尤其在北方的秋季和冬季含量較高，北方春季和夏季相對含量較低，巨大的塵埃常常將「氧化鐵塵「覆蓋在火星表面。

火星的季節性變化，是由於二氧化碳冰蓋的上升和下降，造成了大氣中的塵埃在周圍移動，以及水蒸氣在地表和大氣之間移動。在冬季，極地區域中的溫度會使部分物質凝結成在其表面上的冰。CO 2 也會升華掉在春季和夏季冰帽，返回到氣氛。這種循環的CO 2進出表面上的冰，在火星年的過程中改變由百分之幾十的大氣質量。

火星沙塵暴發出的非熱微波輻射

科學家使用探測器通過測量其電場強度的高階矩，來區分熱和非熱源的輻射，並得到了火星塵暴發射「非熱微波輻射」的證據。在深空網路（DSN）的34米射電望遠鏡中，安裝了探測器進行測量，每天大約進行5小時。只有當一個35公里深的火星塵暴在射電望遠鏡視場內時，科學家們檢測到幾小時的一些非熱輻射。

並且，這些非熱輻射的光譜，在火星舒曼共振的最低三種模式的預測值附近，有顯著的峰值（ SR）。SR由火星表面與其電離層之間的同心球腔中形成的電磁駐波引起，並由大規模放電強迫。因此，非熱輻射可能是由火星塵暴中的放電所引起的結果。這些調查以及科學小組在過去進行的實驗室和現場實驗的結果，都推動了觀察結果。

因為感測器（儀器雜訊）和行星本身的熱輻射強度，通常比數值大幾個數量級，所以，在低空間解析度下，傳統的基於功率的技術很難區分熱輻射和非熱輻射。在密歇根大學開發的一種創新的微波探測器中，行星的非熱輻射，可以測量信號的功率和峰度。因為，峰度對非熱輻射的存在極為敏感，但對熱輻射強度或輻射計接收器增益的變化不敏感。因此，它能夠檢測出比普通熱輻射強度低得多的非熱輻射。

為什麼專註於研究沙塵暴能產生的閃電

雖然，科學家們通過歐洲火星快車航天器收集了長達五年的龐大數據，並且，加利福尼亞的艾倫望遠鏡陣列也收集了三個月的數據，但是，在之後的研究中，尚不能在火星沙塵暴中找到閃電的無線電證據。

於是，為了研究雷電在火星上罕見的原因，科學家們開始專註於研究沙塵暴可能產生的那種閃電。因為，在這些風暴中的沙粒和其他顆粒，都可以通過「摩擦電效應」而產生電荷，這與那些日常靜電背後的效果相同。當兩個物體反覆碰撞、或是相互摩擦的時候，其中一種材料的表面可以從另一物體的表面，通過竊取電子而累積電荷。

玄武岩的顆粒和閃電所需電荷有何關聯

在這項新的研究中，科學家們的試驗選用了玄武岩的顆粒，這是一種常見於火星地殼的黑暗火山岩。在此過程中，研究人員將實驗室內的氣壓從0.03毫巴變為80毫巴。並且，在一塊振動30分鐘的平板上，放置約1至2毫米寬的球形顆粒，以產生摩擦電荷。科學家們從盤子中心的一個洞中，通過提取穀物的方式來測量它們的電荷水平。從火星最高火山峰的不到1毫巴，到紅色星球深谷的10毫巴以上，火星的平均氣壓6毫巴。

而在地球上，海平面的平均大氣壓則約為1000毫巴。Gerhard Wurm是德國杜伊斯堡埃森大學的行星科學家，也是該研究的主要作者。他表示，在一般情況下，由於火星的大氣壓力，摩擦帶電對砂粒大小的影響最小。所以，在低氣壓下，電荷很難積聚在玄武岩顆粒上。總而言之，火星氣壓下穀物上的電荷，至少比測試的最高壓力小五倍，並且與地球上海平面的平均大氣壓相比仍然很小。

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