研究：火星直升机飞行可使空气发出蓝光

美国宇航局（NASA）的科学家认为，直升机在火星上飞行的时候，旋转的螺旋桨足以让周围的空气发出蓝光，就如同地球上看到的“圣艾尔摩之火”（Saint Elmo’s Fire）。

火星直升机发出蓝紫色光的艺术假想图。（NASA/Jay Friedlander）

古时候海员经常看到船只的桅杆或其它尖状物的顶端产生火焰般的蓝白色闪光，把这种现象称为“圣艾尔摩之火”。圣艾尔摩是西方传说中一位守护船员的意大利圣人。中国古文献也有记载类似的现象，中国人把它叫做“马祖之火”。马祖是中国传说中船员的守护神。

主要研究者之一NASA戈达德太空飞行中心（Goddard Space Flight Center）的威廉·法瑞尔（William Farrell）说：“这种闪光在夜间，当天空背景很黑暗的时候会很明显。”

这是大气中电晕放电的现象，而火星的大气密度只有地球海平面大气水平的1%，在这份研究之前，人们认为这样的现象在火星上不可能发生。而这份研究利用电脑模型计算后发现，正因为火星大气稀薄，给了电子更大的加速空间，更容易把周围二氧化碳分子内的更多电子撞成游离状态，从而抵消了螺旋桨在火星上与大气摩擦所起的电力比地球环境上小这个因素。

这份研究说，当螺旋桨旋转的时候，会撞上火星大气中的尘埃粒子，特别是直升机靠近地面的时候，地面的尘埃更多地被搅动飞舞在空中。螺旋桨会因此而摩擦起电，就像人们拿一个气球与头发摩擦会起电的道理一样。这些电荷累积形成的电场达到一定强度的时候，会使得周围的空气开始导电。这个过程叫做“大气分解”（atmospheric breakdown）。

电场如何轻易让大气分解呢?研究称这是一个“电子崩泻”（electron avalanche）的过程。大气中总是存在少数游离的电子。因为电子是带负电荷的粒子，所以容易受到周围电场的影响，如果是正电场，电子就会冲向它;如果是负电场，电子就会被排斥远离它。也就是说，不论遇到哪种电荷的电场，都会导致电子发生加速运动。

火星大气中即使只有非常少量的游离电子，一旦感应到螺旋桨的电场，也会产生加速运动撞向大气中的二氧化碳分子。在冲击的过程中，二氧化碳分子的电子也会受到冲击而脱离二氧化碳分子，也成为游离电子，从而使得空气中的游离电子不断增多，所以叫做“电子崩泻”。

研究称，电子加速的过程就像赛车起步一样，如果路上总是遇到障碍物，赛车一定跑得不快，如果没有障碍物，赛车就能很快加速到更快的速度。正因为火星大气比较稀薄，里面的游离电子撞上下一个二氧化碳的路程较长、允许它加速的距离较大，导致撞上的速度也较快，所以，即使较弱的电场也能激发“电子崩泻”。

这份研究计算显示，在地球环境下需要每米300万伏特的电场才能触发“电子崩泻”，而在火星环境下，只需要每米3万伏特。

所以研究人员认为，虽然直升机在火星上飞行产生的电场很小，但是已经足够导致螺旋桨周围的空气发生“电子崩泻”而发出蓝紫色的火光。毅力号（Perseverance）探测车登陆火星后，带去的机智号（Ingenuity）直升机已经在火星上完成了多次飞行任务，但是并不在火星的夜间飞行，法瑞尔说，未来的无人机会安排在夜间飞行，也许就会看到这种景象。