研究：火星上可見「聖艾爾摩之火」

美國國家航空暨太空總署（NASA）的科學家認為，直升機在火星上飛行的時候，旋轉的螺旋槳足以讓周圍的空氣發出藍光，就如同地球上看到的「聖艾爾摩之火」（Saint Elmo’s Fire）。

根據維基百科顯示，「聖艾爾摩之火」這名稱起源於一位三世紀時的義大利聖人——聖伊拉斯莫（Sant'Erasmo），又常稱為福爾米亞的伊拉斯莫（Erasmo di Formia，或聖艾爾摩），由於傳統上聖艾爾摩一直是海員的守護聖人，因此早期時當人們在狂暴的雷雨中看到船隻桅杆上發生發光的現象時，都歸論是守護聖人聖艾爾摩顯靈保佑，因而得名。

聖艾爾摩之火。（維基百科）

外觀上，聖艾爾摩之火有著藍白色的光輝，在某些情況下看起來像是火焰，但通常都是呈現2~3道的電弧狀，經常出現在如船隻的桅杆、建築物的尖頂或煙囪之類的孤立結構上。

此外，中國古文獻也有記載類似的現象，中國人把它叫做「馬祖之火」。媽祖是中國傳說中船員的守護神。

主要研究者之一NASA戈達德太空飛行中心（Goddard Space Flight Center）的威廉·法瑞爾（William Farrell）說：「這種閃光在夜間，當天空背景很黑暗的時候會很明顯。」

這是大氣中電暈放電的現象，而火星的大氣密度只有地球海平面大氣水平的1%，在這份研究之前，人們認為這樣的現象在火星上不可能發生。

而這份研究利用電腦模型計算後發現，正因為火星大氣稀薄，給了電子更大的加速空間，更容易把周圍二氧化碳分子內的更多電子撞成游離狀態，從而抵消了螺旋槳在火星上與大氣摩擦所起的電力比地球環境上小這個因素。

研究報告中指出，當螺旋槳旋轉的時候，會撞上火星大氣中的塵埃粒子，特別是直升機靠近地面的時候，地面的塵埃更多的被攪動飛舞在空中。螺旋槳會因此而摩擦起電，就像人們拿一個氣球與頭髮摩擦會起電的道理一樣。這些電荷累積形成的電場達到一定強度的時候，會使得周圍的空氣開始導電。這個過程叫做「大氣分解」（Atmospheric breakdown）。

電場如何輕易讓大氣分解呢？研究稱這是一個「電子雪崩」（Electron avalanche）的過程。大氣中總是存在少數游離的電子。因為電子是帶負電荷的粒子，所以容易受到周圍電場的影響，如果是正電場，電子就會衝向它；如果是負電場，電子就會被排斥遠離它。也就是說，不論遇到哪種電荷的電場，都會導致電子發生加速運動。

火星大氣中即使只有非常少量的游離電子，一旦感應到螺旋槳的電場，也會產生加速運動撞向大氣中的二氧化碳分子。在衝擊的過程中，二氧化碳分子的電子也會受到衝擊而脫離二氧化碳分子，也成為游離電子，從而使得空氣中的游離電子不斷增多，所以叫做「電子雪崩」。

研究稱，電子加速的過程就像賽車起步一樣，如果路上總是遇到障礙物，賽車一定跑得不快，如果沒有障礙物，賽車就能很快加速到更快的速度。正因為火星大氣比較稀薄，裡面的游離電子撞上下一個二氧化碳的路程較長、允許它加速的距離較大，導致撞上的速度也較快，所以，即使較弱的電場也能激發「電子雪崩」。

這份研究計算顯示，在地球環境下需要每公尺300萬伏特的電場才能觸發「電子雪崩」，而在火星環境下，只需要每公尺約3萬伏特。

因此，研究人員認為，雖然直升機在火星上飛行產生的電場很小，但是已經足夠導致螺旋槳周圍的空氣發生「電子雪崩」而發出藍紫色的火光。毅力號（Perseverance）探測車登陸火星後，帶去的機智號（Ingenuity）直升機已經在火星上完成了多次飛行任務，但是並不在火星的夜間飛行，法瑞爾說，未來的無人機會安排在夜間飛行，也許就會看到這種景象。◇