火星不死寂，塵暴放電持續重寫紅色星球的化學面貌

火星經常被想像成一顆荒涼、死寂的紅色星球，但事實上這顆行星一點也不安靜。火星是一個高度活躍、甚至帶電的世界，塵暴與塵旋風幾乎每天都在火星表面重塑地貌，也引發一連串令人驚訝的物理與化學過程。一項發表於《地球與行星科學快訊》（Earth and Planetary Science Letters）的最新研究便深入探討這些塵埃電活動對火星化學所造成的影響。

當強烈的塵暴與塵旋風橫掃火星表面，塵埃顆粒在劇烈摩擦中不斷累積電荷，這種摩擦起電在火星低氣壓環境下特別容易產生極高的電位差，引發靜電放電（Electrostatic Discharges，ESDs），讓原本稀薄的大氣被電擊穿。這些放電事件雖不像地球的閃電那般壯觀，卻可能產生微弱而詭譎的發光現象，更重要的是，它們會驅動一系列電化學反應，改變火星表面與大氣的化學組成。

為了研究這種放電現象，美國華盛頓大學的研究團隊建造了兩座行星模擬實驗艙：PEACh（行星環境與分析艙）與 SCHILGAR（即時氣體分析的模擬艙）。在這些設備中，研究人員成功重現了塵埃摩擦放電所引發的化學反應，並鑑定出多種產物，包括揮發性氯化物、活化氧化物、空氣懸浮碳酸鹽，以及火星上極具代表性的氯酸鹽。在先前的研究中，團隊已證實塵埃引發的電放電在火星「氯循環」中扮演關鍵角色，火星表面廣泛分布的氯化物沉積，正是遠古鹽水存在的遺跡。而透過精密的物質收集與質量平衡分析，研究團隊發現在火星亞馬遜紀（Amazonian period）乾燥炎熱的氣候條件下，塵埃活動所引發的電化學反應，足以生成與軌道衛星、探測車及著陸器實際觀測結果相符的碳酸鹽、（高）氯酸鹽與揮發性氯。

▲ 這張概念圖展示了火星當代的全球表面─大氣氯（Cl）循環，以及空氣中碳酸鹽礦物的形成與再沉積過程。模型特別強調同位素訊號（例如氯、氧與碳的同位素）如何在塵埃活動誘發的電化學反應中，被從地表轉移至大氣，再回到地表甚至進入地下。塵埃顆粒彼此摩擦引發靜電放電（ESD），這些放電在低氣壓環境中特別有效，成為觸發電化學反應的關鍵能量來源。（Source：ScienceDirect）

研究還分析了這些放電產物中氯、氧與碳的同位素組成，發現重同位素出現顯著且一致的耗損現象。團隊推測火星塵埃活動不只是表面現象，而是深刻影響整個行星化學循環的核心機制。塵埃驅動的放電產物，會將重同位素耗損傳遞至大氣，再重新沉積回地表，甚至滲入地下，形成新一代的表面礦物。這也成功解釋了NASA好奇號在火星表面量測到極低 δ³⁷Cl 值（-51‰）的成因，顯示長期塵埃電化學作用導致 ³⁷Cl 持續耗損。

這項研究也與毅力號近期在火星塵旋風與塵暴中記錄到55次電放電事件的發現相互呼應（發表於《自然》（Nature）），進一步驗證塵埃電活動確實正在火星上發生。更重要的是，這類電化學現象可能不只存在於火星，金星的閃電、月球與外行星系統中高能電子的作用，都可能引發類似的化學轉變。這項研究不僅揭示火星當代大氣與地表的互動，也為其他可能發生摩擦起電的世界，如金星與土衛六，提供了重要提示。

（本文由台北天文館授權轉載；首圖來源：NASA）