科学探索|火星直升机旋转的叶片可能会产生电场或导致周围空气在黄昏时分发光火星直升机旋转的叶片可能会

根据美国宇航局（NASA）的一项研究，在火星上空飞行的无人机上旋转的叶片可能会导致微小的电流在火星大气中流动。这些电流，如果足够大，可能会导致直升机周围的空气发光。这个过程在地球上以更大的规模自然发生，例如有时飞机和船只上的乘客可能在被称为“圣艾尔摩之火”（St. Elmo's Fire）的电风暴中看到这种现象。

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位于马里兰州格林贝尔特的NASA戈达德太空飞行中心的William Farrell 说：“这种微弱的光芒在傍晚时分最为明显，因为那时背景天空比较暗。”他是发表在《行星科学杂志》上关于这项研究的论文的主要作者。“NASA的实验性Ingenuity直升机在这段时间不飞行，但是未来的无人机可以被允许在晚上飞行，并寻找这种光芒。”
“无人机上快速旋转的叶片产生的电流太小，不会对飞行器或火星环境造成威胁，但是它们提供了一个机会，可以做一些额外的科学工作，以提高我们对一种叫做‘摩擦起电’的电荷积累的理解，”Farrell补充说。
该团队应用实验室测量并使用计算机建模来研究电荷如何在无人机的旋翼上积累。电荷积聚也发生在陆地上的直升机叶片上，特别是在多尘的环境中，因此该团队还使用了对陆地直升机充电的解释和建模，作为理解火星案例的基础。
他们发现，当无人机的叶片旋转时，它们会碰到火星空气中的微小尘埃颗粒，特别是当直升机靠近地表并将尘埃吹到周围时。当叶片撞击尘粒时，电荷被转移，在叶片上积聚并形成一个电场。当电荷积累到高水平时，大气开始导电，这个过程被称为“大气击穿”，创造出一群电子，形成一个增强的电流，起到消散或抵消旋翼机上电荷积累的作用。
研究小组发现，击穿开始于一个无形的 “电子雪崩” 。电子是具有负电荷的非常小的粒子。电荷使电子对电场做出反应--被正电荷产生的电场吸引，被负电荷产生的电场排斥。自由电子--那些不与原子结合的电子--在导电材料（如铜线）中负责电流的流动。大气层也可以有自由电子，火星空气中的少数自由电子感受到来自旋翼机的电场力量，并撞向大气层中的二氧化碳分子。这种撞击从二氧化碳分子中释放出更多的电子，从而放大了电流。
火星的大气层非常稀薄，其密度大约是地球大气的百分之一。这种非常低的压力使得崩溃的可能性更大。在火星上，构成大气层的分子比像地球这样的大气层间隔更远，因为它们的密度更小。想想看，推动自由电子的电场很像一辆汽车在拖曳比赛中的起步。如果沿途有许多大的障碍物，加速的汽车可能会撞到它们并减速（或停止）。碰撞限制了汽车的速度，使其保持相对缓慢。然而，如果障碍物的间距非常大，那同样的汽车现在会在撞到障碍物之前加速到高速度。同样，火星空气中的额外空间使自由电子在“撞上”一个分子之前有了更大的加速路径，因此它们可以达到所需的速度，将其他电子从二氧化碳分子中踢开，并在相对的低电场中启动一个“电子雪崩” 。在地球上，同样的“电子雪崩”可以发生，但在密度较大的大气层中，电场必须大得多。
尽管在大气层中飞行的无人机产生的电流很小，但它们可能大到足以使叶片和飞行器其他部分周围的空气开始“电子雪崩”，甚至可能发出蓝紫色的光芒。
【科学探索|火星直升机旋转的叶片可能会产生电场或导致周围空气在黄昏时分发光】然而，研究人员承认，他们的结果是一种预测，有时大自然有其他计划。“从理论上讲，应该有一些效果，但电子雪崩是否足够强大到产生发光，以及在操作过程中是否可以观察到任何微弱的发光，这些都有待于在未来的无人机火星飞行中确定，”Farrell说，“事实上，人们甚至可以在叶片附近和腿部放置小型电子测量仪来监测任何充电的效果。这种电气监测器既可以具有科学价值，又可以在飞行过程中为无人机的健康提供关键的输入。”

科学探索|火星直升机旋转的叶片可能会产生电场 或导致周围空气在黄昏时分发光

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