火星上的『火箭燃料』從何而來(lái)？

● 索隆 編

高氯酸鹽是重要的火星資源，可作為載人登陸或樣品返回的火箭燃料，但圍繞著“火星上的高氯酸鹽是從哪里來(lái)的”這一問(wèn)題，相關(guān)研究存在矛盾之處。山東大學(xué)空間科學(xué)研究院行星科學(xué)研究中心武中臣教授首次用實(shí)驗(yàn)證明了火星表面沙塵過(guò)程導(dǎo)致的靜電輝光放電現(xiàn)象可能是產(chǎn)生火星高濃度高氯酸鹽的重要機(jī)理。相關(guān)成果先后被國(guó)際地球與行星科學(xué)雜志《地球和行星科學(xué)通訊》、《科學(xué)》雜志網(wǎng)站、科學(xué)網(wǎng)等知名媒體關(guān)注報(bào)道。高氯酸鹽是火星表面氯元素與火星環(huán)境相互作用的產(chǎn)物，是記錄火星地質(zhì)演化、氣候變遷、水文歷史的重要載體，并與尋找火星生命殘余信息密切相關(guān)。目前，國(guó)際上普遍認(rèn)為火星表面的高氯酸鹽源于氯元素參與的紫外光化學(xué)反應(yīng)，但這一觀點(diǎn)與反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型計(jì)算結(jié)果相沖突。火星是唯一一顆有全球性、區(qū)域性沙塵暴和塵卷風(fēng)的行星。相關(guān)的實(shí)驗(yàn)室模擬、沙漠實(shí)測(cè)和理論研究都指出，火星表面的沙塵暴和塵卷風(fēng)能引發(fā)靜電放電過(guò)程。然而由沙塵放電引起的火星表面化學(xué)反應(yīng)仍是火星研究的空白區(qū)。

在美國(guó)華盛頓大學(xué)王阿蓮教授及其科研團(tuán)隊(duì)的幫助下，武中臣教授搭建了火星條件下的輝光放電裝置，并利用華盛頓大學(xué)的火星艙完成了3項(xiàng)實(shí)驗(yàn)觀測(cè)：就位監(jiān)測(cè)輝光放電過(guò)程在模擬火星大氣中產(chǎn)生的自由基的種類(lèi)；就位監(jiān)測(cè)并定量分析了以NaCl為起始劑的放電產(chǎn)物中的NaClO3、NaClO4和Na2CO3成分；進(jìn)行了兩套氧化實(shí)驗(yàn)，定量比較發(fā)現(xiàn)：在所采用的實(shí)驗(yàn)條件下，靜電輝光放電的電子氧化能力比紫外光光子高3個(gè)數(shù)量級(jí)；換算到火星條件下，靜電輝光放電電子的氧化能力將比紫外光光子的氧化能力高7個(gè)數(shù)量級(jí)。綜合所有證據(jù)，武中臣教授得出了火星表面沙塵過(guò)程所導(dǎo)致的靜電輝光放電有可能是產(chǎn)生火星高濃度高氯酸鹽的重要機(jī)理。