火星大气以CO₂成分为主，较为稀薄。但火星上存在频发强度大且影响面积广泛的沙尘暴现象。尘暴期间，干燥的火星尘埃颗粒彼此摩擦从而产生静电放电现象，同时引发一系列火星大气和表面矿物之间的化学反应。利用自行搭建的火星环境模拟舱（简称火星舱），山东大学行星团队开展火星尘暴静电放电模拟实验，并系统分析了反应后氯化钠晶体结构结构、化学成分和光谱特征变化规律。

图 1 静电放电反应前后氯化钠样品的颜色变化。图中a起始氯化钠照片，b到e分别为反应30分钟、1小时、3小时、5小时的产物照片。

研究发现在静电放电过程中氯化钠中会产生色心（Color center），原本透明的氯化钠晶体呈现出紫色。氯化钠是离子型晶格，晶体为无色透明，在可见-近红外反射光谱无吸收特征。但在放电反应之后，其在0.37和0.56微米附近显示两个吸收峰，分别指示了V_K和钠溶胶（Na- colloids）这两种色心的特征吸收。这些色心实际上是在能量电子的作用下氯化钠中产生的晶体缺陷；其中，V_K色心由成键Cl-Cl填充于相邻的空洞中形成，钠溶胶则是局部的钠富集形成的。

本研究对于认识火星大气与矿物颗粒的相互作用以及高氯酸盐的形成也有重要启示。实验发现，放电过程中氯化钠晶体发生持续的Cl元素丢失。该过程是由V_k色心中Cl₂^-分解（分解为Cl-+Cl）和能量电子溅射而导致。这可能是火星高氯酸盐形成化学反应路径中的一个关键步骤。因为氯化钠晶体中释放出的游离Cl具有很好的化学活性，这些Cl可能进一步与氧化剂之间发生气相反应从而产生高氯酸盐。这进一步深化了山大行星研究团队在2018年提出的火星尘暴活动导致高氯酸盐形成机制的认识。

图2 静电放电反应前后氯化钠样品的可见-近红外反射光谱。其中，0.37和0.56微米处的吸收峰分别指示V_k和钠溶胶色心

氯化钠是一种典型的蒸发盐类，在火星局部区域（如干涸盐湖）极为富集，在火星尘埃中也存在。根据模拟实验结果，行星科学团队推测在火星尘暴的长期作用下，氯化钠呈色的现象在火星上可能广泛存在。本研究所提出的这个假说，有待火星遥感光谱探测（如我国天问一号环绕器搭载的火星矿物光谱分析仪）和就位探测（如祝融号火星车上的火星表面成分探测仪）进一步证实。

本研究以《The color centers in halite induced by Martian Dust Activities》为题发表于行星科学领域国际权威期刊Earth and Planetary Science Letters。论文第一作者为博士研究生毛文硕，通讯作者为付晓辉副研究员和武中臣教授。该成果得到了中国科学院B类先导专项（XDB 41000000）、国家自然科学基金（42173045等）、民用航天技术预先研究等项目资助。

Wenshuo Mao, Xiaohui Fu, Zhongchen Wu, Jiang Zhang, Zongcheng Ling, Bo Li. The color centers in halite induced by Martian dust activities. Earth and Planetary Science Letters. 

原文链接： https://doi.org/10.1016/j.epsl.2021.117302