火星正在经历一场小小的尘埃风暴。“覆盖整个星球”的沙尘暴 两周前开始,并 演变成一场全球性事件,迫使NASA 暂停了“机遇号”探测器的运行。
火星并不陌生于沙尘暴,但这次的不是一次普通的风暴。它要巨大得多。这种全球性风暴大约每5.5年才发生一次,将整个星球笼罩在一片红色的尘埃云中。
火星上的沙尘暴与地球上的沙尘暴运作方式基本相同。有强风席卷地表,将几百微米大小的微小颗粒向前推进。这些颗粒会扬起,一旦它们离地几厘米高,增加的湍流就会将它们带得越来越高。将这种情况放大,你就会得到一场沙尘暴——能够将尘埃吹到20公里高空,覆盖大片陆地。
康奈尔大学行星科学家唐·班菲尔德说:“火星上的诀窍在于,由于火星大气压非常低,其空气密度仅为地球的约1%。风需要更快才能在地表移动火星上的颗粒,但其作用力大致相同。”风暴期间的风速最高可达每小时60英里,但由于大气稀薄,它们感觉起来就像一阵清爽的微风。”(抱歉了,马克·沃特尼)。
亚利桑那州立大学行星科学家塔尼娅·哈里森解释说,热量是火星沙尘暴的驱动力。“如果阳光照射到地表并将其加热,就会产生一种不稳定的状态,暖空气就会上升。在火星上,地表有大量松散的尘埃,当有上升气流时,它们会带走大量尘埃。”这些颗粒尘埃非常细小——比地球上的沙子小得多——它们会悬浮在空中,需要很长时间才能沉降。
哈里森表示,为什么有些风暴停留在局部且相当短暂,而另一些风暴则席卷全球并持续数周,这仍然是一个相当大的谜团。但到目前为止,“我们知道沙尘暴季节每年都在同一时间发生——早春到夏季——并且这个季节每年都会产生强烈的温度梯度。”但仍然不清楚为什么有些年份会出现区域性风暴,而有些年份会出现全球性风暴。通常,风暴始于北半球,通过地形盆地被引导向南,到达赤道。如果它们越过赤道到达南半球,接近极冠的末端,它们就有很大的机会爆发成更庞大的东西。“这就是我们今年看到的情况,”她说。
班菲尔德说:“显然存在某种对条件敏感的反馈机制,使尘埃长时间停留在空中。”“但我们不知道那是什么。”
因此,目前还无法预测区域性风暴会持续多久,或者风暴是否会演变成全球性风暴。“自1924年以来,我们仅通过地面和轨道仪器观察了大约九场风暴。我们的数据非常有限。”例如,2007年的一场风暴持续了约四个月才开始平息,其原因尚不清楚。“好奇号”探测器由于其核动力电池仍然活跃,正在利用这一机会在地面上收集尽可能多的数据。
这些照片跨越了大约两周时间,开头是一张风暴出现前该区域的照片。
风暴对火星任务并没有构成巨大的危险,但需要考虑很多影响。例如,“机遇号”需要暂停运行,因为它依靠太阳能,而风暴足以遮挡阳光照射到其太阳能电池板(即将发射的“洞察号”着陆器也是如此)。当一场风暴席卷整个星球时,会有大量的细小、粘稠的物质等待落下。当它最终落下时,可能会让探测器和着陆器表面覆盖大量物质,以至于可能损坏任何光学仪器(“机遇号”的红外光谱仪就发生了这种情况)。班菲尔德说,NASA目前最好的办法是希望火星的风能够吹走探测器上的尘埃,但“这有点听天由命”。
哈里森说:“当我们在火星上选择着陆探测器或着陆器时,肯定会考虑到沙尘暴。”值得庆幸的是,“火星的天气相当可重复且可预测。我们可以选择那些风暴较少、尘埃较少的地区。”全球性事件是无法避免的,但NASA及其合作伙伴可以确定哪些区域比其他区域更稳定。当然,哈里森指出,冰储备位于不少风暴也频繁发生的北部地区。如果未来的定居者需要这些储备,“我们可能需要做出权衡”,要知道一些作业将不得不生活和工作在受风暴影响的地区。
但尘埃对人类来说并非完全无害。很容易想象,未来人类移民火星在外面度过一天后,会将尘埃带入家中,这些颗粒物会进入体内。这对人类健康绝对没有好处。让人们接受一点有害的红色尘埃可能是一个艰难的决定。不过,还有太空中的许多其他方式可能导致死亡。