火星沙塵暴究竟什麼樣兒？

在電影《火星救援》中，航天員馬克·沃特尼和他的同事們在降落火星後不到一周，就遇到了一場猛烈的沙塵暴襲擊，巨大的風暴將天線從設備上扯下，並摧毀了航天員的部分營地，給航天員帶來了致命威脅。那麼，真實的火星沙塵暴究竟是什麼樣子，對地球人有生命威脅嗎？NASA給出了答案。

沙塵籠罩下的紅色星球

火星是一個非常乾燥且長期塵土飛揚的地方。火星表面的塵暴，是火星大氣中特有的現象，整個火星一年中有四分之一的時間都籠罩在漫天飛舞的狂沙之中。由於火星土壤含鐵量甚高，導致火星空氣中充斥著紅色塵埃，從地球上看去，猶如一片桔紅色的雲。

從軌道衛星的監測情況來看，火星地表上方30000到50000米內都覆蓋著大量粉塵。科學家們利用高解析度的模型發現火星沙塵暴的內部有一團厚厚的「沙塵袋」，這個「沙塵袋」可能在太陽光作用下加熱，引起周圍大氣層迅速升溫。然後因為熱氣帶著沙塵以極快的速度飛向天空，就像火箭升空一樣，因此科學家喜歡把這種沙塵暴稱作「火箭沙塵暴」。這種迅速上升的沙塵團能夠以每秒超過10米的速度從近火星表面的地方升至離地面30或40千米的大氣層中，過程須耗費數個小時。這個速度要比地球上的典型沙塵暴每秒0.1米的速度快很多。由於沙塵顆粒一個緊挨著一個產生摩擦，「火箭沙塵暴」可能充滿靜電力，進而產生奇異的閃電球。

每年火星都會有幾場大的塵暴，然後擴展到像一個大洲面積大小的區域並持續數周，塵暴大到一定規模甚至可以在地球上用高科技望遠鏡觀察到。比年度塵暴規模更大的風暴一般較少發生，但是一旦發生，塵暴的規模是巨大且激烈的，比如席捲火星的全球性塵暴。而那些可以成長至大洲面積大小的塵暴有時也會發展合并成全球性塵暴。火星全球性塵暴大概平均每3個火星年（5.5個地球年）發生一次。1971年，抵達火星的第一顆人造衛星「水手」9號，在進入火星軌道後就發現火星上正在發生全球性的沙塵暴，火星表面70到80千米的高空被塵埃籠罩，白茫茫的一片，根本無法觀測，塵暴持續了幾個月才結束。「勇氣」號與「機遇」號也在2007年遭遇了火星全球沙塵暴，太陽能電池陣發電量巨減，火星表面能見度較低，但它們最終還是度過了這段危險時期，在火星上頑強地生存了下來。

火星大型塵暴通常發生在南半球的夏季。和地球一樣，火星的季節是因為轉軸傾角產生的。但火星的軌道離心率為0.09，地球只有0.02，火星繞太陽的公轉軌道沒有地球那麼圓，因此當火星運行到軌道近日點前後時會明顯的變熱。而這個明顯變熱的季節正好是火星南半球夏季，此時太陽對火星表面的加熱作用比較大，熱空氣上升，塵埃揚起，塵暴開始形成，並且慢慢擴展。

小小沙塵，不無危害

不過，像電影《火星救援》里能夠將航天員陷入險境的塵暴在火星上是不可能真實發生的。因為火星表面的大氣密度只有地球的百分之一。打個比方，如果你想在火星上放一隻風箏，需要比地球上高很多的風速，才能把它吹上天空。地球與火星沙塵暴最大的區別在於火星大氣壓很小，大氣層稀薄。所以即使以同樣的風速吹相同的物體，強度也是不同的。

但是火星塵暴並不是無害的。NASA噴氣推進實驗室(JPL)火星探測器項目副主管黛安娜·布蘭內表示：「沙塵暴的級別可能會對探測器的探測任務造成非常重大的影響。當大規模的沙塵暴出現時，它們會削弱探測器可以發揮作用的能力。」火星的沙塵粒子非常細小且帶有微靜電，它們會附在任何物體的表面，甚至鑽入機器設備內部，比如齒輪，使機器發生故障，無法正常運轉。所以，如何設計在火星上使用的機器設備，讓火星沙塵盡量不落在機器表面或進入內部，對工程師來說是個挑戰。沙塵對太陽能電池板同樣是個大問題，即使是非常小的沙塵暴，也可能捲起很多沙塵覆蓋在電池板上，沒有足夠的陽光直接照射到太陽能面板上，也就無法提供充足的電力。在《火星救援》里，航天員沃特尼每天都花部分時間掃除太陽能電板上的沙塵，以確保設備供電。這可能是未來在火星上的航天員每天不得不做的事情。

如果遇到全球性塵暴，可能會產生一個問題：揚起的沙塵進入大氣會降低大氣透明度，到達火星地表的太陽光也會減少。電影里出現了沃特尼在一片大型沙塵暴外圍注意到天色微弱的變暗，並造成太陽能電池陣發電能力下降的情節。當最強的全球性塵暴來臨時，在火星表面工作的漫遊車或著陸器等設備需靜靜等到塵暴結束，這既是為了節省電池電力，也是為了保護精密的儀器設備。雖然全球性的火星塵暴可能會遮蔽陽光，但是太陽輻射還是會抵達火星表面並推動塵暴增強。當太陽輻射抵達火星表面後，會加熱火星表面的空氣，而遠離表面的空氣依舊較冷。冷熱兩種空氣在一起產生對流，較熱的空氣會帶著表面的沙塵揚起上升，這就引起了更大規模的塵暴。

從開始在地球上用望遠鏡跟蹤，到太空時代以來發射衛星在火星軌道上拍攝，人類觀察火星上的沙塵暴已經超過一個世紀。但是科學家仍不明白為什麼全球性塵暴之間會存在數年的間歇期。第一次發現火星全球性塵暴是在1909年，最近一次是在2007年。如今已經8年沒有發生全球性塵暴了，這相比較從前已經延遲很久，NASA首席火星科學家、噴氣推進實驗室的里奇·祖瑞克(Rich Zurek)表示：「我們很想了解為何一些火星沙塵暴的規模發展到一定程度之後就停止成長了，而另外一些沙塵暴則能繼續發展壯大並最終形成一次全球性的沙塵暴。」或許這些年火星表面的安靜預示著一場更大規模沙塵暴的到來，全球性塵暴未來再次出現對地球上的科學家來說，或許是個很好的研究機會。

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