編者薦語(yǔ)：

火星和地球時(shí)常都會(huì)受到各種規(guī)模的沙塵暴襲擊，盡管這些事件之間存在一些相似之處，現(xiàn)在又多了一個(gè)，比如航班取消，但實(shí)際上它們之間也存在一些關(guān)鍵差異。

2022 年 1 月 9 日

氣象預(yù)報(bào)員提前幾天就預(yù)見了它的到來：風(fēng)越來越大，地上揚(yáng)起塵土，能見度正在下降。航班將不得不被取消 …… 一年后又一次航班延誤。

只不過在這里，延誤發(fā)生在火星上，延誤的航班則是美國(guó)航空航天局（NASA）的 " 機(jī)智 " 號(hào)（Ingenuity）直升機(jī)，該直升機(jī)于 2022 年 1 月成為第一架因另一顆行星上的沙塵暴而停飛的飛機(jī)（如上圖所示）。

火星和地球時(shí)常都會(huì)受到各種規(guī)模的沙塵暴襲擊，盡管這些事件之間存在一些相似之處，現(xiàn)在又多了一個(gè)，比如航班取消，但實(shí)際上它們之間也存在一些關(guān)鍵差異。

在地球上，三分之一的陸地面積被沙塵覆蓋，其余部分的則被植物生命、冰、水和人類住區(qū)所錨定。最大的沙塵暴來自廣袤的沙漠，如撒哈拉沙漠（如下所示）、戈壁和阿拉伯半島。它們還會(huì)出現(xiàn)在澳大利亞內(nèi)陸地區(qū)、巴塔哥尼亞、美國(guó)西南部、墨西哥，或經(jīng)歷嚴(yán)重干旱的地區(qū)。根據(jù)科學(xué)家的估計(jì)，每天有 2000 萬(wàn)噸到 4000 萬(wàn)噸的塵埃漂浮在地球大氣層中，每年有 10 億噸到 30 億噸的塵埃升上空中然后又沉積回地球（相當(dāng)于 10,000 到 30,000 艘滿載的航空母艦）。

2022 年 6 月 3 日

在火星上，幾乎任何地方都可能出現(xiàn)沙塵暴和風(fēng)暴，因?yàn)槲覀兯^察過的幾乎所有地方都十分干燥且滿是塵埃。從遠(yuǎn)古的水到最近風(fēng)驅(qū)動(dòng)下風(fēng)暴持續(xù)不斷的噴砂，數(shù)十億年來的風(fēng)吹日曬創(chuàng)造了一個(gè)被砂礫和塵埃覆蓋的星球。這些顆粒非常小，帶有輕微的靜電，因此它們會(huì)像泡沫包裝小顆粒在地球上表現(xiàn)的那樣，黏附在表面上。

在地球和火星上，沙塵暴會(huì)使空氣質(zhì)量急劇變差，同時(shí)堵塞發(fā)動(dòng)機(jī)和齒輪。在地球上，飛機(jī)可能會(huì)因空氣中的灰塵而停飛，因?yàn)樗鼤?huì)損壞噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)并沖擊擋風(fēng)玻璃，同時(shí)還會(huì)降低飛行員的能見度。在火星上，2018 年 6 月的一場(chǎng)大型沙塵暴結(jié)束了 NASA 已有 15 年歷史的 " 機(jī)遇 " 號(hào)（Opportunity）火星車的任務(wù)，塵埃如此長(zhǎng)時(shí)間地飄浮在空中，讓火星車的太陽(yáng)能電池板無法收集到足夠的陽(yáng)光來為電池充電。

在地球上，塵埃通常會(huì)被天氣鋒面和風(fēng)暴帶走，溫度、大氣壓力和水分含量的差異加速了穿過某一處地勢(shì)的氣流。強(qiáng)風(fēng)穿過干燥的土地，帶走松散的礦物塵埃，有時(shí)將其吹到數(shù)百至數(shù)千米的高空中，并隨風(fēng)飄蕩數(shù)十至數(shù)千千米。（下面的照片拍攝自國(guó)際空間站，顯示了 2014 年北非上空的一場(chǎng)風(fēng)暴。）但塵埃并沒有上升到對(duì)流層頂，也就是對(duì)流層和平流層之間的天然壓力屏障；即使塵埃上升得如此之高，重力和降水也會(huì)將它們帶回地面。所有這些通常會(huì)發(fā)生于幾小時(shí)到幾天的時(shí)間內(nèi)。

2014 年 9 月 8 日

然而，火星沒有對(duì)流層頂。NASA 氣溶膠科學(xué)家拉爾夫 · 卡恩（Ralph Kahn）在關(guān)注地球之前研究的是行星大氣，他解釋說，如果沒有這種蓋子狀的屏障（在地球上由平流層臭氧形成），也沒有降水將其降下來，火星塵埃可以上升到更高的大氣中。

火星風(fēng)主要是由于兩個(gè)半球之間、白天和黑夜之間以及升高和降低的表面之間太陽(yáng)光對(duì)火星表面加熱的方式不同而產(chǎn)生的。這些加熱變化會(huì)導(dǎo)致局部尺度上的空氣羽流上升（形成塵卷風(fēng)），同時(shí)刺激區(qū)域尺度上的水平風(fēng)流。

從沙塵暴（如下圖動(dòng)畫所示），到巨大的阻擋陽(yáng)光的羽流，火星上的風(fēng)力可能比不了地球上最猛烈的風(fēng)，但仍足以旋掃一切。與一些電影小說相反，火星風(fēng)暴不太可能強(qiáng)大到足以吹倒車輛和人員，這是因?yàn)榛鹦谴髿鈱痈”。蠹s只有地球表面大氣層密度（壓力）的 1%，所以類似的風(fēng)并不會(huì)對(duì)這顆紅色星球施加太大的力。

2021 年 6 月 18 日

2021 年 7 月 20 日

" 塵埃是火星氣候的關(guān)鍵。" 來自空間科學(xué)研究所（Space Science Institute，SSI）的行星科學(xué)家馬克 · 萊蒙（Mark Lemmon）說，他的研究領(lǐng)域是氣溶膠，同時(shí)也參與了 NASA 的一系列火星計(jì)劃，甚至可以追溯到探路者（Pathfinder）的年代。" 塵埃會(huì)被天氣移動(dòng)，但隨后塵埃會(huì)維持這種天氣。它在火星周圍儲(chǔ)存和移動(dòng)能量，就像水在地球上移動(dòng)能量一樣。"

一旦升上高空，火星塵埃往往會(huì)在空氣中停留很長(zhǎng)時(shí)間，有時(shí)會(huì)持續(xù)長(zhǎng)達(dá)數(shù)周到數(shù)月的時(shí)間。火星上引力作用更弱，大約只有地球上的三分之一，加上大氣層更稀薄，這意味著火星上的阻力更小。火星上的沙塵暴一旦開始，便極有可能自食其力：火星大氣中的塵埃會(huì)吸收陽(yáng)光，使周圍的空氣變暖，這突出了火星表面與空氣之間以及表面的一部分與另一部分之間受熱的差異，這兩者都可能導(dǎo)致更多的垂直和水平氣流。

2007 年 11 月 7 日

" 這種影響是不斷累積且具有戲劇性的。" 萊蒙說，" 所以火星上空積聚了大量的塵埃。" 上圖來自火星勘測(cè)軌道飛行器（Mars Reconnaissance Orbiter），顯示了 2007 年 11 月烏托邦平原（Utopia Planitia）上空的濃密塵埃。

每年，火星都會(huì)有幾場(chǎng)中等大小的沙塵暴，覆蓋一片大陸那樣大小的區(qū)域，持續(xù)好幾周的時(shí)間。每隔一段時(shí)間，出于某些科學(xué)家還無法解釋的原因，火星沙塵暴會(huì)一直疊加擴(kuò)大，直到吞沒整顆星球。（2018 年火星全球沙塵事件如下面的視頻所示。）這些大規(guī)模的行星級(jí)風(fēng)暴似乎每三到四個(gè)火星年（六到八個(gè)地球年）就會(huì)發(fā)生一次。" 地球上目前還沒有什么可以類比的。" 卡恩指出。

測(cè)量地球上沙塵暴強(qiáng)度的方法之一是通過測(cè)量氣溶膠光學(xué)厚度（Aerosol Optical Depth，AOD），它衡量的是有多少光被塵埃顆粒、天然氣溶膠或空氣中的污染物吸收或反射。根據(jù)卡恩的說法，地球上晴朗的日子在中可見光（mid-visible light）下的氣溶膠光學(xué)厚度為 0.1 到 0.2。當(dāng)氣溶膠光學(xué)厚度為 1.0 時(shí)，地表的陽(yáng)光強(qiáng)度將下降三分之二。真正濃密的煙霧或塵埃羽流的氣溶膠光學(xué)厚度可能為 7.0 或更高，這就是為什么當(dāng)空中充滿來自野火或沙塵暴的顆粒時(shí)，白天就會(huì)變得和黑夜一樣。

根據(jù)萊蒙的說法，當(dāng) " 機(jī)遇 " 號(hào)火星車在 2018 年全球沙塵暴期間停止工作時(shí)，火星上的氣溶膠光學(xué)厚度介于 9 到 11 之間，類似的全球性沙塵事件也發(fā)生在了 2007 年和 2001 年。

火星上的沙塵暴，通常在南半球的夏季（北半球冬季）增長(zhǎng)最大。雖然地球上的季節(jié)完全是由地球自轉(zhuǎn)軸的傾斜度決定的，但火星（也沿軸傾斜）在其南半球的夏季明顯更接近太陽(yáng)，與一個(gè)火星年中的其他時(shí)間相比，這會(huì)導(dǎo)致更多的地表受熱和更多的塵埃進(jìn)入大氣。

如今，隨著火星南方夏季的到來，科學(xué)家預(yù)計(jì)未來幾個(gè)月火星上可能會(huì)有更多的航班延誤。

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