編者薦語：

火星和地球時常都會受到各種規模的沙塵暴襲擊，盡管這些事件之間存在一些相似之處，現在又多了一個，比如航班取消，但實際上它們之間也存在一些關鍵差異。

2022 年 1 月 9 日

氣象預報員提前幾天就預見了它的到來：風越來越大，地上揚起塵土，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，延誤發生在火星上，延誤的航班則是美國航空航天局（NASA）的 " 機智 " 號（Ingenuity）直升機，該直升機于 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（如上圖所示）。

火星和地球時常都會受到各種規模的沙塵暴襲擊，盡管這些事件之間存在一些相似之處，現在又多了一個，比如航班取消，但實際上它們之間也存在一些關鍵差異。

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。它們還會出現在澳大利亞內陸地區、巴塔哥尼亞、美國西南部、墨西哥，或經歷嚴重干旱的地區。根據科學家的估計，每天有 2000 萬噸到 4000 萬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沙塵暴和風暴，因為我們所觀察過的幾乎所有地方都十分干燥且滿是塵埃。從遠古的水到最近風驅動下風暴持續不斷的噴砂，數十億年來的風吹日曬創造了一個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，因此它們會像泡沫包裝小顆粒在地球上表現的那樣，黏附在表面上。

在地球和火星上，沙塵暴會使空氣質量急劇變差，同時堵塞發動機和齒輪。在地球上，飛機可能會因空氣中的灰塵而停飛，因為它會損壞噴氣發動機并沖擊擋風玻璃，同時還會降低飛行員的能見度。在火星上，2018 年 6 月的一場大型沙塵暴結束了 NASA 已有 15 年歷史的 " 機遇 " 號（Opportunity）火星車的任務，塵埃如此長時間地飄浮在空中，讓火星車的太陽能電池板無法收集到足夠的陽光來為電池充電。

在地球上，塵埃通常會被天氣鋒面和風暴帶走，溫度、大氣壓力和水分含量的差異加速了穿過某一處地勢的氣流。強風穿過干燥的土地，帶走松散的礦物塵埃，有時將其吹到數百至數千米的高空中，并隨風飄蕩數十至數千千米。（下面的照片拍攝自國際空間站，顯示了 2014 年北非上空的一場風暴。）但塵埃并沒有上升到對流層頂，也就是對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，重力和降水也會將它們帶回地面。所有這些通常會發生于幾小時到幾天的時間內。

2014 年 9 月 8 日

然而，火星沒有對流層頂。NASA 氣溶膠科學家拉爾夫 · 卡恩（Ralph Kahn）在關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。

火星風主要是由于兩個半球之間、白天和黑夜之間以及升高和降低的表面之間太陽光對火星表面加熱的方式不同而產生的。這些加熱變化會導致局部尺度上的空氣羽流上升（形成塵卷風），同時刺激區域尺度上的水平風流。

從沙塵暴（如下圖動畫所示），到巨大的阻擋陽光的羽流，火星上的風力可能比不了地球上最猛烈的風，但仍足以旋掃一切。與一些電影小說相反，火星風暴不太可能強大到足以吹倒車輛和人員，這是因為火星大氣層更稀薄，大約只有地球表面大氣層密度（壓力）的 1%，所以類似的風并不會對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鍵。" 來自空間科學研究所（Space Science Institute，SSI）的行星科學家馬克 · 萊蒙（Mark Lemmon）說，他的研究領域是氣溶膠，同時也參與了 NASA 的一系列火星計劃，甚至可以追溯到探路者（Pathfinder）的年代。" 塵埃會被天氣移動，但隨后塵埃會維持這種天氣。它在火星周圍儲存和移動能量，就像水在地球上移動能量一樣。"

一旦升上高空，火星塵埃往往會在空氣中停留很長時間，有時會持續長達數周到數月的時間。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吸收陽光，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，火星都會有幾場中等大小的沙塵暴，覆蓋一片大陸那樣大小的區域，持續好幾周的時間。每隔一段時間，出于某些科學家還無法解釋的原因，火星沙塵暴會一直疊加擴大，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。）這些大規模的行星級風暴似乎每三到四個火星年（六到八個地球年）就會發生一次。" 地球上目前還沒有什么可以類比的。" 卡恩指出。

測量地球上沙塵暴強度的方法之一是通過測量氣溶膠光學厚度（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）下的氣溶膠光學厚度為 0.1 到 0.2。當氣溶膠光學厚度為 1.0 時，地表的陽光強度將下降三分之二。真正濃密的煙霧或塵埃羽流的氣溶膠光學厚度可能為 7.0 或更高，這就是為什么當空中充滿來自野火或沙塵暴的顆粒時，白天就會變得和黑夜一樣。

根據萊蒙的說法，當 " 機遇 " 號火星車在 2018 年全球沙塵暴期間停止工作時，火星上的氣溶膠光學厚度介于 9 到 11 之間，類似的全球性沙塵事件也發生在了 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）增長最大。雖然地球上的季節完全是由地球自轉軸的傾斜度決定的，但火星（也沿軸傾斜）在其南半球的夏季明顯更接近太陽，與一個火星年中的其他時間相比，這會導致更多的地表受熱和更多的塵埃進入大氣。

如今，隨著火星南方夏季的到來，科學家預計未來幾個月火星上可能會有更多的航班延誤。

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