我们能预测火星上的全球沙尘暴吗？

每年，沙尘暴都会席卷火星表面。这些沙尘暴很少会发展到足以覆盖整个火星的程度。

这可能会让未来的宇航员处于危险境地。火星沙尘暴可能不像《火星救援》中袭击马克·沃特尼和他的队友的那场沙尘暴那么猛烈，但它们可能会持续数月，遮蔽太阳，并将太阳能电池板笼罩在一层灰尘之下。

目前，还没有可靠的方法可以判断何时会出现行星大小的沙尘暴。然而，科学家们已经观察到了火星沙尘暴季节的规律。根据去年的预测，这颗红色星球很可能在未来几个月的某个时候陷入全球沙尘暴的魔爪。如果预测正确，本季确实会出现行星大小的沙尘暴，那么未来的沙尘暴将更容易预测。

到处都是灰尘

当火星距离太阳最近时，全球沙尘暴最有可能发生，因为大气中快速移动的尘埃会吸收阳光并升温。“温度越高，环流越快，”美国宇航局喷气推进实验室的行星科学家、论文作者詹姆斯·雪莉说。一场全面的沙尘暴可以将尘埃吹向 37 英里外的大气层。

预测这些风暴是一项挑战，因为我们对它们仍然知之甚少。“你可能会认为它们要么永远不会发生，要么应该一直发生，因为落在火星上的阳光几乎是一样的……每年在火星上都是如此，就像在地球上一样，”雪莉说。“那么是什么原因导致它们在某些年份发生，而在其他年份不发生呢？”

如果在航天器接近火星时发生行星大小的风暴，可能会干扰航天器着陆火星表面的尝试。“当大气层被加热时，它会像气球一样膨胀，”雪莉说。这意味着航天器可能会比预期更早感受到来自大气层的摩擦力。“这可能会完全打乱你的进入、下降和着陆计划。”

全球沙尘暴的风力不如地球上的飓风；大气层要稀薄得多，风暴风速不会超过每小时 60 英里或最多 70 英里。由于火星的大气层较稀薄，“如果你在地球上开车，我们测量到的最快速度也只有每小时 10 英里左右，”美国宇航局约翰逊航天中心的航空工程师史蒂夫·霍夫曼说。“它不会撞翻宇航员，也不会撞翻运载火箭。”

但全球风暴可能会堵塞机器，切断宇航员和探测器所依赖的太阳能。勇气号和机遇号探测器在 2007 年的上一次全球沙尘暴期间，连续数周每天只开机几分钟（刚好够让电子设备保持温暖和正常工作）。

除尘

宇航员能否为全球沙尘暴做好准备取决于我们能否准确预测沙尘暴何时发生以及沙尘暴可能持续多长时间。一种解决方法是使用替代电源。例如，好奇号探测器使用放射性同位素电源系统，该系统利用钚发电。另一种方法是将水分解成氢和氧，储存电能。“我们会在阳光普照时制造燃料，储存能量，然后在沙尘暴来临时使用，”霍夫曼说。不幸的是，钚具有放射性，而氢极易燃，因此对 NASA 来说，这两种方法都不太有吸引力。

这些灰尘含有一种名为高氯酸盐的有毒化合物，也可能进入宇航服。NASA行星科学部的理查德·戴维斯说：“我们必须想办法防止灰尘进入宇航员实际居住的地方。”

进入大气并引发全球风暴的灰尘也非常细小。“它的大小与烟雾颗粒差不多，很难被打开和关闭的任何物体挡住，”霍夫曼说。“我们的任何舱口、宇航服的任何旋转部件，如肩关节或腰部……这些灰尘都可能进入其中。”因此，有毒灰尘也可能导致机械磨损。

虽然全球沙尘暴不会造成地球上极地冬季那样的黑暗，但长时间的昏暗也可能令人感到疲倦。“天色可能很暗，而且会持续很长时间，但这并不意味着一天 24 小时都处于完全黑暗之中，”霍夫曼说。

不过，在宇航员遇到全球沙尘暴之前，我们无法知道经历一场全球沙尘暴会是什么感觉。“它可能会产生一些影响，但我们可能不会完全知道……除非我们真正尝试这样做，”戴维斯说。

宇宙之舞

在去年的论文中，雪利探讨了火星绕太阳系重心旋转时的运动变化与全球沙尘暴发生的可能性之间的关系。令人惊讶的是，太阳系的重心并不总是太阳（尽管太阳从未远离它）。围绕太阳旋转的行星的引力拖拽着它，导致太阳“围绕重心快速移动”。雪利说：“基本上，火星被锁定在太阳上，因此当太阳围绕太阳系重心跳草裙舞时，火星也会跟着移动。”

雪莉和他的同事认为，随着火星动量的变化，火星大气也会发生变化，导致空气循环不断加速和减缓。这些变化可能为火星全球沙尘暴做好准备。研究人员对大气中的这些循环做出了预测，然后利用计算机模型发现，更强烈的环流可能会将尘埃带到更高的位置，并帮助沙尘暴“逃走”并席卷全球。在火星上观测到的所有九次全球沙尘暴都发生在沙尘暴季节环流可能更强烈的年份。

“当火星因为其他行星和太阳的拉扯而加速并积聚动能时，全球沙尘暴似乎更容易发生，”雪莉说。在过去与今年情况类似的季节中，他研究过的唯一一个季节没有引发全球沙尘暴。

因此，研究太阳和其他行星的引力对火星动量和大气的影响可以帮助科学家做出预测。从全球沙尘暴中获取更多数据也会有所帮助。了解火星的尘埃层（在特定时间只覆盖火星的一部分）每年如何移动，有时可能会在强风地区停留，也会有所帮助。

雪莉说，研究火星的巨型风暴甚至可以让我们更了解我们自己的星球。由于没有海洋，这颗红色星球的大气层比地球更简单。“如果我们能学到一些关于大气变化、风力变化等物理知识的新知识，”他说，“那么我们希望能将这些知识应用到地球更复杂的情况中。”