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火星沙尘暴真有《火星救援》里那么猛烈吗?   

2015-11-26 19:50:02|  分类: 天文航天 |  标签: |举报 |字号 订阅

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在刚刚上映的电影《火星救援》里,火星沙尘暴给登陆火星的宇航员带来了致命威胁。那么,真实的火星沙尘暴究竟是什么样子,真的对地球人有生命威胁吗?

火星沙尘暴真有《火星救援》里那么猛烈吗?
 

  2008年3月勇气号拍到的火星上的龙卷风,相比较地球上的龙卷风,火星的龙卷风对地球人没什么破坏力

 

  太空科幻大片《火星救援》终于在国内上映了。在电影开篇,宇航员马克·瓦特尼(马特·达蒙饰)与队友刚着陆火星不久,就遇到了一场特大型尘暴,马克不幸被风暴卷起的天线击中,受伤昏迷。那么,真实的火星沙尘暴是什么样的呢,究竟有多强?

  不得不说,虽然《火星救援》堪称太空硬科幻的佳作,但这段火星风暴的描写相比现实夸张太多了。

  火星拥有可以席卷全球的沙尘暴,尘暴规模大到一定规模甚至可以在地球上用望远镜观察到。1971年抵达火星的第一颗火星人造卫星水手9号,在进入火星轨道后就发现火星上正在发生全球性的沙尘暴,持续了几个月才结束。勇气号与机遇号也在2007年遭遇了火星全球沙尘暴,太阳能电池阵发电量巨减,火星表面能见度较低,但最终还是度过了这段危险时期,在火星上顽强的生存了下来。

  每年火星都会有几场大的尘暴,然后扩展到像一个大洲面积大小的区域并持续数周。比这种年度尘暴规模更大的风暴一般较少发生,但是一旦发生,尘暴的规模是巨大且激烈的,比如席卷火星全球的尘暴。火星全球性尘暴平均每3个火星年(5.5个地球年)发生一次,常见的普通尘暴会成长扩大到全球规模并席卷全火星。

  但是在电影《火星救援》里,能够将宇航员陷入险境的尘暴在火星上是不可能真实发生的。即使是火星最大的全球性尘暴也不可能吹翻或扯破主要的机器设备。最强火星尘暴风速的最高值只有96千米/小时,约26米/秒,不到地球上某些台风(中心附近风力达到12级以上)的一半。

  把关注点只放在风速上会有些误导,毕竟还有很重要的一点,火星表面的大气密度只有地球的百分之一。打个比方,如果你想在火星上放一只风筝,需要比地球上高很多的风速,才能把它吹上天空。地球与火星沙尘暴最大的区别在于火星大气压很小,大气层稀薄。所以即使以同样的风速吹相同的物体,强度是不同的。

 

火星沙尘暴真有《火星救援》里那么猛烈吗?
 

  机遇号在着陆的第1205、1220、1225、1233、1235个火星日所拍的火星表面照片,显示全球性沙尘暴造成的火星表面能见度变化;最右图片显示当天99%的阳光被尘暴遮蔽

 

  探测器电池板的挑战:

  但是火星尘暴并不是无害的。火星的沙尘粒子非常细小且带有微静电,它们会附在任何物体的表面,甚至钻入机器内部会动的物体上,比如齿轮。影片《火星救援》里,马克不得不每天穿着舱外宇航服,用刷子清扫居住舱外太阳能电池阵列上的灰尘。当然,这是有人打扫的情况下,目前火星表面的火星探测器都是无人的。如何设计在火星上使用的机器设备,让火星沙尘尽量不落在机器表面或进入内部,对工程师来说是个挑战。

  对火星上的太阳能电池板来说,即使是非常小的沙尘暴,也可能卷起很多沙尘覆盖在电池板上,没有足够的阳光直接照射到面板上也就无法提供充足的电力。如果遇到全球性尘暴,可能会产生一个问题:扬起的沙尘进入大气会降低大气透明度,到达火星地表的阳光也会少很多。《火星救援》的小说里,就有提到马克在一片大型沙尘暴外围注意到天色微弱的变暗,并造成太阳能电池阵发电能力下降的情节。

  当最强的全球性尘暴来临时,在火星表面工作的漫游车或着陆器等设备需静静等到尘暴结束,这既是为了节省电池电力,也是为了保护精密的仪器设备。目前仍在火星工作的机遇号,自2004年着陆火星以来,很幸运只在2007年遇到过一次全球性尘暴。当时机遇号关闭了主要仪器,进入低耗电的生存模式数周。

 

火星沙尘暴真有《火星救援》里那么猛烈吗?
 

  2008年火星上发生的一场尘暴使得勇气号太阳能电池阵发电量明显下降,但是祸兮福所倚,火星上的风时常也会吹走电池阵上的沙尘使发电量回升

 

  太阳让火星尘暴再飞一会儿:

  全球性的火星尘暴可能会将沙尘完全覆盖电池板,并遮蔽阳光。而太阳辐射还是会抵达火星表面并推动尘暴增强。当它们抵达火星表面后,会加热火星表面的空气,而远离表面的空气依旧较冷。冷热两种空气在一起产生对流,较热的空气会带着表面的沙尘扬起上升,这样引起了更大规模的尘暴。这些可以成长至大洲面积大小的尘暴有时会合并为全球性尘暴,使整个火星表面都扬起沙尘。

  火星大型尘暴通常发生在南半球的夏季。和地球一样,火星的季节是因为转轴倾角产生的。但火星的轨道离心率为0.09,地球只有0.02,火星绕太阳的公转轨道没有地球那么圆,因此当火星距离太阳较近时会明显的变热。而这个明显变热的季节正好是火星南半球夏季,此时接收到的太阳辐射比其他季节强,这样星球表面发生尘暴也持续较久,一般在几周到几个月。但是科学家仍不明白为什么全球性尘暴之间会存在数年的间歇期。

  从开始在地球上用望远镜跟踪,到太空时代以来发射卫星在火星轨道上拍摄,人类观察火星上的沙尘暴已经超过一个世纪。第一次发现火星全球性尘暴是在1909年,最近一次是在2007年。如今已经8年没有发生全球性尘暴了,这相比较从前已经延迟很久,或许这些年火星表面的安静在预示着一场更大规模沙尘暴的到来。全球性尘暴未来再次出现对地球上的科学家来说,或许是个很好的研究机会,但对在火星上工作了11年的机遇号就不是了。

  所以,宇航员登陆火星真正需要担心的不是火星尘暴的猛烈,而是尘暴的规模与持续时间。《火星救援》里马克一个人在火星待了近两年,没有遇到全球性尘暴,也算很幸运了。

来源:腾讯太空

  更多阅读:http://www.yunzhitai.com/list-15.html

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