火星上的全球性风暴把尘埃都抛向了天空


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由美国宇航局火星勘测轨道飞行器(MRO)上搭载的火星彩色成像仪(MARCI)照相机,并排显示了2018年全球性沙尘暴是如何笼罩这颗红色星球的。这场全球性的沙尘暴导致美国宇航局的“机遇号”探测器与地球失去了联系。
来源:NASA/JPL-Caltech/MSSS

沙尘暴在火星上很常见。但每隔十年左右,就会发生一些不可预测的事情:一系列失控的风暴爆发,将整个火星笼罩在尘土的阴霾之中。

去年,美国国家航空航天局(NASA)的一组航天器详细观察了2018年全球性沙尘暴的生命周期,这场沙尘暴结束了“机遇号”的任务。尽管科学家们仍对这些数据感到困惑,但最近有两篇论文为风暴中观察到的现象提供了新的启示:沙尘塔,即在阳光下变暖并上升到空中的密集沙尘云。科学家们认为,被灰尘困住的水蒸气可能会像电梯一样把它们带到太空,在那里太阳辐射将其它们的分子分裂。这可能有助于解释火星上的水是如何在数十亿年的时间里消失的。

沙尘塔是巨大的、翻滚的云,比稀薄的火星大气中正常的背景灰尘更密集,而且上升得更高。虽然它们在正常情况下也会发生,但在全球风暴期间,这些塔的数量似乎更多。

尘埃塔始于行星表面,迅速扬起的灰尘面积大约和罗德岛州一样宽。在2018年全球沙尘暴期间,当一座尘埃塔达到50英里(80公里)的高度时,其宽度可能与内华达州一样。这座塔会衰变,它会在表面上方35英里(56公里)处形成一层比美国大陆还要宽的尘埃层。

该图像底部中央的黄白色云是火星的“尘埃塔”,这是一种浓密的尘埃云,可以堆积到地面上方数十英里处。 蓝白色的羽状物是水蒸气云。 这张照片是2010年11月30日由美国国家航空航天局(NASA)的火星侦察轨道器拍摄的。
来源:NASA / JPL-Caltech / MSSS

最近关于尘埃塔的发现是由NASA的火星勘测轨道飞行器(MRO)提供的,MRO由位于加州帕萨迪纳的NASA喷气推进实验室领导。尽管全球沙尘暴笼罩着火星表面,但MRO可以利用它的热感测火星气候探测仪来探测雾霾。该仪器是专为测量粉尘浓度而设计的。它的数据,加上来自火星环境成像仪(MARCI)上的照相机的图像,使科学家能够探测到大量膨胀的尘埃塔。

火星是如何失去水的?

尘埃塔在火星全年都会出现,但在2018年全球沙尘暴期间,MRO观察到的情况有所不同。“正常情况下,灰尘会在一天左右落下来,”论文的第一作者、弗吉尼亚汉普顿汉普顿大学的Nicholas Heavens说。“但在全球风暴期间,尘埃塔会连续更新数周。”在某些情况下,可以看到多个长达3个半星期的尘埃塔。

尘埃活动的速度使Heavens和其他科学家感到惊讶。 但是特别令人着迷的是,尘埃塔可能充当其他物质的“太空电梯”,并通过大气进行运输。 当空气中的尘埃变热时,它会形成上升气流,并随其携带气体,包括少量的水蒸气,有时在火星上被视为稀疏的云彩。

之前由Heavens发表的一篇论文显示,在2007年火星的全球沙尘暴期间,水分子飘浮到高层大气中,在那里,太阳辐射可以把它们分解成粒子,然后逃逸到太空中。这也许可以解释为什么这颗红色星球在数十亿年的时间里失去了湖泊和河流,变成了今天这样冰冷的沙漠。

科学家们不能确定是什么导致了全球性的沙尘暴;迄今为止,他们只研究了不到12个。

“全球沙尘暴真的很不寻常,”喷气推进实验室的火星气候探测器科学家大卫·卡斯说。“地球上真的没有这样的天气,整个地球的天气都在几个月内发生变化。”

随着时间的推移和更多的数据,MRO团队希望更好地了解全球风暴中产生的尘埃塔,以及它们在从这颗红色星球的大气层中清除水分方面可能发挥的作用。

有关MRO的更多信息:
https://mars.nasa.gov/mro/
https://www.nasa.gov/mission_pages/MRO/main/index.html

来源:
https://www.nasa.gov/feature/jpl/global-storms-on-mars-launch-dust-towers-into-the-sky

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