【如何作火星沙】火星沙尘暴是怎样爆发的呢?威力怎么样?

2019-12-24 - 火星沙

2018年5月30日,NASA的火星侦察轨道器首先发现火星将可能爆发一场罕见的强力沙尘暴,在随后的短短几天内,这场沙尘暴就演变为席卷1/4个火星的行星尺度沙尘暴,这场沙尘暴可能是人类观测火星以来最为强烈的一次。

如何作火星沙

到6月10日,受沙尘暴影响的面积就达到了4100万平方公里,大约是北美和俄罗斯地区的总和。这种行星尺度的沙尘暴远远超过了人类对于沙尘暴的认知,它不仅拥有极快的风速,而且能将火星的白天彻底变为黑夜。

如何作火星沙

这场沙尘暴对人类来说没什么直接关系,但是对NASA的火星车来说是致命的威胁。目前,2004年登陆火星的“机遇号”火星车正处在沙尘暴的核心区域中,太阳能板发电量不足正常的10%,电池电量不足以支撑全部负荷,“机遇号”中断了与NASA的联系并进入休眠状态,如果机遇号不能完全恢复电力供应,将有可能造成火星车彻底瘫痪。“好奇号”由于采用放射性同位素电池(核能),因此并不受沙尘的影响。

如何作火星沙

1.火星沙尘暴如何形成的?

沙尘暴是火星上常见的天气现象,四季都有发生,行星尺度的沙尘暴大约六到八个地球年发生一次,最近的两次分别在2007年和2010年,沙尘暴的持续时间能够达到数周甚至数月。火星沙尘暴产生的原因主是温度差,火星在冬夏交替时由于极地干冰的升华导致极区和周边产生巨大温度梯度,伴并随大量气态二氧化碳聚集,因此形成了风的来源;特别是在火星南半球夏季,火星轨道更靠近太阳,火星南极与周边地区巨大的温差极易产生行星尺度的沙尘暴。

此外,火星表面大部分地区沙漠化严重,地势多为平原和盆地,客观上也为沙尘暴的形成和扩张提供了有力条件。目前,科学家虽然对火星沙尘暴的爆发机理有了比较清晰的认识,但是其爆发规律和周期并不十分清楚。

2.火星沙尘暴威力到底有多大?

还记得《火星救援》里,马特达蒙是如何被落在火星吗?一场突如其来的巨型沙尘暴,逼迫航天员提前离开火星表面进入轨道避难,沙尘暴破坏了地面上各种设施并造成人员受伤。事实上,火星上沙尘暴的破坏力并不像电影中描绘的那样强大。

火星大气密度仅为地球的1%,如此稀薄的大气意味着风的破坏力远比想象中小,虽然稀薄的大气造成沙尘暴的启动风速要求达到了30m/s以上(地球上12级的风速),但是从运行10多年的“机遇号”和“勇气号”经验来看,火星沙尘暴主要的威胁并不是风,火星车没有发生被大风吹坏的情况。

沙尘暴最主要的破坏力还是遮蔽太阳造成太阳能获取受限,而且还会造成太阳能电力设施破坏。例如火星车在数月的沙尘暴中太阳能发电量不足,会造成火星车设备停止工作进而失联;沙尘暴吹起的细微的沙粒可能造成太阳能电池面板加速老化,沙尘沉降在太阳能面板上降低发电效率。

3.人类登陆火星后如何应对这种灾难性天气?

如果人类登陆火星开展短期探索活动,则不必过于担心行星尺度的沙尘暴天气,以未来空间技术水平完全可以做到提前发现和提前撤离;如果是建立火星基地开展长期居住甚至殖民活动,则必须考虑利用火星自身的地理和资源条件进行防护,还要考虑太阳能之外的电力获取手段。

例如,通过3D打印技术将火星土壤制备成砖块,对设施起加固和防护作用;建立小型核反应堆或者燃料电池解决电力问题;将生活区域建造成为半埋式或者山洞式,一方面防止灾害天气直接伤害,另一方面也能有效防止宇宙辐射。

如今,科学家在地球上开展的“火星500天”等试验项目仅仅模拟了从地球出发至火星、再从火星返回地球整个约500天的密闭生存试验,试验内容无法有效模拟在火星的生存情况。从“机遇号”这十多年的遭遇来看,火星的生存环境较为恶劣,如果人类登陆火星,除了水资源获取等问题之外,沙尘暴带来的太阳能发电问题必须得到有效解决,人类登火后的防辐射问题也须认真考虑,想要在火星上长期生存,还需要更多的技术积累才能实现。

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