火星是一个尘土飞扬的世界。火星上过去几十亿年中大部分时间都经受着极度干燥和寒冷的侵蚀，岩石变成了微小的颗粒。小如滑石粉的颗粒（约3微米）以及低于地球的表面重力使得即便在大气稀薄的火星上也能将这些颗粒送入云端。
大多数时候，将尘埃升入空中并重新分布的任务是由尘卷风完成的。在火星表面上任何时候都活跃着约10000个尘卷风。成像数据可以揭示尘卷风在火星地表上留下的痕迹，而登陆车提供的气压数据也可以为它们的发生率提供线索。在一个火星日的时间内，就可能会有几百万个尘卷风，每次出现都会持续几分钟。
尘卷风不仅仅保持了大气中的尘埃量（这些微粒有助于加热空气并影响火星的气候），还将尘埃进行了重新分布。它们有点像一大群不称职的清洁工，从一个地方把尘埃吸走，然后放在了别的地方。不同于地球上可以清除大气中尘埃并把岩石颗粒结合到土壤和沉积物的湿润的生物圈，火星上的尘埃量几乎是永恒不变的。
虽然研究者还没有完全理解，但尘埃颗粒的运动似乎会产生大到足以进行如闪电般放电过程的电势，当然也足以使得尘埃对任何机器人或人类的探索产生额外的粘性。
但是尘卷风是典型的高度局部化现象。火星同时在经历大规模的沙尘暴。在火星南半球的春夏之时，也就是火星处于公转椭圆轨道上与太阳最近点的时候，沙尘暴就变得很常见了。在这个距离时，火星受到的太阳辐射强度较距太阳最远时高了45%。
对于这些季节性风暴而言，在表面温度的巨大反差下，大气温度升高，风力更强。而冰冻的二氧化碳在南极极冠处升华，增加了全球的大气压力。较厚的大气意味着尘埃颗粒的滞留时间变得更长，同时也意味着风暴可以将物质带到超过60千米的高空中。
雪上加霜的是，沙尘暴会使得火星变得更加干燥。尘埃颗粒会将水分子带到阳光足以破坏分子键的高度中，氢逃逸到太空中，而这些水分子无法再重新形成了。
虽然这些季节性尘暴规模很大，但是它们通常只发生在特定的地理区域，例如在南方的大希腊平原（HellasBasin）。但是大约每3个火星年（约为5.5个地球年）就会爆发一次全球性事件——换句话说，在一年中就大约有三分之一的可能性。尽管以地球的标准来看，火星的风速并不惊人，可能会达到60英里每小时（96千米每小时），但却会使整个火星在短短几天内被尘埃笼罩。
在我写这篇文章的时候，火星正处于这样一场全球风暴之中。火星漫游者好奇号和机遇号就不得不耐心等待风暴结束了——这对太阳能发电的机遇号来说是一个比放射性同位素驱动的好奇号更大的挑战。事实上，好奇号可以在遮天蔽日的沙尘环境下继续探索。
多年来，我们已经看到了很多这样的全球性事件了。也许最令人难忘的是发生在对火星的第一次近距离观测的时候。当“水手9号”在1971年成为第一个环绕另一颗行星的探测器时，恰逢火星被遮天蔽日的沙尘所覆盖。我曾写过关于这个事件的文章，以及科学探测任务是如何不得不搁置两个月，直到风暴平息的。
另一场非常大的风暴发生在2001年，是由NASA的火星全球探勘者号（Mars Global Surveyor）观测到的。在这次事件中，当低层到中层大气升高了40开尔文时，地球的表面温度却骤降了20开尔文。空中的灰尘阻挡了射向地面的阳光。
对火星上的机器人或者人类来说，地表温度的降低将会是极具挑战性的，但同时也预示着风暴本身的结束。温度较低的地表产生的上升风会变少，所以当风暴的存在是地表温度降低时，就注定了风暴的毁灭的结局了。
那么为什么这些全球性风暴会从一开始就在火星上爆发？我们尚不能完全的了解使得这些风暴的强度超越其他风暴的机制。但每当我们目睹一次，我们便可以收集更多的数据来探索这个古老、残酷却异常美丽的世界了。
关于作者：
Caleb A. Scharf博士是哥伦比亚大学天体生物学主任，作为研究天体物理学家在国际上享有盛誉，并担任大学和公众的讲师。英国《卫报》将他的博客生活列为“最热门的科学博客”之一，而《Seed》杂志的一位编辑称其为“现象级的、博学的、新鲜的和深思熟虑的。”Scharf是天文学和天体物理学领域100多篇科学研究论文的作者和合著者。他的著作曾在《新科学家》、《科学美国人》、《科学新闻》、《宇宙杂志》、《今日物理学》、《国家地理》等刊物上被选为精选，并在Space.com、physorg.com等网站上发表。他为本科生和研究生撰写了教材《系外行星和天体生物学》(Extrasolar Planets and Astrobiology)，并获得了美国科学院的钱布利斯奖。他的文章和评论发表在诸如《科学》、《自然》、《天体物理学杂志》和《皇家天文学学会月刊》等著名刊物上。Scharf博士经常在学术会议上发表主题演讲，比如美国物理学会、博物馆、公共和私人会议，包括美国自然历史博物馆(American Museum of Natural History)和纽约鲁宾逊艺术博物馆(Rubin Museum of Art)。他曾在美国国家公共广播电台(NPR)的Krulwich on Science节目以及威廉·沙特纳(William Shatner)的《古怪或什么?》(Weird or What?)节目上做客，且曾在国家地理杂志、科学频道、探索频道(Discovery Channel)和《纽约时报》(New York Times)等担任顾问。
（翻译：梁玉麟；审校：戴晨）
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