其实，与其它太阳系天体上的极端天气相比，地球上最恶劣的天气也属平常。 你能相信这种天气吗？ 天气可不是一个小话题，它对我们的日常生活影响巨大。衣食住行、抗寒御暑、工作娱乐、交通通讯，以及卫生健康都与天气密切相关。几与天气有关者，皆不可轻视。
地球上的天气变化归根到底都是源自温度的地城梯度变化。陆地和海洋之间的温度差异扇起了岸上的轻柔海风。不稳定的热空气从地表上升，逐渐降温，使得其中的水蒸汽凝结，这就是雨水的来历。而从世界范围看，则是赤道和两极之间的能量不均衡性在驱动着全球大气环流。
然而，地球使其各处温度平衡的自发运动并非总是一帆风顺的。当来自墨西哥湾的暖湿气流汹涌地与北方的干冷气流相汇时，就会产生猛烈的旋风沿着“龙卷风走廊”横冲直撞。闪电的高温可达28000摄氏度，近平五倍于太阳表面，每年造成的财产损失逾十亿美元。像“卡特琳娜”飓风那样的热带气旋，其最大持续风速达78米/秒，伴有高度超过10米的风暴潮，可以给不设防的海岸造成惨重损失，并严重破坏脆弱的生态系统。
由于地球大气系统自身的极端复杂性，预测天气是非常困难的。气流、温度和水分之间相互作用的模式异常复杂，这就使得大气中的微小变化可能导致随后巨大的天气变化。得益于卫星观测技术和计算机模型的改进，目前三日内天气预报的准确度比1980年时的一日天气预报还要高。但某些最极端的天气只能提前几分钟做出准确的预报。
毫无疑问，在我们看来地球的天气活动是剧烈而变幻莫测的。但是与其它太阳系天体相比又如何呢？地球的天气活动算得上极端吗？答案是，与其它天体上的天气做一个比较，我们这里相对地可谓是处处风和日丽了，而且这其中还可能发现事关太阳系生命演化的线索。
火星吸尘器
长时间以来，人类已经知道火星气候恶劣。在“水手”9号于1971年抵达火星时，一场全球性的沙尘暴正在这颗行星上肆虐，几乎遮蔽了整个火星表面。只有屈指可数的几座高峰伸出了云端，其中包括太阳系的最高峰——奥林匹斯山，它的高度超过火星平均半径27000米。对于这些火星探测器而言幸运的是，这种全球范围的沙尘暴相当罕见，自1956年以来仅有8次记录，最近一次在2007年。
实际上，在火星上占主导的是规模较小的沙尘暴。从Hellas盆地的深处到巍峨的Tharsis火山区，几乎处处都有尘卷风（或其痕迹）。在4个火星年中，美国宇航局（NASA）的火星环球勘测者飞行器上的火星轨道照相机（MOC）曾探测到了近11500次尘卷风活动。“勇气”号漫游车在一个季度中就在古谢夫（Gusev）环形山观测到了533次尘卷风。
较低的火星气旋可以用着陆器在火星表面拍摄的图像进行测量。但最高的尘卷风必须借助高空轨道探测器，通过阴影长度和阳光入射角加以测算。观测显示，所谓“小尘卷风”只是一个相对概念而已：一些尘卷风的直径超过1.6千米，高度超过珠穆朗玛峰。这些庞然大物中的狂风可以在1秒钟之内纵贯一个足球场。
和地球上的龙卷风一样，这些高速旋转的巨大风暴会在火星表面留下种种破坏痕迹。当它们席卷而过时，会从地表吸起一层红色的尘土，露出颜色较深的地基。较快的沙尘暴可以留下线状的条纹，而较慢气旋的路径则蜿蜒曲折，飘忽不定。黑色的踪迹往往在一个月后还可看见，在火星上留下无数纵横交错的纹路。
但除了在地面上留下的痕迹外，龙卷风和尘卷风之间就没有更多相似处了。这些相似气旋之间的基本动力学机制实际上差别很大。龙卷风核心处的蒸发降温过程可以大幅加强向下的冷气流，而冷气流对于龙卷风有明显影响。这些侧翼的向下气流会包裹住龙卷风，压缩其中的旋转气流，使其成为一部更加紧凑有力的搅碎机。相反，尘卷风则源于两种因素的联合作用：一是向上的暖气流，二是水平旋转气流的不对称并合（在此过程中再次出现了引起麻烦的温度梯度变化）。
地球上出现龙卷风的频次相对较低，而火星尘卷风则很常见。从火星上密布的暗色踪迹来看，每天都有许多尘卷风在荒芜的火星表面来回扫荡。但是，由于火星表面气压较低，尽管风速很高，但蕴含的动量相对较小，故而每个尘卷风的单独破坏力都不甚强大。因为火星表面的重力较小，这些风可以吹起沙尘微粒，但是假如有宇航员在那里，他将很难感受到在刮风。与此相比，地球上的微风都带有更大的力量。
这些旋转风暴的影响范围不只是它们的所在区域。尘卷风对于弥漫于整个火星大气中的雾霾和火星的整体沙尘循环都有促进作用。这些源源不断的火星真空吸尘器极端暴虐，就像锋利的爪子一样在火星的皮肤上留下一道道挠痕。
骇人的土星闪电
太阳系中处处都有闪电。每一颗拥有大气的行星（其实只有水星没有大气）都显露出了这种放电现象存在的迹象。其中，光环围绕的土星则是闪电威力最大的地方。
虽然闪电既常见又明显，但科学家对于其形成过程并无足够了解。目前主要的理论假说认为，是暴风雨中互相撞击的冰粒产生了闪电。当冰雹和柔软的雪粒落下穿过云层时，这些较大的冰弹会吸收较小冰晶中的电子。较低的云层于是充满了负电荷，而高空云层里带正电荷的冰晶则越来越多。在地球大气中，当累积电压达到约1亿伏时，电子流就会击穿云层（有时则轰击地面），绘出一幅强光与巨响交织的宏伟场面。
因为水分子是一种偶极子，具有极性（在分子中，负电荷在一侧，而正电荷在另一侧），所以水冰特别易于吸收电子。故而行星科学家们在寻找闪电来源时，常常将重点放在水汽云上。但是可见光波段的闪电通常很难探测，特别是在行星的阳面，或者是源自大气层深处的水汽云时。
幸好闪电发出的电磁辐射遍布很多波段。尤其是在长距离传播时，无线电波的衰减较小。电离层会吸收低频率的“口哨模式”无线电波，它们在无线电接收机里听起来就像吹口哨的声音。高频无线电波则能逸入太空，当空间飞行器接收到它们的信号时，听起来就像嘈杂的静电声。
NASA的“卡西尼”号探测器于1999年掠过地球，以借助地球的引力加速而奔向土星。当时，它的“射电波和等离子体波科学装置”（RPWS）从89000千米外探测到了来自地球闪电的无线电波爆发。同一仪器还曾在远离光环围绕的土星1.6亿千米时，就探测到了类似的无线电脉冲（土星放电现象，Saturn Electrostatic Discharges或SED）。因为电波的强度是随距离的平方衰减的，所以土星超级闪电肯定比地球闪电强一百万倍。想象一下，当一道土星超级闪电爆发时，其内部的景象应该是什么样的：那里的上升气流比地球上最强的还要强劲，巨大的冰雹块造就了异常庞大的电荷分离区，闪电的宽度堪比华盛顿纪念碑。 直到最近，“卡西尼”号探测到的大多数土星放电现象都起源于南半球，位于南纬35度的一个名为“风暴走廊”的带状区域。当北半球的春季来临时，那里甚至将诞生更强烈的超级风暴。每隔约30年，当土星北极朝向太阳时，一个大规模的“白色”风暴就会出现。自1876年首次发现以来，这些“大白斑”只被观测到过6次。但是，当第六次此类风暴提前十年出现时，土星的天气便显得不再那么容易预测了。这次风暴后来演变成了一个庞大无比、汹涌地环绕了整个土星的“巨蛇”，来自这个超级风暴的土星放电现象异常频繁，以至于“卡西尼”号的RPWS装置有时候竟然不能从一片嘈杂的信号中分辨出一道单独的闪电。在将来，我们想必还会发现种种非常惊人的新现象。
木星的永久风暴
在地球上，毁灭性的气旋可以连续旋转好几个星期。伴随着剧烈闪电的土星风暴可以闪烁好几个月。但木星上的“大红斑”才真正堪称长盛不衰，以持久性而论，它可谓登峰造极了。
意大利法国科学家让·多米尼克·卡西尼于1665年最先令人信服地在木星的南半球上观测到了这个“永久性”的红斑，正在环绕土星的“卡西尼”号就是以他的名字命名的。（常有人将1664年最先发现大红斑的美誉归于英国的罗伯特·虎克。但虎克所述的“小斑点”也许是出现在木星北半球上的，而且可能只是某颗木卫扫过木星表面时的影子。）在卡西尼于1712年辞世之后的165年里，大红斑的观测记录并不多见，不过自1878年开始，对于这个巨型风暴建立了连续系统的观测记录。这使得大红斑至少已经有了134年、或许高达347年的观测寿命，但其实际寿命可能更久。
为何会出现长达165年的记录中断？个中缘由或许永远也无法弄清了。有可能最初的大红斑当时已逐渐消散，在一个多世纪后又出现了另一个大风暴（就是今日所见的那个）。也有可能这个斑点只是在逐渐褪色——哈勃空间望远镜的图像显示，它在数年的时间跨度中由深红色变为了浅橙色——恰好超出了18、19世纪望远镜的分辨能力。
无论大红斑到底有多少岁，都是一个令人印象深刻的存在。这个高压反气旋系统的云塔比周围的云层顶部高出8千米（接近珠穆朗玛峰的高度）。每秒190米的狂风猛烈地吹袭着周围的区域，这个风速超过了地球上的最高纪录。差不多要三个地球才能填满这个持续不断的巨大漩涡。
这个大气旋为何如此长寿？首先，引力收缩产生的巨大内部热量为木星上的恶劣天气提供了能源。木星云层从行星内部吸收的热量比从太阳吸收的多70%。强大的雷电风暴（其中许多都发现于大红斑附近）不断地将热量从行星深处输送上来，帮助维系能量平衡。
其次，在地球上，当气旋登上陆地后，地面的摩擦力会消减它们的攻势，使其寿命最多不过数周。而木星没有固体的表面，其内部结构施加给大气的阻力远不及地球。后果便是木星风暴可以连续地肆虐多年。
但大红斑并不是典型的低阻尼木星风暴。这个暴虐的反气旋被夹在两个高速的风带之间，北面的风带是东风，而南面的则是西风。计算机模拟显示，在这样两个强大的反向气流的界面上，会产生多个气旋，而不止一个。这些漩涡最终会并合成一个大型稳定气旋。换言之，大红斑要不断地吞吃小斑，方能维持其庞大的体格。
在其它巨行星上已经发现了类似的斑，例如土星上的白斑、天王星上的白斑、海王星上的大黑斑等，但其持久力皆不能与大红斑相提并论。为何只有木星上诞生了如此长寿的气旋呢？这是一个有趣的问题，特别是考虑到土星上也有强大的内部热量以及强劲的风带。
2011年8月，NASA发射了“朱诺”号探测器，它将于2016年抵达木星。这颗探测器将对木星大气的成分、结构、动力机制等展开详查。一个六信道微波辐射计将透过云顶，探查气压高达20000千帕处的深层大气（在氨云下方约400千米）。一具红外分光计则将为深层水汽云和雷电风暴的发展过程绘制图像。这项重要的新任务将最终为我们揭开木星的永久风暴的种种奥秘。
是自然的狂怒还是自然的本性？
火星、土星和木星都展现出了超越常规的天气现象，包括巨大的尘卷风、规模惊人的超级闪电，以及一场或许永远都不会停息的红色风暴。为了保证空间探测任务的成功，必须设计和制造出能够探查并承受这种极端天气的现场探测器。
在规划空间探测任务时，天气是需要考虑的一项关键因素。2008年，NASA的“凤凰”号火星车在火星北极附近成功着陆，在为它挑选着陆点时，科学家们仔细检查了无数图像，以寻找危险沙尘暴的迹象。未来的土星大气探测器上的电子系统需要面对土星闪电的巨大威胁，而大红斑里永不停息的狂风很可能足以撕裂普通的气象气球。人类对于这些极端恶劣环境的探索活动几乎是难以预想的。
或许，我们知晓的所有生命形式在其它行星的恶劣天气下都无法生存。假想有一种细菌，它试图用鞭毛附着到火星上。当它好不容易附上了一块旁边有水冰的理想尘土时，突然问“呼”地一声，一阵尘卷风就把它带到了另一处生命禁区。大自然的狂怒可绝不是微生物的朋友。另一方面，极端天气也可能催生生命。风暴可以更新珊瑚礁，给饱受干旱之苦的地区带来降雨，冲刷掉河口的有毒污染物。甚至可能是由早期地球大气中的闪电制造出了氨基酸等有机化合物，从而创造了生命。其它星球上的反常天气或许也能够为生命创造合适的环境。
就极高的风速、气旋的规模或闪电的威力而言，在太阳系中，地球的天气远远称不上是最恶劣的。但就生命存在而论，地球上的一切却显得那么适宜，或许这就是所谓的“完美风暴”。现在还能再以“恶劣”来形容地球的天气吗？
——译自《天空与望远镜》（2012年9月号）
（责任编辑：郭晓博）