行星科学家重建了《沙丘》中的厄拉科斯,它真的是一个地狱

通过修改一个著名的气候模型,并将其应用到虚构的厄拉科斯世界,一组科学家发现,弗兰克·赫伯特(Frank Herbert)在《沙丘》(Dune)系列书中对沙漠星球的描述出人意料地恰当,尽管有一些令人惊讶的差异。

在弗兰克·赫伯特1965年的经典著作《沙丘》的开篇章节中,这些话就像咒语一样在保罗·厄催迪(Paul Atreides)的脑海中盘旋。我们的英雄有理由担心,因为他的新住所和他将要离开的水源丰富的家园卡拉丹完全不同。保罗很快就会亲身体验到,厄拉科斯缺乏地表水,而且从不下雨。这颗行星的表面几乎完全被布满沙丘的沙漠所覆盖,这在新电影《沙丘》中得到了精彩的描述。这种干燥的单调偶尔会被山脉、裸露的岩石和奇怪的沙虫所打破。当然,这里的温度很高。

厄拉科斯为一场庞大的科幻冒险提供了一个奇妙的背景,而赫伯特对一颗沙漠星球的描述也不是太离谱,一群科学家最近证明了这一点。该团队拥有气候建模方面的专业知识,他们想知道像厄拉科斯这样的行星到底是如何运作的,以及人类是否真的可以在那里生活,所以他们进行了模拟,以找出答案。结果模型在很大程度上符合预期。与赫伯特的设想一致,科学家们写道:“厄拉科斯本身虽然不适宜居住,但确实是可以居住的。”

布里斯托尔大学(University of Bristol)的气象学家、该项目的撰稿人亚历克斯·法恩斯沃斯(Alex Farnsworth)在一封电子邮件中说,他最惊讶的是,赫伯特“在没有物理学背景或超级计算机进行任何计算的情况下,想象出了一个沙漠世界”,他补充说,赫伯特“一定对地球系统的各个组成部分做了大量的研究,以了解这样一个世界是如何运作的。”

法恩斯沃斯和谢菲尔德大学的迈克尔·法恩斯沃斯以及布里斯托大学的塞巴斯蒂安·斯坦宁,试图在最大程度上模仿厄拉科斯,尽管其本质是虚构的。为此,他们引用了《沙丘》系列和《沙丘百科全书》中关于厄拉科斯的描述,例如,发现这颗行星像地球一样处于圆形轨道上。

研究人员然后修改一个著名的气候模型来模拟厄拉科斯的版本,他们所做的考虑到各种因素,如地球的拓扑和预期数量的恒星暴露(小组使用一种现代太阳常数,因为“赫伯特的他知道基于地球,”泰德说)。他们还假定大气中的二氧化碳含量为百万分之350,而不是地球上的百万分之417。他们还增加了臭氧的含量,据科学家们说,在20年的时间里,臭氧在使大气变暖方面的效率是二氧化碳的65倍。

至于厄拉科斯上的氧气,那只能停留在科幻小说里。赫伯特在他的书中说,没有植被,沙丘上的氧气是由巨大的沙虫提供的。

参数设置好后,研究人员按下“继续模拟”键,等了三周,让计算机运行计算。根据研究结果,研究人员能够发现一些非常类似厄拉科斯的特征,但也有一些关键的区别。

极度炎热和寒冷

在《沙丘》中,厄拉科斯的极地地区被描述为比其他地区更宜居,但模拟结果却显示了不同的情况。根据厄拉科斯的模型,热带地区在最温暖的月份达到大约113华氏度(45摄氏度),在最寒冷的月份不低于59华氏度(15摄氏度)(与地球上的条件相差不远)。但是最极端的气温在中纬度和极地地区,那里夏天气温高达158华氏度(70摄氏度), 冬季非常非常寒冷,中纬度地区的温度低至-40摄氏度,极地地区的温度低至-103华氏度(-75摄氏度)。

研究人员写道:“这与直觉相反,因为赤道地区从太阳那里接收到更多的能量。”“然而,在该模型中,厄拉科斯的极地地区有更多的大气水分和高云层覆盖,这对气候起到了暖化作用,因为水蒸气是一种温室气体。”

赫伯特的厄拉科斯上没有下雨,但在模型中,夏季和秋季高纬度地区的山脉和高原上有少量降雨。这本书还描述了极地冰帽,这是模型中厄拉科斯所没有的特征,这是由于两极的夏季气温很高,而冬季又没有降水来补充积雪。

人们可以住在哪里?

与赫伯特对厄拉科斯的设想一致,模拟的星球很热,但又不至于热到无法维持人类生存。热带地区似乎是最适宜居住的,因为它们没有突破危险的湿球温度限制。2019年,拉夫堡大学的气候学家汤姆·马修斯在《对话》杂志上发表了一篇文章,解释道:

当气温超过35°C(95°F)时,身体依靠水分的蒸发——主要是通过出汗——来保持核心温度在安全水平。这个系统一直工作到“湿球温度”达到35°C。湿球温度包括温度计蒸发的水的冷却效果,因此通常比天气预报中报告的正常(“干球”)温度低得多。

一旦湿球温度超过阈值,空气中就充满了水蒸气,汗水就不再蒸发了。没有散热的方法,我们的核心温度上升,不管我们喝了多少水,我们找了多少阴凉,或我们休息了多少。如果没有缓解,死亡就会接踵而至——幼童、老人或已有疾病的人死亡最快。

正如模拟所指出的,赤道的存在是可行的,但毫无准备的探险者如果不带一套可回收水分的蒸馏器就敢去中纬度旅行,就会遭遇不幸。在那里,在低地,温度通常超过50到60摄氏度,根据作者的说法,这是“对人类致命的”。再一次,这是模型偏离书本的地方,因为中纬度地区是大多数人生活在厄拉科斯的地方。

这项模拟是在研究人员的业余时间进行的,主要是为了好玩,但正如范斯沃斯指出的,所有这些模拟都有严肃的一面,因为这些模拟测试了我们对气候物理学的理解。他说,如果一个非常不同的世界诞生了,这可能意味着我们的理解仅限于类地世界。科学家还可以利用模拟来“理解气候模型,不仅可以观察过去、现在和未来的气候,还可以观察太阳系外世界的潜在气候,”法恩斯沃思解释说。

与此同时,这项活动也传达了一个非常重要的信息,与人类引起的气候变化有关。法恩斯沃斯说:“弗兰克·赫伯特是一位热心的生态学家,我认为他要传达的信息是:保护你所拥有的,因为像厄拉科斯这样的气候不是我们想要经历的。”

作者:是柚子呀,如若转载,请注明出处:https://eozlab.com/zirankexue/tianwen/1860.html