作者:亚历克斯·法恩斯沃思，迈克尔·法恩斯沃思，塞巴斯蒂安·施泰宁，对话
阿拉基斯高度图(米)
作者提供:法恩斯沃斯等人 《沙丘》是弗兰克·赫伯特的科幻小说史诗系列，现已被改编成同名电影，故事发生在遥远的未来沙漠星球阿拉基斯
赫伯特描绘了一个细节丰富的世界，乍一看，它是如此真实，以至于我们可以想象自己置身其中
然而，如果这样的世界真的存在，它实际上会是什么样子？ 我们是在气候建模方面有专门知识的科学家，所以我们模拟了阿拉基斯的气候来找出答案
我们想知道这样一个世界的物理和环境是否与真实的气候模型相吻合
这是我们的阿拉基斯气候模型的图像: 您可以在我们的网站气候档案中放大特定的特征，并突出显示温度或风速等内容
当我们完成后，我们非常高兴地发现，赫伯特已经设想了一个大部分符合预期的环境
我们可能需要偶尔中止怀疑，但阿拉基斯的大部分地方确实适合居住，尽管不适宜居住
如何建立一个像Arrakis一样的幻想世界？ 我们从一个通常用来预测地球天气和气候的气候模型开始
要使用这些类型的模型，你必须决定物理定律(在地球上是众所周知的)，然后输入从山脉形状到太阳强度或大气组成的所有数据
该模型可以模拟气候，并告诉你大致的天气情况
我们决定在地球上保持同样的支配天气和气候的基本物理定律
如果我们的模型呈现了一些完全奇怪和奇异的东西，这可能表明这些定律在阿拉基斯上是不同的，或者弗兰克·赫伯特对阿拉基斯的幻想只是幻想
然后，我们需要根据主要小说和附带的《沙丘百科全书》中的详细信息，告诉气候模型一些关于Arrakis的事情
这些包括行星的地形和轨道，基本上是圆形的，类似于今天的地球
轨道的形状确实会影响气候:看《权力的游戏》中漫长而不规则的冬天
最后，我们告诉模型大气是由什么组成的
在很大程度上，它与今天的地球非常相似，尽管二氧化碳更少(百万分之350，而我们的百万分之417)
最大的区别是臭氧浓度
在地球上，低层大气中几乎没有臭氧，只有0
000001%
在数组上它是0
5%
臭氧很重要，因为它在20年间对大气变暖的效率是CO₂的65倍
输入所有必要的数据后，我们坐下来等待
像这样复杂的模型需要时间来运行，在这种情况下需要三周以上
我们需要一台巨大的超级计算机来处理模拟Arrakis所需的数十万次计算
然而，我们的发现值得等待
阿拉基斯的气候基本上是合理的 书籍和电影描述了一个有着无情的太阳和荒凉的沙漠和岩石的星球
然而，随着你越来越靠近极地地区的城市阿勒基恩和迦太基，书中的气候开始变得更加宜人
然而，我们的模型讲述了一个不同的故事
在我们的Arrakis模型中，热带地区最温暖的月份达到45℃左右，而在最寒冷的月份，它们不会低于15℃
类似于地球
最极端的温度实际上会出现在中纬度和极地地区
这里的夏天可以像沙滩上的70摄氏度一样热(书中也有建议)
冬季也同样极端，中纬度地区低至零下40摄氏度，极地地区低至零下75摄氏度
这是违背直觉的，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，阿拉基斯的极地地区有明显更多的大气水分和高云量，这有助于温暖气候，因为水蒸气是一种温室气体
书上说阿拉基斯没有雨
然而，我们的模型确实表明，只有在夏季和秋季的高纬度地区，而且只有在山区和高原，才会出现非常少量的降雨
热带地区和极地地区会有一些云，季节不同
这本书还提到，极地冰盖至少在北半球存在，而且已经存在了很长时间
但这可能是这些书与我们的模型差异最大的地方，我们的模型认为夏天的温度会融化任何极地冰，冬天也不会有降雪来补充冰盖
炎热但适宜居住 人类能在这样一个沙漠星球上生存吗？首先，我们必须假设书中和电影中的类人与今天的人类有相似的耐热性
如果是这样的话，与书本和电影相反，热带似乎是最适合居住的地区
因为那里的湿度很小，所以可生存的湿球温度——一种结合温度和湿度的“可居住性”的衡量标准——永远不会被超过
阿拉基斯岛上大多数人居住的中纬度地区就热量而言实际上是最危险的
在低地，月平均温度通常在50-60摄氏度以上，最高日温度甚至更高
这样的温度对人类来说是致命的
我们确实知道，在适宜居住的地方之外的阿拉基斯岛上，所有的人类生物都必须穿上“静止服”，这种服装的设计是为了让穿着者保持凉爽，并从出汗、排尿和呼吸中回收身体水分，以提供饮用水
这一点很重要，正如书中所说，阿拉基斯没有降雨，没有开阔水域，大气中几乎没有可以回收的水分
除了热带地区，地球也会变得非常冷，如果没有技术，冬天的温度也无法居住
像阿勒基恩和迦太基这样的城市会同时遭受热和冷的压力，就像地球上西伯利亚部分地区的一个更极端的版本，那里既有令人不舒服的炎热夏天，也有极其寒冷的冬天
根据模型，阿拉基斯的月气温
两极都有非常寒冷的冬天和非常炎热的夏天
作者提供 重要的是要记住赫伯特早在1965年就写了第一部《沙丘》小说
这是在最近的诺贝尔奖得主西库罗·马纳贝发表他开创性的第一个气候模型的两年前，赫伯特没有现代超级计算机的优势，或者说没有任何计算机的优势
有鉴于此，他创造的世界在60年后看起来非常一致
(作者修改了一个用于系外行星研究的常用气候模型，并将其应用于沙丘行星
这项工作是在他们的业余时间进行的，旨在作为一个适当的外联作品，展示气候科学家如何使用数学模型来更好地理解我们的世界和系外行星
它将被纳入未来关于沙漠世界和系外行星的学术成果
)
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