Дія епічної серії науково-фантастичних книг Френка Герберта «Дюна», за якою нещодавно вийшов однойменний фільм, відбувається в далекому майбутньому на пустельній планеті Арракіс. Герберт змалював багато деталізований світ, який на перший погляд здається настільки реальним, що ми можемо уявити себе в ньому.
Однак, якби такий світ існував, на що він був би схожий насправді?
Вчені, які володіють спеціальними знаннями в галузі моделювання клімату змоделювали клімат Арракіса, щоб з'ясувати це. Вони хотіли знати, чи будуть фізика і навколишнє середовище такого світу відповідати реальній кліматичній моделі.
У результаті вийшла візуалізація кліматичної моделі Арракіса, де можна збільшувати масштаб окремих об'єктів і виділяти такі речі, як температура або швидкість вітру, на веб-сайті Climate Archive.
Дослідники були раді виявити, що Френк Герберт представив середовище, яке здебільшого відповідає очікуванням, при цьому велика частина самого Арракіса дійсно буде населеною, хоча і негостинною.
Як побудувати фантастичний світ, подібний Арракісу?
Ось як пояснюють вчені побудову своєї моделі:
Ми почали з кліматичної моделі, зазвичай використовуваної для передбачення погоди і клімату тут, на Землі. Щоб використовувати такі моделі, ви повинні прийняти рішення про фізичні закони (добре відомі в разі планети Земля), а потім ввести дані про все, від форми гір до сили сонця або складу атмосфери. Потім модель може імітувати клімат і приблизно сказати вам, якою може бути погода.
Ми вирішили зберегти ті ж фундаментальні фізичні закони, які керують погодою і кліматом тут, на Землі. Якщо наша модель представляє щось зовсім дивне і екзотичне, це може означати, що на Арракісі діють інші закони, або фантастичне бачення Арракіса Френком Гербертом було всього лише фантазією.
Потім нам потрібно було врахувати в кліматичній моделі деякі речі про Арракіса, ґрунтуючись на детальній інформації, що міститься в основних романах і супутній Енциклопедії Дюни. Вони включали топографію планети і її орбіту, яка була по суті круговою, на кшталт сьогоднішньої біля Землі. Форма орбіти дійсно може вплинути на клімат: подивіться на довгі і нерегулярні зими в «Грі престолів».
Нарешті, ми врахували в нашій моделі, з чого складається атмосфера. Здебільшого вона дуже схожа на ту, що є на Землі сьогодні, хоча і з меншим вмістом вуглекислого газу (350 частин на мільйон порівняно з нашими 417). Найбільша різниця - це концентрація озону. На Землі в нижніх шарах атмосфери дуже мало озону, всього близько 0,000001%. На Арракісі це 0,5%. Озон важливий, оскільки він приблизно в 65 разів більш ефективний для нагрівання атмосфери, ніж CO - за 20-річний період.
Ввівши всі необхідні дані, ми сіли і стали чекати. Для роботи таких складних моделей потрібен час, в даному випадку більше трьох тижнів. Нам потрібен був величезний суперкомп'ютер, щоб мати можливість виконувати сотні тисяч обчислень, необхідних для моделювання Арракіса. Однак те, що ми виявили, коштувало очікування.
Клімат Арракіса переважно правдоподібний
Книги і фільм описують планету з невблаганним сонцем і спекотними пустелями з піску і каменів. Однак у міру того, як ви наближаєтеся до полярних регіонів до міст Арракін і Карфаг, клімат у книзі починає змінюватися на щось, що може бути визнано більш гостинним.
Однак наша модель говорить про інше. У нашій моделі Арракіса в найтепліші місяці в тропіках температури досягають близько 45 ° C, тоді як в найхолодніші місяці вони не опускаються нижче 15 ° C. Подібно до Землі, найбільш екстремальні температури дійсно спостерігаються в середніх широтах і на полярних регіонах. Влітку тут буває спекотно до 70 ° C на піску (також пропонується в книзі). Зими такі ж екстремальні: до -40 ° C в середніх широтах і ^ до -75 ° C на полюсах.
Це суперечить інтуїції, оскільки екваторіальна область отримує більше енергії від сонця. Однак у моделі полярні регіони Арракіса мають значно більше атмосферної вологи і високої хмарності, що сприяє зігріванню клімату, оскільки водяний пар є парниковим газом.
У книзі сказано, що на Арракісі немає дощу. Однак модель передбачає, що буде випадати дуже невелика кількість опадів, обмежена тільки більш високими широтами влітку і восени і тільки в горах і на плато. Були б деякі хмари в тропіках, а також в полярних широтах, що змінюються від сезону до сезону.
У книзі також згадується, що полярні крижані шапки існують, принаймні, в північній півкулі. Але саме тут книга, можливо, найбільше відрізняються від нашої моделі, яка передбачає, що літні температури розтоплять будь-який полярний лід, а взимку не буде снігопадів, які заповнять крижані шапки.
Гарячий, але придатний для життя
Чи можуть люди вижити на такій пустельній планеті? По-перше, ми повинні зробити припущення, що люди, схожі на людей в книзі і фільмі, володіють такою ж термостійкістю, що і люди сьогодні. Якщо це так, то, на відміну від книги і фільму, здається, що тропіки будуть найбільш придатною для проживання областю.
Середні широти, де проживає більшість людей на Арракісі, насправді найнебезпечніші з точки зору спеки. У низинах середньомісячні температури часто перевищують 50-60 ° C, а максимальні денні температури навіть ще вищі. Такі температури смертельно небезпечні для людини.
Ми дійсно знаємо, що всі гуманоїди на Арракісі за межами населених місць повинні носити захисні костюми (дистікомби), призначені для того, щоб тримати власника в прохолоді і відновлювати вологу тіла від потовиділення, сечовипускання і дихання, щоб забезпечити питну воду. Це важливо, оскільки в книзі говориться, що на Арракісі немає дощів, немає відкритих водойм і мало атмосферної вологи, яку можна відновити.
На планеті також дуже холодно за межами тропіків, із зимовими температурами, які також були б непридатні для життя без технологій. Такі міста, як Арракін і Карфаг, будуть страждати як від спеки, так і від холоду, де може бути як неприємно спекотне літо, так і сувора холодна зима.
Важливо пам'ятати, що Герберт написав перший роман «Дюна» ще в 1965 році. Це було за два роки до того, як недавній нобелівський лауреат Сюкуро Манабе опублікував свою основоположну модель клімату, і у Герберта не було переваг сучасних суперкомп'ютерів, та й взагалі будь-якого комп'ютера. З огляду на це, світ, який він створив, через шість десятиліть виглядає дивовижно стабільним.
(Автори модифікували широко використовувану кліматичну модель для дослідження екзопланет і застосували її до планети Арракіс. Робота проводилася у вільний час і призначена для демонстрації того, як кліматологи використовують математичні моделі для кращого розуміння нашого світу і екзопланет. Модель буде використовуватися в майбутніх наукових дослідженнях з пустельних світів і екзопланетів.)