Арракис — ученые смоделировали климат пустынной планеты из серии книг Дюна

Действие эпической серии научно-фантастических книг Фрэнка Герберта «Дюна», по которой недавно вышел одноименный фильм, происходит в далеком будущем на пустынной планете Арракис. Герберт обрисовал богато детализированный мир, который на первый взгляд кажется настолько реальным, что мы можем представить себя в нем.

Однако, если бы такой мир существовал, на что он был бы похож на самом деле?

Ученые, обладающие специальными знаниями в области моделирования климата смоделировали климат Арракиса, чтобы выяснить это. Они хотели знать, будут ли физика и окружающая среда такого мира соответствовать реальной климатической модели.

В результате получилась визуализация климатической модели Арракиса, где можно увеличивать масштаб отдельных объектов и выделять такие вещи, как температура или скорость ветра, на веб-сайте Climate Archive.

Исследователи были рады обнаружить, что Фрэнк Герберт представил среду, которая по большей части соответствует ожиданиям, при этом большая часть самого Арракиса действительно будет обитаемой, хотя и негостеприимной.

Как построить фантастический мир, подобный Арракису?

Вот как объясняют ученые построение своей модели:

Мы начали с климатической модели, обычно используемой для предсказания погоды и климата здесь, на Земле. Чтобы использовать такие модели, вы должны принять решение о физических законах (хорошо известных в случае планеты Земля), а затем ввести данные обо всем, от формы гор до силы солнца или состава атмосферы. Затем модель может имитировать климат и примерно сказать вам, какой может быть погода.

Мы решили сохранить те же фундаментальные физические законы, которые управляют погодой и климатом здесь, на Земле. Если наша модель представляет что-то совершенно странное и экзотическое, это может означать, что на Арракисе действуют другие законы, или фантастическое видение Арракиса Фрэнком Гербертом было всего лишь фантазией.

Затем нам нужно было учесть в климатической модели некоторые вещи об Арракисе, основываясь на подробной информации, содержащейся в основных романах и сопутствующей Энциклопедии Дюны. Они включали топографию планеты и ее орбиту, которая была по существу круговой, сродни сегодняшней у Земли. Форма орбиты действительно может повлиять на климат: посмотрите на длинные и нерегулярные зимы в «Игре престолов».

Наконец, мы учли в нашей модели, из чего состоит атмосфера. По большей части она очень похожа на ту, что есть на Земле сегодня, хотя и с меньшим содержанием углекислого газа (350 частей на миллион по сравнению с нашими 417). Самая большая разница — это концентрация озона. На Земле в нижних слоях атмосферы очень мало озона, всего около 0,000001%. На Арракисе это 0,5%. Озон важен, поскольку он примерно в 65 раз более эффективен для нагревания атмосферы, чем CO₂ за 20-летний период.

Введя все необходимые данные, мы сели и стали ждать. Для работы таких сложных моделей требуется время, в данном случае более трех недель. Нам нужен был огромный суперкомпьютер, чтобы иметь возможность выполнять сотни тысяч вычислений, необходимых для моделирования Арракиса. Однако то, что мы обнаружили, стоило ожидания.

Климат Арракиса в основном правдоподобен

Книги и фильм описывают планету с неумолимым солнцем и жаркими пустынями из песка и камней. Однако по мере того, как вы приближаетесь к полярным регионам к городам Арракин и Карфаг, климат в книге начинает меняться на что-то, что может быть сочтено более гостеприимным.

Однако наша модель говорит о другом. В нашей модели Арракиса в самые теплые месяцы в тропиках температуры достигают около 45 ° C, тогда как в самые холодные месяцы они не опускаются ниже 15 ° C. Подобно Земле, самые экстремальные температуры действительно наблюдаются в средних широтах и ​​полярных регионах. Летом здесь бывает жарко до 70 ° C на песке (также предлагается в книге). Зимы такие же экстремальные: до -40 ° C в средних широтах и ​​до -75 ° C на полюсах.

Это противоречит интуиции, поскольку экваториальная область получает больше энергии от солнца. Однако в модели полярные регионы Арракиса имеют значительно больше атмосферной влаги и высокой облачности, что способствует согреванию климата, поскольку водяной пар является парниковым газом.

В книге сказано, что на Арракисе нет дождя. Однако модель предполагает, что будет выпадать очень небольшое количество осадков, ограниченное только более высокими широтами летом и осенью и только в горах и на плато. Были бы некоторые облака в тропиках, а также в полярных широтах, меняющиеся от сезона к сезону.

В книге также упоминается, что полярные ледяные шапки существуют, по крайней мере, в северном полушарии. Но именно здесь книга, возможно, больше всего отличаются от нашей модели, которая предполагает, что летние температуры растопят любой полярный лед, а зимой не будет снегопадов, которые восполнят ледяные шапки.

Горячий, но пригодный для жизни

Могут ли люди выжить на такой пустынной планете? Во-первых, мы должны сделать предположение, что люди, похожие на людей в книге и фильме, обладают такой же термостойкостью, что и люди сегодня. Если это так, то, в отличие от книги и фильма, кажется, что тропики будут наиболее пригодной для проживания областью.

Средние широты, где проживает большинство людей на Арракисе, на самом деле самые опасные с точки зрения жары. В низинах среднемесячные температуры часто превышают 50–60 ° C, а максимальные дневные температуры даже еще выше. Такие температуры смертельно опасны для человека.

Мы действительно знаем, что все гуманоиды на Арракисе за пределами обитаемых мест должны носить защитные костюмы (дистикомбы), предназначенные для того, чтобы держать владельца в прохладе и восстанавливать влагу тела от потоотделения, мочеиспускания и дыхания, чтобы обеспечить питьевую воду. Это важно, поскольку в книге говорится, что на Арракисе нет дождей, нет открытых водоемов и мало атмосферной влаги, которую можно восстановить.

На планете также очень холодно за пределами тропиков, с зимними температурами, которые также были бы непригодны для жизни без технологий. Такие города, как Арракин и Карфаг, будут страдать как от жары, так и от холода, где может быть как неприятно жаркое лето, так и суровая холодная зима.

Важно помнить, что Герберт написал первый роман «Дюна» еще в 1965 году. Это было за два года до того, как недавний нобелевский лауреат Сюкуро Манабе опубликовал свою основополагающую модель климата, и у Герберта не было преимуществ современных суперкомпьютеров, да и вообще любого компьютера. Учитывая это, мир, который он создал, шесть десятилетий спустя выглядит удивительно стабильным.

(Авторы модифицировали широко используемую климатическую модель для исследования экзопланет и применили ее к планете Арракис. Работа проводилась в свободное время и предназначена для демонстрации того, как климатологи используют математические модели для лучшего понимания нашего мира и экзопланет. Модель будет использоваться в будущих научных исследованиях по пустынным мирам и экзопланетам.)