《沙丘》：阿拉斯的气候可以告诉我们寻找宜居系外行星的情况

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《沙丘》：阿拉斯的气候可以告诉我们寻找宜居系外行星的情况（图片来源：华纳兄弟）

（）据美国太空网（Michael Farnsworth，Sebastian Steinig，Alex Farnsworth）：弗兰克·赫伯特的《沙丘》是一部以环境信息为核心的史诗级科幻故事。小说和电影以沙漠星球阿拉斯为背景，不同的角色都梦想着将其转变为一个更绿色的世界——就像一些人今天对火星的设想一样。

我们使用气候模型对阿拉斯进行了调查，这是一个类似于天气预报的计算机程序。我们发现，早在气候模型存在之前，赫伯特就已经创造了一个非常准确的世界——即使不适合居住，也会适合居住。

然而，阿拉斯基并不总是一片沙漠。在沙丘传说中，91%的地球曾经被海洋覆盖，直到一些古老的灾难导致了沙漠化。剩下的水被沙鳟进一步清除，沙鳟是一种被带到阿拉斯基的入侵物种。这些物质大量繁殖并将液体带入地下深处的洞穴，导致地球变得越来越干旱。



使阿拉斯干涸的沙鳟是电影中出现的巨大沙蠕虫的幼虫阶段。（图片来源：华纳兄弟）

为了了解大海洋对地球的气候和宜居性意味着什么，我们现在使用了相同的气候模型——在不改变其他因素的情况下放入海洋。

当Arrakis的大部分地区被洪水淹没时，我们计算出全球平均温度将降低4°C。这主要是因为海洋给大气增加了水分，从而导致更多的雪和某些类型的云，这两种云都将太阳的能量反射回太空。但这也是因为地球上的海洋和（我们假设）阿拉斯基岛上的海洋会释放“卤素”，通过消耗臭氧来冷却地球，而臭氧是一种强效的温室气体，阿拉斯基岛的温室气体含量将远远超过地球。



作者从书籍和沙丘百科全书中收集信息，建立他们的原始模型。然后，他们增加了一个平均深度为1000米的海洋。（图片来源：Farnsworth等人，CC BY-SA）

不出所料，海洋世界的湿度高达86倍，因为海洋蒸发了大量的水。这意味着植物可以生长，因为水不再是一种有限的资源，就像在沙漠阿拉斯基一样。

一个更潮湿的世界会更稳定

海洋也降低了极端温度，因为海水的加热和冷却速度比陆地慢。（这也是被海洋包围的英国冬季和夏季相对温和的原因之一，而远离内陆的地方夏季往往更热，冬季则非常寒冷）。因此，海洋星球的气候比沙漠世界更稳定。



沙漠和海洋阿拉斯，正如作者的气候模型所模拟的那样。（图片来源：Seb Steinig/Climate Archive）

在沙漠阿拉斯基，温度将达到70°C或更高，而在其海洋状态下，我们将有记录以来的最高温度定为45°C左右。这意味着即使在夏天，阿拉斯基的海洋也可以居住。森林和可耕种的作物可以生长在（仍然寒冷和多雪的）两极之外。

然而，也有一个缺点。热带地区将受到大型气旋的冲击，因为巨大温暖的海洋将含有驱动飓风所需的大量能量和水分。

寻找宜居行星

所有这些都不是一个完全抽象的过程，因为在遥远星系中寻找宜居“系外行星”的科学家也在寻找这类东西。目前，我们只能在太空中使用巨大的望远镜来探测这些行星，以寻找那些在大小、温度、可用能量、蓄水能力和其他因素上与地球相似的行星。



无论是沙漠还是海洋，阿拉斯都比我们发现的任何其他行星都更适合居住。（图片来源：Farnsworth等人，CC BY-SA）

我们知道，在宇宙中，沙漠世界可能比类地行星更常见。具有潜在维持生命海洋的行星通常会在所谓的“金发姑娘区”发现：距离太阳足够远，以避免太热（比炽热的金星远），但距离足够近，以避免一切冻结（比木星的冰卫星木卫三近）。

研究发现，对于拥有大海洋的行星来说，这个宜居带特别小。它们的水要么完全冻结，从而使地球变得更冷，要么作为失控温室效应的一部分蒸发，在这种效应中，一层水蒸气阻止热量逃逸，使地球变得越来越热。

因此，沙漠行星的宜居带要大得多，因为在外边缘，它们的冰雪覆盖较少，吸收更多的太阳热量，而在内边缘，水蒸气较少，因此温室效应失控的风险较小。

同样重要的是要注意，尽管与当地恒星的距离可以给出一颗行星的一般平均温度，但这样的平均值可能会产生误导。例如，沙漠和海洋阿拉斯基的平均温度都适合居住，但海洋星球上的日常极端温度要适宜得多。

目前，即使是最强大的望远镜也无法在这个细节上感知温度。他们也无法详细了解大陆在遥远行星上的排列方式。这可能再次意味着平均值具有误导性。例如，虽然我们模拟的阿拉斯基海洋非常适合居住，但大部分土地都在极地，全年都在雪下，因此可居住土地的实际数量要少得多。

这些考虑在我们自己遥远的未来可能很重要，届时地球将形成一个以赤道为中心的超级大陆。这块大陆将使地球变得太热，哺乳动物和其他生命无法生存，可能导致大规模灭绝。



沙漠阿拉斯适合居住——只是。（图片来源：Funcom）

如果宇宙中最有可能宜居的行星是沙漠，那么它们很可能是非常极端的环境，需要重要的技术解决方案和资源来实现生命——例如，沙漠世界可能没有富氧大气层。

但这并不能阻止人类的尝试。例如，埃隆·马斯克和太空探索技术公司雄心勃勃，要在离我们最近的沙漠世界火星上建立一个殖民地。但他们将面临的许多挑战只是强调了我们自己的地球作为文明的摇篮是多么重要——尤其是在海洋丰富的世界可能没有我们希望的那么丰富的情况下。如果人类最终在其他世界殖民，他们很可能不得不处理许多与《沙丘》中的角色相同的问题。