Ученые создали климатическую модель пустынной планеты Арракис из «Дюны»
Ученые модифицировали климатическую модель для исследования экзопланет и применили ее к планете Арракис из мира «Дюны». Могут ли люди действительно выжить в суровых пустынях Арракиса? Об этом исследователи рассказали в статье для журнала The Conversation.
Действие эпической серии научно-фантастических книг Фрэнка Герберта «Дюна» происходит в далеком будущем на пустынной планете Арракис. Герберт детально обрисовал вымышленный мир, а ученые разобрались, будут ли физика и окружающая среда такого мира соответствовать реальной климатической модели.
«Мы были очень рады обнаружить, что Герберт описал среду, которая по большей части соответствует ожиданиям. Большая часть самого Арракиса действительно будет обитаемой, хотя и негостеприимной», — заявили авторы исследования.
Ученые — Алекс Фарнтуорт и Себастьян Стейниг из Бристольского университета и Майкл Фарнтуорт из Шеффилдского университета — начали с климатической модели, обычно используемой для прогнозирования погоды и климата на Земле. Чтобы использовать такие модели, нужно установить физические законы (хорошо известные в случае планеты Земля), а затем ввести данные обо всем — от формы гор до силы излучения солнца и состава атмосферы. Затем модель может имитировать климат и дать примерный ответ на вопрос, какой может быть погода.
Ученые решили сохранить те же фундаментальные физические законы, которые управляют погодой и климатом на Земле. Затем они ввели в климатическую модель данные об Арракисе, основываясь на подробной информации, содержащейся в основных романах и сопутствующей «Энциклопедии Дюны».
Данные включали топографию планеты и ее орбиту, которая была, по существу, круговой, сродни сегодняшней Земле. Форма орбиты может повлиять на климат: посмотрите на длинные и нерегулярные зимы в «Игре престолов».
Наконец, в модель был введен состав атмосферы. По большей части он очень похож на земной, хотя и с меньшим содержанием углекислого газа (350 частей на миллион вместо наших 417 частей на миллион).
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.
После этого модели потребовалось провести сотни тысяч вычислений. Работа на огромном суперкомпьютере заняла более трех недель.
«Климат Арракиса в основном правдоподобен», — заявили ученые. Книги и фильм описывают планету с агрессивным солнцем и пустынями из песка и скал. Но по мере приближения к полярным регионам к городам Арракин и Карфаг климат в книге начинает меняться на сравнительно более гостеприимный.
Однако климатическая модель говорит о другом. В модели Арракиса в самые теплые месяцы в тропиках температура достигает около +45 °C, а в самые холодные месяцы не опускается ниже +15 °C. Самые экстремальные температуры наблюдаются в средних широтах и полярных регионах. Летом здесь бывает жарко: до +70 °C на поверхности песков. 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 плотный облачный покров, что способствует согреванию атмосферы.
В книге сказано, что на Арракисе нет дождя. Однако модель предполагает, что очень небольшое количество осадков все же будет выпадать, но только в более высоких широтах летом и осенью и только в горах. Могут встречаться некоторые облака в тропиках, а также в полярных широтах.
В книге также упоминается, что полярные ледяные шапки существуют по крайней мере в северном полушарии, причем уже давно. Но именно здесь климатическая модель больше всего противоречит Герберту: летние температуры растопят любой полярный лед, а зимой не будет снегопадов, которые восполнят ледяные шапки.
Могут ли люди выжить на такой пустынной планете? В отличие от книги и фильма, тропики выглядят наиболее пригодной для проживания областью. Поскольку там очень низкая влажность, мера «обитаемости», сочетающая в себе температуру и влажность, никогда не превышается.
Средние широты, где проживает большинство людей на Арракисе, на самом деле самые опасные, поскольку там очень жарко. В низинах среднемесячные температуры часто превышают 50–60 °C, а максимальные дневные температуры даже выше. Такие температуры смертельно опасны для человека.
Все гуманоиды на Арракисе за пределами обитаемых мест должны носить «стилсьюты», предназначенные для того, чтобы держать владельца в прохладе и восстанавливать влагу тела от потоотделения, мочеиспускания и дыхания. Это важно, поскольку в книге говорится, что на Арракисе нет дождей, нет стоячих открытых водоемов и мало атмосферной влаги, которая могла бы восстановить водный баланс в организме.
На планете очень холодно за пределами тропиков, и зимние температуры не позволили бы выжить без технологий. Такие города, как Арракин и Карфаг, будут страдать как от жары, так и от холода, наподобие некоторых областей в Сибири, где и очень жаркое лето, и суровые морозы зимой.
Важно помнить, что Герберт написал первый роман цикла «Дюна» еще в 1965 году. Это было за два года до того, как недавний нобелевский лауреат Сюкуро Манабе опубликовал свою первую климатическую модель. «Учитывая это, мир, который он создал, выглядит удивительно реальным», — заключили авторы.
