شبیه‌سازی سیاره بیابانی آراکیس؛ آیا انسان‌ می‌تواند در آنجا زنده بماند؟

تل‌ماسه مجموعه‌های حماسی از کتاب‌های علمی تخیلی فرانک هربرت به‌شمار می‌آید که فیلمی به همین نام از روی آن ساخته شده است و در آینده‌ای دور روی سیاره‌ای بیابانی به نام آراکیس اتفاق می‌افتد. هربرت دنیایی را با جزئیات فراوان را ترسیم کرده است که در نگاه اول، آن‌قدر واقعی به‌نظر می‌رسد که می‌توانیم خود را درون آن تصور کنیم. اگر چنین دنیایی وجود داشت، درواقع چگونه می‌توانست باشد؟

گروهی از دانشمندان متخصص در زمینه مدل‌سازی اقلیمی اقلیم آراکیس را شبیه‌سازی کردند تا به این موضوع پی ببرند. آنان می‌خواستند بدانند که آیا فیزیک و محیط چنین جهانی می‌تواند با مدل اقلیمی واقعی مقایسه‌شدنی باشد یا خیر. در‌ادامه، تجسمی از مدل اقلیمی آراکیس آن‌ها نشان داده شده است. در وب‌سایت Climate Archive، می‌توانید روی ویژگی‌هایی خاص زوم کنید تا عواملی مانند دما یا سرعت باد را ببینید.

وقتی کار به‌پایان رسید، پژوهشگران بسیار خوشحال بودند که کشف کردند هربرت محیطی را تجسم کرده که تا حد زیادی مطابق با انتظارات است. درحقیقت، بیشتر آراکیس سکونت‌پذیر است؛ اگرچه شرایط ناخوشایندی دارد.

چگونه دنیایی خیالی مانند آراکیس بسازید؟

پژوهشگران کارشان را با مدل اقلیمی شروع کردند که معمولا از آن برای پیش‌بینی وضعیت آب‌وهوایی زمین استفاده می‌شود. برای استفاده از این نوع مدل‌ها، باید درباره قوانین فیزیکی تصمیم بگیرید که برای سیاره زمین به‌خوبی شناخته شده است. سپس، داده‌های مربوط به موارد مختلف از شکل کوه‌ها گرفته تا شدت نور خورشید تا ترکیب اتمسفر را وارد مدل کنید. درادامه، این مدل می‌تواند اقلیم را شبیه‌سازی کند و به‌طور تقریبی بگوید وضعیت آب‌و‌هوایی آن چگونه خواهد بود.

پژوهشگران تصمیم گرفتند همان قوانین فیزیک بنیادی در وضعیت آب‌و‌هوایی را در مدل خود به‌کار ببرند که در زمین وجود دارد. اگر مدل‌ آن‌ها چیز کاملا عجیب‌و‌غریبی را نشان می‌داد، می‌توانست بیانگر آن باشد که آن قوانین درباره آراکیس یا دیدگاه خیالی هربرت از آراکیس فقط در حد تخیل بوده است.

نقشه ارتفاع (بر حسب متر) آراکیس

سپس، لازم بود پژوهشگران موارد مشخصی را در آراکیس براساس اطلاعات مفصل ذکرشده در رمان‌های اصلی و مجموعه همراه با رمان هربرت (با نام Dune Encyclopedia) را به مدل اقلیمی وارد کنند. این موارد شامل توپوگرافی سیاره و مدار بود که اساسا دایره‌ای و شبیه زمین امروزی بود. شکل مدار می‌تواند بر اقلیم اثر بگذارد: زمستان‌های طولانی و نامنظم را در مجموعه بازی تاج‌وتخت ببینید. درنهایت، به مدل گفته شد که اتمسفر سیاره از چه چیزی تشکیل شده است.

اتمسفر آراکیس در بیشتر موارد، کاملا شبیه اتمسفر زمین امروزی بود؛ اگرچه کربن‌دی‌اکسید کمتری داشت (۳۵۰ قسمت در میلیون درمقایسه‌با ۴۱۷ قسمت در میلیون در زمین). بزرگ‌ترین تفاوت در غلظت اوزون است. روی زمین، اوزون بسیار کمی در اتمسفر تحتانی وجود دارد (فقط حدود ۰/۰۰۰۰۰۱ درصد) و سطح اوزون در آراکیس ۰/۵ درصد است. دلیل اهمیت اوزون آن است که در دوره‌ای بیست‌ساله، در گرم‌کردن اتمسفر درمقایسه‌با کربن‌دی‌اکسید ۶۵ برابر مؤثرتر است.

بخش اعظم آراکیس بیابانی با شرایط نامساعد برای زندگی است

پس از واردکردن تمام داده‌های لازم، پژوهشگران منتظر ماندند تا مدل اجرا شود. اجرای چنین مدل‌های پیچیده‌ای‌ زمان‌بر است که در این نمونه، بیش از سه هفته طول کشید. آنان به ابررایانه بزرگی احتیاج داشتند تا بتواند محاسبات فراوان موردنیاز برای شبیه‌سازی آراکیس را انجام دهد؛ اگرچه آنچه پیدا کردند، ارزش انتظارکشیدن را داشت.

آب‌و‌هوای آراکیس اساسا محتمل است

کتاب‌ها و فیلم‌ها سیاره‌ای را با خورشیدی بی‌رحم و بیابان‌های سکونت‌ناپذیر از شن و سنگ توصیف می‌کنند؛ اگرچه با نزدیک‌ترشدن به مناطق قطبی به‌سمت شهرهایی مانند آراکین و کارتاگ، اقلیم توصیف‌شده در کتاب شروع به تغییر به چیزی می‌کند که می‌توان آن را سکونت‌پذیر در نظر گرفت.

بااین‌همه، مدل پژوهشگران داستان متفاوتی را بیان می‌کند. در مدل آن‌ها از آراکیس، دمای گرم‌ترین ماه‌ها در مناطق استوایی به حدود ۴۵ درجه سانتی‌گراد می‌رسد؛ درحالی‌که دمای سردترین ماه‌ها به کمتر از ۱۵ درجه سانتی‌گراد نمی‌رسد که از این نظر، شبیه زمین است. شدیدترین دماها در عرض‌های جغرافیایی میانی و مناطق قطبی رخ می‌دهد.

در آراکیس، تابستان می‌تواند روی شن‌ها تا حد ۷۰ درجه سانتی‌گراد داغ شود که در کتاب نیز پیشنهاد شده است. افزون‌براین، زمستان‌ها به همین اندازه شدید هستند و دما در طول این فصل در عرض‌های جغرافیایی میانی و قطب‌ها می‌تواند به‌ترتیب به منفی ۴۰ و منفی ۷۵ درجه سانتی‌گراد برسد. این موضوع غیرمنتظره است؛ زیرا مناطق استوایی انرژی بیشتری از خورشید دریافت می‌کنند. در این مدل، مناطق قطبی آراکیس رطوبت اتمسفری و پوشش ابر بیشتری دارند که موجب گرم‌شدن اقلیم می‌شود؛ زیرا بخارآب گازی گلخانه‌ای است.

دماهای ماهانه روی آراکیس، براساس مدل شبیه‌سازی‌شده. هر دو قطب زمستان‌های بسیار سرد و تابستان‌های بسیار گرم دارند

طبق آنچه در کتاب هربرت آمده است، در آراکیس بارانی نمی‌بارد. ناگفته نماند مدل پژوهشگران نشان می‌دهد بارندگی‌های بسیار کمی می‌تواند اتفاق افتد که فقط به عرض‌های جغرافیایی بالاتر در تابستان و پاییز و فقط در کوه‌ها و فلات‌ها محدود است. در نواحی استوایی و نیز عرض‌های جغرافیایی قطبی، ابرهایی وجود خواهد داشت که از فصلی به فصل دیگر متغیر خواهد بود.

کتاب اشاره می‌کند که کلاهک‌های یخی قطبی حداقل در نیمکره شمالی برای مدت طولانی وجود دارد؛ اما این جایی است که کتاب‌ها احتمالا بیشترین تفاوت را با مدل شبیه‌سازی‌شده از آراکیس دارند. مدل شبیه‌سازی‌شده نشان می‌دهد دمای تابستان تمام یخ‌های قطبی را ذوب می‌کند و برای احیای کلاهک‌های یخی در زمستان بارش برف کافی وجود نخواهد داشت.

آیا انسان‌ها می‌توانند روی چین سیاره برهوتی زنده بمانند؟

ابتدا باید این فرض را در نظر بگیریم که انسان‌های توصیف‌شده در کتاب‌ها و فیلم تحمل حرارتی را دارند که در انسان‌های امروزی دیده می‌شوند یا خیر. اگر این‌طور باشد، برخلاف کتاب و فیلم، به‌نظر می‌رسد مناطق استوایی سکونت‌‌پذیرترین منطقه باشد. ازآنجاکه رطوبت بسیار کمی در آنجا وجود دارد، از دمای حبابِ تر قابل‌زیست (معیاری از سکونت‌‌پذیری که دما و رطوبت را باهم ترکیب می‌کند) هرگز فراتر نمی‌رود.

عرض‌های جغرافیایی میانی جایی که بیشتر مردم آراکیس در آن زندگی می‌کنند، ازنظر گرما خطرناک‌تر از همه نواحی است. در مناطق پست، میانگین دمای ماهانه اغلب بیش از ۵۰ تا ۶۰ درجه سانتی‌گراد و حداکثر دمای روزانه حتی بیشتر است. چنین دماهایی برای انسان‌ها کشنده است.

تمام انسان‌های روی آراکیس خارج از مناطق سکونت‌پذیر باید لباس مخصوصی (stillsuit) را بپوشند. این لباس به‌گونه‌ای طراحی شده است ک فرد را خنک نگه دارد و رطوبتی را که براثر تعرق و ادرار و تنفس خارج می‌شود، بازیابی کند تا آب آشامیدنی فراهم شود. دلیل اهمیت این کار آن است همان‌طورکه در کتاب آمده، روی آراکیس باران نمی‌بارد و هیچ پهنه آب آزادی وجود ندارد و رطوبت اتمسفر چنان کم است که نمی‌توان آن را بازیابی کرد

این سیاره در خارج از مناطق استوایی نیز بسیار سرد می‌شود و دمای زمستانی چنان کم است که بدون فناوری سکونت‌ناپذیر است. شهرهایی مانند آراکین و کارتاگ مانند نسخه‌هایی بسیار شدیدتری از سیبری روی زمین که می‌تواند تابستان‌های بسیار داغ و زمستان‌های بسیار سرد داشته باشد، سرمای شدید زمستان و گرمای شدید تابستان را تجربه می‌کنند.

یادآوری این نکته مهم است که هربرت اولین رمان تل‌ماسه را در سال ۱۹۶۵ نوشت؛ یعنی دو سال پیش از آنکه سیوکورو مانابه، برنده جایزه نوبل، اولین مدل اقلیمی را منتشر کند. علاوه‌براین، هربرت از مزیت رایانه‌‌ها برخوردار نبود؛ بااین‌حال، دنیایی که او خلق کرد، با گذشت شش دهه، به‌طور درخورتوجهی معتبر به‌نظر می‌رسد.

درپایان، ذکر این نکته خالی از لطف نیست که نویسندگان یکی از مدل‌های آب‌وهوایی بسیار استفاده‌شده برای پژوهش‌های مرتبط با سیاره‌های فراخورشیدی را اصلاح کردند و آن را برای سیاره رمان تل‌ماسه به‌کار بردند. این کار در اوقات فراغت آن‌ها انجام شد و نمونه‌ای است که نشان می‌دهد دانشمندان علم اقلیم‌شناسی چگونه از مدل‌های ریاضی برای درک بهتر جهان ما و سیاره‌های فراخورشیدی استفاده می‌کنند.