阿拉基斯的气候可以告诉我们关于寻找宜居系外行星的信息

弗兰克·赫伯特的《沙丘》是一部史诗般的科幻故事，其核心是环保信息。这些小说和电影以阿拉吉斯沙漠星球为背景，各种角色都梦想着将其变成一个更绿色的世界——就像今天一些人对火星的设想一样。

我们使用气候模型对阿拉基斯进行了调查，气候模型是一种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，赫伯特所创造的世界就非常准确，即使不适宜居住，也很适合居住。

然而，厄拉科斯并不总是一片沙漠。在沙丘传说中，地球91%的面积曾经被海洋覆盖，直到一场古老的灾难导致其荒漠化。剩下的水被带到阿拉基斯的入侵物种沙鳟鱼进一步清除。它们扩散并将液体带入地下深处的空腔，导致地球变得越来越干旱。

为了了解广阔的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。

当阿拉基斯大部分地区被洪水淹没时，我们计算出全球平均气温将降低4°C。这主要是因为海洋增加了大气中的水分，从而导致更多的雪和某些类型的云，这两者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)阿拉科斯上的海洋释放出“卤素”，通过消耗臭氧来冷却地球，臭氧是一种强效温室气体，阿拉科斯上的臭氧含量远远多于地球。

使厄拉科斯干涸的沙鳟鱼是电影中巨大沙虫的幼虫阶段。图片来源：华纳兄弟

毫不奇怪，海洋世界的湿润度高达原来的86倍，因为大量的水从海洋中蒸发。这意味着植物可以生长，因为水不再像阿拉基斯沙漠那样是有限的资源。

更加湿润的世界会更加稳定

海洋还可以降低极端温度，因为水的加热和冷却速度比陆地慢。(这就是四面环海的英国冬季和夏季相对温和的原因之一，而远内陆的地方往往夏季更热，冬季非常寒冷)。因此，海洋星球的气候比沙漠世界更加稳定。

在阿拉基斯沙漠，温度将达到70°C或更高，而在海洋状态下，我们将最高记录温度定为45°C左右。这意味着厄拉科斯海洋即使在夏天也适合居住。森林和可耕作物可以在两极(仍然寒冷多雪)之外生长。

作者从书籍和沙丘百科全书中收集信息来构建他们的原始模型。然后他们添加了一个平均深度为1000米的海洋。图片来源：Farnsworth等人，CCBY-SA

然而，有一个缺点。热带地区将受到大型气旋的袭击，因为巨大而温暖的海洋含有驱动飓风所需的大量能量和水分。

寻找宜居行星

所有这一切并不是一个完全抽象的练习，因为科学家在遥远的星系中寻找可居住的“系外行星”也在寻找这类东西。目前，我们只能使用太空中的巨型望远镜来探测此类行星，以寻找那些在大小、温度、可用能量、容纳水的能力和其他因素上与地球相似的行星。

我们知道，沙漠世界可能比宇宙中的类地行星更常见。拥有可能维持生命的海洋的行星通常位于所谓的“金发姑娘区”：距离太阳足够远，以避免太热(比滚烫的金星更远)，但又足够近，可以避免一切都被冻结(比木星的冰卫星木卫三还要近)。

研究发现，对于拥有广阔海洋的行星来说，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，要么作为失控的温室效应的一部分蒸发，其中一层水蒸气阻止热量逸出，地球变得越来越热。

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

同样重要的是要注意，尽管距当地恒星的距离可以给出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，沙漠和海洋阿拉基斯都有适宜居住的平均温度，但海洋星球上的日常极端温度则更加适宜居住。

目前，即使是最强大的望远镜也无法感知这个细节的温度。他们也无法详细看到遥远行星上的大陆是如何排列的。这又可能意味着平均值具有误导性。例如，虽然我们模拟的阿拉基斯海洋非常适合居住，但大部分陆地位于终年积雪的极地地区，因此实际的宜居土地数量要少得多。

这些考虑因素在我们遥远的未来可能很重要，届时地球预计将形成一个以赤道为中心的超级大陆。该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。

如果宇宙中最有可能适宜居住的行星是沙漠，那么它们很可能是非常极端的环境，需要大量的技术解决方案和资源来孕育生命——例如，沙漠世界可能不会有富氧的大气层。

但这不会阻止人类尝试。例如，埃隆·马斯克(ElonMusk)和SpaceX雄心勃勃，希望在距离我们最近的沙漠世界火星上建立一个殖民地。但他们将面临的诸多挑战只会凸显我们的地球作为文明摇篮的重要性，尤其是在海洋丰富的世界可能并不像我们希望的那样丰富的情况下。如果人类最终殖民其他世界，他们很可能不得不处理许多与《沙丘》中的角色相同的问题。