ซูเปอร์คอมพิวเตอร์และแบบจำลองสภาพอากาศเปิดเผยความจริงเบื้องหลังชุดภาพนิ่ง BY FARNSWORTH ET AL./THE CONVERSATION | เผยแพร่ 26 ต.ค. 2564 16:35 น.
สิ่งแวดล้อม
ศาสตร์
นักแสดงภาพยนตร์ Dune 2021 มองข้ามทะเลทรายอาร์ราคิส
โลกDuneของ Arrakis นั้นร้อนจัด หนาวจัดมาก และมีปริมาณน้ำฝนเป็นศูนย์ Chiabella James/Warner Bros
Alex Farnsworthเป็นผู้ร่วมวิจัยอาวุโสด้านอุตุนิยมวิทยา University of Bristol; ไมเคิล ฟาร์นส์เวิ ร์ธ เป็นหัวหน้าฝ่ายวิจัยที่ศูนย์การผลิตเครื่องจักรไฟฟ้าแห่งอนาคต มหาวิทยาลัยเชฟฟิลด์ Sebastian Steinigเป็นผู้ร่วมวิจัยใน Paleoclimate Modelling, University of Bristol เรื่อง นี้ เดิมมีอยู่ในThe Conversation
Duneซีรีส์มหากาพย์ของหนังสือไซไฟของแฟรงค์
เฮอร์เบิร์ต ซึ่งปัจจุบันกลายเป็นภาพยนตร์ชื่อเดียวกัน ตั้งขึ้นในอนาคตอันไกลโพ้นบนดาวทะเลทรายแห่งอาร์ราคิส เฮอร์เบิร์ตร่างโครงร่างโลกที่มีรายละเอียดมากมาย ซึ่งในแวบแรก ดูเหมือนจริงมากจนเราสามารถจินตนาการถึงตัวเองภายในนั้น
อย่างไรก็ตาม หากโลกนี้มีอยู่จริง มันจะเป็นเช่นไร?
เราเป็นนักวิทยาศาสตร์ที่มีความเชี่ยวชาญเฉพาะด้านในการสร้างแบบจำลองสภาพภูมิอากาศ ดังนั้นเราจึงจำลองสภาพภูมิอากาศของอาร์ราคิสเพื่อหาคำตอบ เราต้องการทราบว่าฟิสิกส์และสภาพแวดล้อมของโลกดังกล่าวจะขัดแย้งกับแบบจำลองสภาพภูมิอากาศจริงหรือไม่
นี่คือภาพจำลองสภาพภูมิอากาศของอาร์ราคิส:
การจำลองการหมุนของดาวเคราะห์ทะเลทรายไซไฟ Arrakis
อาร์ราคิสเป็นแบบอย่างสภาพภูมิอากาศ กราฟฟิค: Farnsworth et al.
คุณสามารถขยายคุณสมบัติเฉพาะและเน้นสิ่งต่างๆ เช่น อุณหภูมิหรือความเร็วลมได้ที่Climate Archive เว็บไซต์ ของ เรา
เมื่อเสร็จแล้ว เรารู้สึกยินดีเป็นอย่างยิ่งที่พบว่าเฮอร์เบิร์ตจินตนาการถึงสภาพแวดล้อมที่ตรงตามความต้องการส่วนใหญ่ เราอาจจำเป็นต้องระงับความไม่เชื่อในบางครั้ง แต่ชาวเมืองอาร์ราคิสเองส่วนใหญ่จะอยู่อาศัยได้แม้ว่าจะไม่เอื้ออำนวยก็ตาม
คุณสร้างโลกแฟนตาซีอย่าง Arrakis ได้อย่างไร?
เราเริ่มต้นด้วยแบบจำลองสภาพภูมิอากาศที่ใช้กันทั่วไปในการทำนายสภาพอากาศและสภาพอากาศที่นี่บนโลก ในการใช้แบบจำลองเหล่านี้ คุณต้องตัดสินใจเกี่ยวกับกฎทางกายภาพ (ที่รู้จักกันดีในกรณีของดาวเคราะห์โลก) จากนั้นป้อนข้อมูลทุกอย่างตั้งแต่รูปร่างของภูเขาไปจนถึงความแรงของดวงอาทิตย์หรือองค์ประกอบของบรรยากาศ ตัวแบบสามารถจำลองสภาพอากาศและบอกคุณคร่าวๆ ว่าสภาพอากาศเป็นอย่างไร
เราตัดสินใจที่จะรักษากฎทางกายภาพพื้นฐานที่ควบคุมสภาพอากาศและสภาพอากาศบนโลกนี้ หากแบบจำลองของเรานำเสนอบางสิ่งที่แปลกและแปลกใหม่โดยสิ้นเชิง นี่อาจบ่งชี้ว่ากฎหมายเหล่านั้นแตกต่างกันในอาร์ราคิส หรือวิสัยทัศน์ที่น่าอัศจรรย์ของแฟรงค์ เฮอร์เบิร์ตเกี่ยวกับอาร์ราคิสเป็นเพียงจินตนาการเท่านั้น
ภูมิประเทศและบรรยากาศของอาร์ราคิสในสามแผนที่สีเหลืองและสีน้ำตาล
แผนที่ความสูง (เป็นเมตร) ของอาร์ราคิสและบรรยากาศ กราฟ: Farnsworth และคณะ
จากนั้นเราจำเป็นต้องบอกแบบจำลองสภาพภูมิอากาศบางอย่างเกี่ยวกับอาร์ราคิส โดยอิงจากข้อมูลรายละเอียดที่พบในนวนิยายหลักและสารานุกรมดูน สิ่งเหล่านี้รวมถึงภูมิประเทศของดาวเคราะห์และวงโคจรของมัน ซึ่งโดยพื้นฐานแล้วเป็นวงกลม คล้ายกับโลกในปัจจุบัน รูปร่างของวงโคจรสามารถส่งผลกระทบต่อสภาพอากาศได้อย่างแท้จริง: ดูฤดูหนาวที่ยาวนานและไม่สม่ำเสมอในGame of Thrones
ในที่สุด เราก็บอกนางแบบว่าบรรยากาศทำมาจากอะไร
โดยส่วนใหญ่แล้ว จะค่อนข้างคล้ายกับโลกในปัจจุบัน แม้ว่าจะมีคาร์บอนไดออกไซด์น้อยกว่า (350 ส่วนต่อล้านส่วนเมื่อเทียบกับ 417 ppm ของเรา) ความแตกต่างที่ใหญ่ที่สุดคือความเข้มข้นของโอโซน บนโลกมีโอโซนน้อยมากในชั้นบรรยากาศด้านล่างเพียง 0.000001 เปอร์เซ็นต์เท่านั้น ในอาร์ราคิสคือ 0.5 เปอร์เซ็นต์ โอโซนมีความสำคัญเนื่องจากมีประสิทธิภาพในการทำให้บรรยากาศอบอุ่นมากกว่า CO₂ ประมาณ 65 เท่าตลอดระยะเวลา 20 ปี
เมื่อป้อนข้อมูลที่จำเป็นทั้งหมดแล้วเราก็นั่งรอ โมเดลที่ซับซ้อนเช่นนี้ต้องใช้เวลาในการดำเนินการ ในกรณีนี้จะใช้เวลามากกว่าสามสัปดาห์ เราจำเป็นต้องมีซูเปอร์คอมพิวเตอร์ขนาดใหญ่เพื่อให้สามารถกระทืบการคำนวณที่จำเป็นในการจำลองอาร์ราคิสได้หลายแสนครั้ง อย่างไรก็ตาม สิ่งที่เราพบก็คุ้มค่าแก่การรอคอย
สภาพภูมิอากาศของอาร์ราคิสนั้นเป็นไปได้โดยทั่วไป
หนังสือและภาพยนตร์บรรยายถึงดาวเคราะห์ดวงหนึ่งซึ่งมีดวงอาทิตย์ที่ไม่อาจให้อภัยได้ และพื้นที่รกร้างว่างเปล่าของทรายและหิน อย่างไรก็ตาม เมื่อคุณเข้าใกล้บริเวณขั้วโลกเพื่อมุ่งสู่เมือง Arrakeen และ Carthag มากขึ้น ภูมิอากาศในหนังสือเริ่มเปลี่ยนไปเป็นสิ่งที่อาจอนุมานได้ว่ามีความเอื้อเฟื้อเผื่อแผ่มากขึ้น
โมเดลของเรายังบอกเล่าเรื่องราวที่แตกต่างออกไป ในแบบจำลองเมืองอาร์ราคิสของเรา เดือนที่อากาศร้อนที่สุดในเขตร้อนจะมีอุณหภูมิประมาณ 45°C ในขณะที่ในเดือนที่หนาวที่สุด อุณหภูมิจะไม่ลดลงต่ำกว่า 15°C คล้ายกับของโลก อุณหภูมิที่รุนแรงที่สุดจะเกิดขึ้นจริงในละติจูดกลางและบริเวณขั้วโลก ฤดูร้อนที่นี่อาจร้อนถึง 70°C บนผืนทราย (แนะนำในหนังสือด้วย) ฤดูหนาวนั้นรุนแรงพอๆ กัน โดยอุณหภูมิต่ำสุดที่ -40 °C ในละติจูดกลาง และต่ำสุดที่ -75 °C ในขั้วโลก
นี่เป็นการตอบโต้โดยสัญชาตญาณเนื่องจากบริเวณเส้นศูนย์สูตรได้รับพลังงานจากดวงอาทิตย์มากขึ้น อย่างไรก็ตาม ในแบบจำลองนี้ บริเวณขั้วโลกของอาร์ราคิสมีความชื้นในบรรยากาศมากกว่าและมีเมฆปกคลุมสูง ซึ่งทำหน้าที่อุ่นสภาพอากาศเนื่องจากไอน้ำเป็นก๊าซเรือนกระจก
อุณหภูมิในอาร์ราคิสแสดงให้เห็นบน gif สีรุ้ง
อุณหภูมิรายเดือนในอาร์ราคิส ตามแบบจำลอง ทั้งสองขั้วมีฤดูหนาวที่หนาวจัดและฤดูร้อนที่ร้อนจัด กราฟ: Farnsworth และคณะ
หนังสือเล่มนี้บอกว่าไม่มีฝนตกในอาร์ราคิส อย่างไรก็ตาม แบบจำลองของเราแนะนำว่าจะมีปริมาณน้ำฝนน้อยมาก โดยจำกัดไว้ที่ละติจูดที่สูงขึ้นในฤดูร้อนและฤดูใบไม้ร่วง และเฉพาะบนภูเขาและที่ราบสูงเท่านั้น จะมีเมฆบางส่วนในเขตร้อนและละติจูดขั้วโลก ซึ่งแตกต่างกันไปในแต่ละฤดูกาล
