(Chiabella James/Warner Bros.) Dune, die epische Science-Fiction-Buchreihe von Frank Herbert, die jetzt in einen gleichnamigen Film umgewandelt wurde, spielt in der fernen Zukunft auf dem Wüstenplaneten Arrakis. Herbert entwarf eine sehr detaillierte Welt, die auf den ersten Blick so real erscheint, dass wir uns darin wähnen könnten.
Wenn es jedoch eine solche Welt gäbe, wie würde sie dann tatsächlich aussehen?
Wir sind Wissenschaftler mit besonderem Fachwissen in der Klimamodellierung, deshalb haben wir das Klima von Arrakis simuliert, um das herauszufinden. Wir wollten wissen, ob die Physik und die Umwelt einer solchen Welt mit einem echten Klimamodell mithalten können.
Hier ist eine Visualisierung unseres Klimamodells von Arrakis:
Auf unserer Website können Sie bestimmte Funktionen vergrößern und Dinge wie Temperatur oder Windgeschwindigkeit hervorheben Klimaarchiv .
Als wir fertig waren, stellten wir mit großer Freude fest, dass Herbert sich eine Umgebung vorgestellt hatte, die größtenteils den Erwartungen entsprach. Wir müssen vielleicht gelegentlich unseren Unglauben aufgeben, aber ein Großteil von Arrakis selbst wäre tatsächlich bewohnbar, wenn auch unwirtlich.
Wie baut man eine Fantasiewelt wie Arrakis auf?
Wir begannen mit einem Klimamodell, das üblicherweise zur Vorhersage von Wetter und Klima hier auf der Erde verwendet wird.
Um diese Art von Modellen verwenden zu können, muss man sich über die physikalischen Gesetze entscheiden (die im Fall des Planeten Erde bekannt sind) und dann Daten über alles eingeben, von der Form der Berge über die Stärke der Sonne bis hin zum Aufbau der Atmosphäre. Das Modell kann dann das Klima simulieren und Ihnen ungefähr sagen, wie das Wetter sein könnte.
Wir haben beschlossen, die gleichen grundlegenden physikalischen Gesetze beizubehalten, die das Wetter und das Klima hier auf der Erde bestimmen. Wenn unser Modell etwas völlig Seltsames und Exotisches darstellen würde, könnte dies darauf hindeuten, dass diese Gesetze auf Arrakis anders waren, oder dass Frank Herberts fantastische Vision von Arrakis genau das war: Fantasie.
Höhenkarte (in Metern) von Arrakis. (Autor angegeben)
Anschließend mussten wir dem Klimamodell bestimmte Dinge über Arrakis erzählen, basierend auf den detaillierten Informationen in den Hauptromanen und den Begleitromanen Dünen-Enzyklopädie .
Dazu gehörten die Topographie des Planeten und seine Umlaufbahn, die im Wesentlichen kreisförmig war, ähnlich der heutigen Erde. Die Form einer Umlaufbahn kann das Klima erheblich beeinflussen: Sehen Sie sich die langen und unregelmäßigen Winter an Game of Thrones .
Abschließend erzählten wir dem Model, woraus die Atmosphäre bestand. Im Großen und Ganzen ähnelt es dem der heutigen Erde, allerdings mit weniger Kohlendioxid (350 Teile pro Million im Gegensatz zu unseren 417 ppm).
Der größte Unterschied ist der Ozon Konzentration. Auf der Erde gibt es in der unteren Atmosphäre sehr wenig Ozon, nur etwa 0,000001 Prozent. Auf Arrakis sind es 0,5 Prozent. Ozon ist wichtig, da es vorhanden ist 65-mal effektiver an der Erwärmung der Atmosphäre als CO 2 über einen Zeitraum von 20 Jahren.
Nachdem wir alle notwendigen Daten eingegeben hatten, lehnten wir uns zurück und warteten. Komplexe Modelle wie dieses benötigen Zeit für die Ausführung, in diesem Fall mehr als drei Wochen. Wir brauchten einen riesigen Supercomputer, um die Hunderttausenden Berechnungen durchführen zu können, die zur Simulation von Arrakis erforderlich waren. Was wir jedoch fanden, war das Warten wert.
Das Klima von Arrakis ist grundsätzlich plausibel
Die Bücher und der Film beschreiben einen Planeten mit gnadenloser Sonne und trostlosen Ödlanden aus Sand und Fels. Je näher man jedoch den Polarregionen in Richtung der Städte Arrakeen und Karthag kommt, desto mehr beginnt sich das Klima im Buch zu ändern, was man als gastfreundlicher bezeichnen könnte.
Doch unser Modell erzählt eine andere Geschichte. In unserem Modell von Arrakis erreichen die wärmsten Monate in den Tropen etwa 45 °C, während sie in den kältesten Monaten nicht unter 15 °C fallen. Ähnlich wie auf der Erde.
Die extremsten Temperaturen würden tatsächlich in den mittleren Breiten und Polarregionen auftreten. Hier kann es im Sommer im Sand bis zu 70 °C heiß werden (was auch im Buch empfohlen wird). Die Winter sind ebenso extrem: Sie erreichen in den mittleren Breiten bis zu -40 °C und an den Polen bis zu -75 °C.
Dies ist kontraintuitiv, da die Äquatorregion mehr Energie von der Sonne erhält. Allerdings weisen die Polarregionen von Arrakis im Modell deutlich mehr Luftfeuchtigkeit und eine hohe Wolkendecke auf, was zu einer Erwärmung des Klimas führt, da Wasserdampf ein Treibhausgas ist.
Modellierte monatliche Temperaturen auf Arrakis – Pole haben sehr kalte Winter und heiße Sommer. (Autor angegeben)
In dem Buch heißt es, dass es auf Arrakis keinen Regen gibt. Unser Modell deutet jedoch darauf hin, dass sehr geringe Niederschlagsmengen auftreten würden, die sich nur auf die höheren Breiten im Sommer und Herbst und nur auf Berge und Hochebenen beschränken würden. Sowohl in den Tropen als auch in den polaren Breiten würde es einige Wolken geben, die von Jahreszeit zu Jahreszeit variieren.
Das Buch erwähnt auch, dass polare Eiskappen zumindest auf der Nordhalbkugel schon seit langem existieren. Aber hier weichen die Bücher vielleicht am meisten von unserem Modell ab, das darauf hindeutet, dass die Sommertemperaturen jegliches Polareis schmelzen würden und es im Winter keinen Schneefall geben würde, um die Eiskappen wieder aufzufüllen.
Stillsuit-Modelle, Herbstkollektion 10191. (Chiabella James/Warner Bros.)
Heiß, aber bewohnbar
Könnten Menschen auf einem solchen Wüstenplaneten überleben? Zunächst müssen wir davon ausgehen, dass die menschenähnlichen Menschen in Buch und Film ähnliche thermische Toleranzen haben wie heutige Menschen.
Wenn das der Fall ist, dann scheinen die Tropen entgegen dem Buch und dem Film das bewohnbarste Gebiet zu sein. Da es dort so wenig Luftfeuchtigkeit gibt, überlebensfähig Feuchtkugeltemperaturen – ein Maß für die „Bewohnbarkeit“, das Temperatur und Luftfeuchtigkeit kombiniert – werden niemals überschritten.
Die mittleren Breiten, in denen die meisten Menschen auf Arrakis leben, sind in Bezug auf die Hitze tatsächlich am gefährlichsten. Im Tiefland liegen die monatlichen Durchschnittstemperaturen oft über 50-60°C, wobei die Tageshöchsttemperaturen sogar noch höher sind. Solche Temperaturen sind für den Menschen tödlich.
Wir wissen, dass alle humanoiden Lebewesen auf Arrakis außerhalb bewohnbarer Orte „Stillanzüge“ tragen müssen, die den Träger kühl halten und die Körperfeuchtigkeit durch Schwitzen, Urinieren und Atmen zurückgewinnen sollen, um trinkbares Wasser bereitzustellen.
Dies ist wichtig, da es in dem Buch heißt, dass es auf Arrakis keine Niederschläge, keine stehenden offenen Gewässer und nur wenig Luftfeuchtigkeit gibt, die zurückgewonnen werden kann.
Auch außerhalb der Tropen wird es auf dem Planeten sehr kalt, mit Wintertemperaturen, die ohne Technologie ebenfalls unbewohnbar wären. Städte wie Arrakeen und Karthag würden sowohl unter Hitze- als auch unter Kältestress leiden, wie eine extremere Version von Teilen Sibiriens auf der Erde, wo es sowohl unangenehm heiße Sommer als auch brutal kalte Winter geben kann.
Es ist wichtig, sich daran zu erinnern, dass Herbert den ersten Dune-Roman bereits 1965 schrieb. Das war zwei Jahre bevor der jüngste Nobelpreisträger Syukuro Manabe seinen bahnbrechenden Roman veröffentlichte erstes Klimamodell , und Herbert verfügte nicht über die Vorteile moderner Supercomputer oder überhaupt eines Computers.
Angesichts dessen sieht die Welt, die er geschaffen hat, sechs Jahrzehnte später bemerkenswert konsistent aus.
Die Autoren modifizierten ein häufig verwendetes Klimamodell für die Exoplanetenforschung und wandten es auf den Planeten Dune an. Die Arbeit wurde in ihrer Freizeit durchgeführt und ist als geeignetes Outreach-Stück gedacht, um zu zeigen, wie Klimawissenschaftler mathematische Modelle nutzen, um unsere Welt und Exoplaneten besser zu verstehen. Es wird in zukünftige akademische Ergebnisse zu Wüstenwelten und Exoplaneten einfließen. 
Alex Farnsworth , Senior Research Associate in Meteorologie, Universität Bristol ; Michael Farnsworth , Forschungsleiter des Future Electrical Machines Manufacturing Hub, Universität Sheffield , Und Sebastian Steinig , Wissenschaftlicher Mitarbeiter in der Paläoklimamodellierung, Universität Bristol .
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