来源：中国国家天文
广阔的大地上，沙漠流淌着蛇形波纹，微风扬起一缕缕黄尘。远处暗青色的天上，两轮明月照耀，一大一小，悬浮如巨大而苍白的幽灵。一位女子身穿长袍，在沙脊上漫步。暮野四合，风鼓动着她的衣摆……
这幅画面，是最近上映的科幻电影《沙丘》中反复出现的意象。
电影的故事，在一颗名为"厄拉科斯（Arrakis）"的沙丘星球上展开。上万年后，人类已成为散布在银河系中的星际文明，而厄拉科斯便是文明的一处寓身之地。这座遥远的行星遍地沙漠，干燥炎热，却有独特的生物繁衍生息，并蕴藏着被人类视为珍宝的矿物"香料"。在科技与传说之间、土著与军队之间、命运与偶然之间，异星史诗的大幕徐徐拉开。
神秘主义、政治阴谋、科技伦理……或许是《沙丘》的主旨。不过，在精致的视听语言背后，其实有更多科学逻辑可供解读。
一
在《沙丘》的世界，上万年后，人类已经在银河系中找到了许多行星。它们有的雾霭沉沉，有的绿树如荫，但毫无疑问，地质构造和大气成分都适合人类生存。
《沙丘》中的一些行星 / Reddit的确，银河系中，能够承载生命的行星或许是恒河沙数。截止这个月初，人类已经在太阳系外发现了4843颗行星，它们分属于3579个不同的行星系统。按照这个探测比例，仅在我们自己的星系里，绕着自己母星运转的行星就有数千亿之多。
1959年，华裔天文学家黄授书提出了文明生存的"宜居带（habitable zone）"。离恒星太近的地方，烈焰熊熊，万物枯涸；离恒星太远的地方，冰天雪地，万物凝冻。只有正好处于离母星不远又不近区域里的行星，才能留存液态水，孕育我们已知的生命形式。一切天然适合人类生存的行星，只能在宜居带内找到。
黄授书与他提出宜居带的论文在太阳系的宜居带中，地球是一颗夺目的蓝宝石。她不负众望，用覆盖七成表面的液态水，孕育了璀璨的生命奇迹。而与我们乘坐的生命之舟并驾齐驱的，还有赤红的火星和无数主带小行星。按照最宽松的估计，它们的轨道可能也囊括在太阳系宜居带中。人类的探测器纷飞穿梭，试图在它们身上嗅到生命的气息。
在迸溅到地球上的火星陨石里，人们甚至看到了形如细菌的化石结构。倘若有朝一日，我们真能在宇宙后院偶遇素未谋面的外星邻居，那将是人类历史上前所未有的重要时刻。
火星陨石中类似微生物的结构 / ESA当然，要想像电影中那样，移居外星轻松如搬隔壁小区，我们还有很长的路要走。影片中人类家族刚迁至沙丘星球，无需面罩便可自如呼吸，无需训练便可自在行走。这意味着星球上的气压、氧气浓度、重力等参数，都和地球相近。
根据2013年的研究，纵观银河系中的群星，每五颗类似太阳的恒星中，就有一颗拥有处在宜居带、且和地球大小相仿（1-2倍）的行星。乐观估计起来，银河系中可能有超过一百亿颗人类的"备用家园"。要在其中找到一颗"厄拉科斯"，似乎并非难事。
二
《沙丘》里的沙漠在电影的外太空镜头里，行星弧形的大地散发着金黄的色泽。当我们注视一颗固体星球，第一眼感受的是它反射阳光的能力——反照率（albedo）。
沙丘星球地图 / Twitter倘若一颗行星表面光滑如镜，把照射的阳光悉数反射回太空，反照率就等于百分之百；倘若表面黑糙似炭，几乎吸收了所有阳光，反照率就是零。在地球上，森林和海洋的反照率都低于百分之十，而沙漠是百分之四十。
照此来说，电影中厄拉科斯遍地黄沙，应当璀璨夺目：照在它身上的光线，近四成都被表面晶莹的硅化物反射回外太空。相比之下，我们夜里惊叹的明亮满月，才仅仅反射了一成而已。
纪录片《佐杜洛夫斯基的沙丘》海报 / IMDB1970年代中期，著名导演佐杜洛夫斯基尝试拍摄《沙丘》。虽然影片最终流产，成为了影史"失落的传奇"，讲述这一过程的纪录片《佐杜洛夫斯基的沙丘》却流传于世。在片中，他展示了自己细节丰富的手绘分镜集：
"我想用一个长镜头开始《沙丘》的拍摄，比奥逊·威尔斯《历劫佳人》开头的长镜头还要好。我希望能从最长的距离开始。整个镜头穿越宇宙……你会觉得你在穿越银河系，在穿越银河系的时候，看到一群海盗，正在抢劫一艘运输香料的船，然后……战斗。镜头向前，向前，向前……这样一个长镜头。"
分镜手稿 / 剧照这个绝美的长镜头扎进银盘、悬臂、气体云、行星系，掠过四散的飞船和烟火般的爆炸，穿过小行星带和漂浮的太空城市，最终俯瞰沙丘星球，并聚焦于开采香料的城市上。
如果导演请一位天文学家来做顾问，或许会再加一幕：从行星系外围看去，沙丘星球如一颗金黄的宝石，在漆黑的太空中熠熠闪耀。
从土星附近回望，中间璀璨的星星是地球 / NASA三
既然有缤纷多彩的生态系统，厄拉科斯当然属于宜居带。按电影所述，它地表气温在三十到六十摄氏度之间，足以让液态水稳定存在。这或许该归功于星球表面猛烈的沙尘暴：黑暗的高空沙雾阻挡入射的阳光，像海绵一样吸收辐射，并且抑制地面能量反馈，凝结蒸腾的水蒸气。
地球上，飞尘降温的"太阳伞效应"也很明显。根据联合国评估，1991年东南亚火山爆发，烟尘飘浮，导致全球的气温都平均下降了半度。
阿拉伯沙漠的沙尘暴 / Sputnik News气势磅礴的沙尘暴，其实也源自天文过程：行星自转。地表的物体按惯性沿直线运动，大地却在不断旋转，缓慢地改变方向，导致物体的轨迹相对于大地稍稍朝一边歪斜。在地球上，这种现象让本该南北走向的信风朝东西吹拂，吹动了环绕地球的航海贸易；给热带气流加上了旋转，最终愈演愈烈，成为台风登陆。
而在沙丘世界，它则鞭策起轰轰烈烈的冷热对流，野马尘埃，一小时八百公里，抟扶摇而上。
地转偏向力原理图示 / E。 Linacre & B。 Geerts在地面上的人看来，物体运动凭空偏转，好似受了某种无形的"地转偏向力"。根据发现者的名字，有时也称它为"科里奥利力"。因此，在片中我们才会听到"科里奥利风暴（Coriolis Storm）"这样的别称。
2003年，科学家拍到火星阿西达里亚平原（Acidalia Planitia）的一场沙尘暴，飞沙吞噬的面积相当于地球上一个大洲。看来，若未来的人类迁徙到邻家星球，倒真可能会目睹电影里的壮观景象。
上四分之一处为沙尘覆盖区 / NASA四
《阿拉伯的劳伦斯》海报 / IMDB连绵不绝的沙漠，渺小的建筑，神秘的原住民……这些不是第一次出现在银幕上。1962年的另一部经典电影——《阿拉伯的劳伦斯》拍摄于壮美的中东沙漠，和《沙丘》一样，也意图触摸影视艺术辽阔的极致。
片中特别令人印象深刻的，是个足足用一分钟铺陈的镜头：
远处白沙与蓝天相接，空无一物；慢慢地，出现了一个几乎看不清的小黑点；热浪颤抖，吞吐着地平线上若有若无的黑点；那黑点抖动着，伸展着，慢慢颜色加深，最终变成一匹确定无疑的沙漠之舟，载着主角缓缓走来……
《阿拉伯的劳伦斯》中的场景 / 剧照无垠的大漠，似乎天然为大银幕而生。现今，要最大程度地欣赏《沙丘》，最好走进2D IMAX或中国巨幕影院，完整体验震撼人心的魅力画面。
《沙丘》与《阿拉伯的劳伦斯》之间的联系，其实极为深厚。后者的原型来自上世纪初一位英国军官托马斯·劳伦斯，他被英国派赴阿拉伯作战，抗击侵略该地的土耳其人。但他逐渐融入了当地贝都因人的文化，转而成为他们的精神伙伴，为阿拉伯人自己的权益而战。
除此之外，私生子的身份、特殊的沙漠坐骑、文化特色的佩刀……对照《沙丘》，不难看出相似性。
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