（本文始發于《中國國家天文》2021年11月）
...廣闊的大地上，沙漠流淌着蛇形波紋，微風揚起一縷縷黃塵。遠處暗青色的天上，兩輪明月照耀，一大一小，懸浮如巨大而蒼白的幽靈。一位女子身穿長袍，在沙脊上漫步。暮野四合，風鼓動着她的衣擺……
這幅畫面，是最近上映的科幻電影《沙丘》中反複出現的意象。
...電影的故事，在一顆名為“厄拉科斯（Arrakis）”的沙丘星球上展開。上萬年後，人類已成為散布在銀河系中的星際文明，而厄拉科斯便是文明的一處寓身之地。這座遙遠的行星遍地沙漠，幹燥炎熱，卻有獨特的生物繁衍生息，并蘊藏着被人類視為珍寶的礦物“香料”。在科技與傳說之間、土著與軍隊之間、命運與偶然之間，異星史詩的大幕徐徐拉開。
神秘主義、政治陰謀、科技倫理……或許是《沙丘》的主旨。不過，在精緻的視聽語言背後，其實有更多科學邏輯可供解讀。
...一
在《沙丘》的世界，上萬年後，人類已經在銀河系中找到了許多行星。它們有的霧霭沉沉，有的綠樹如蔭，但毫無疑問，地質構造和大氣成分都适合人類生存。
...的确，銀河系中，能夠承載生命的行星或許是恒河沙數。截止這個月初，人類已經在太陽系外發現了4843顆行星，它們分屬于3579個不同的行星系統。按照這個探測比例，僅在我們自己的星系裡，繞着自己母星運轉的行星就有數千億之多。
1959年，華裔天文學家黃授書提出了文明生存的“宜居帶（habitable zone）”。離恒星太近的地方，烈焰熊熊，萬物枯涸；離恒星太遠的地方，冰天雪地，萬物凝凍。隻有正好處于離母星不遠又不近區域裡的行星，才能留存液态水，孕育我們已知的生命形式。一切天然适合人類生存的行星，隻能在宜居帶内找到。
...在太陽系的宜居帶中，地球是一顆奪目的藍寶石。她不負衆望，用覆蓋七成表面的液态水，孕育了璀璨的生命奇迹。而與我們乘坐的生命之舟并駕齊驅的，還有赤紅的火星和無數主帶小行星。按照最寬松的估計，它們的軌道可能也囊括在太陽系宜居帶中。人類的探測器紛飛穿梭，試圖在它們身上嗅到生命的氣息。
在迸濺到地球上的火星隕石裡，人們甚至看到了形如細菌的化石結構。倘若有朝一日，我們真能在宇宙後院偶遇素未謀面的外星鄰居，那将是人類曆史上前所未有的重要時刻。
...當然，要想像電影中那樣，移居外星輕松如搬隔壁小區，我們還有很長的路要走。影片中人類家族剛遷至沙丘星球，無需面罩便可自如呼吸，無需訓練便可自在行走。這意味着星球上的氣壓、氧氣濃度、重力等參數，都和地球相近。
根據2013年的研究，縱觀銀河系中的群星，每五顆類似太陽的恒星中，就有一顆擁有處在宜居帶、且和地球大小相仿（1-2倍）的行星。樂觀估計起來，銀河系中可能有超過一百億顆人類的“備用家園”。要在其中找到一顆“厄拉科斯”，似乎并非難事。
二
...在電影的外太空鏡頭裡，行星弧形的大地散發着金黃的色澤。當我們注視一顆固體星球，第一眼感受的是它反射陽光的能力——反照率（albedo）。
...倘若一顆行星表面光滑如鏡，把照射的陽光悉數反射回太空，反照率就等于百分之百；倘若表面黑糙似炭，幾乎吸收了所有陽光，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。
照此來說，電影中厄拉科斯遍地黃沙，應當璀璨奪目：照在它身上的光線，近四成都被表面晶瑩的矽化物反射回外太空。相比之下，我們夜裡驚歎的明亮滿月，才僅僅反射了一成而已。
...1970年代中期，著名導演佐杜洛夫斯基嘗試拍攝《沙丘》。雖然影片最終流産，成為了影史“失落的傳奇”，講述這一過程的紀錄片《佐杜洛夫斯基的沙丘》卻流傳于世。在片中，他展示了自己細節豐富的手繪分鏡集：
“我想用一個長鏡頭開始《沙丘》的拍攝，比奧遜·威爾斯《曆劫佳人》開頭的長鏡頭還要好。我希望能從最長的距離開始。整個鏡頭穿越宇宙……你會覺得你在穿越銀河系，在穿越銀河系的時候，看到一群海盜，正在搶劫一艘運輸香料的船，然後……戰鬥。鏡頭向前，向前，向前……這樣一個長鏡頭。”
...這個絕美的長鏡頭紮進銀盤、懸臂、氣體雲、行星系，掠過四散的飛船和煙火般的爆炸，穿過小行星帶和漂浮的太空城市，最終俯瞰沙丘星球，并聚焦于開采香料的城市上。
如果導演請一位天文學家來做顧問，或許會再加一幕：從行星系外圍看去，沙丘星球如一顆金黃的寶石，在漆黑的太空中熠熠閃耀。
...三
既然有缤紛多彩的生态系統，厄拉科斯當然屬于宜居帶。按電影所述，它地表氣溫在三十到六十攝氏度之間，足以讓液态水穩定存在。這或許該歸功于星球表面猛烈的沙塵暴：黑暗的高空沙霧阻擋入射的陽光，像海綿一樣吸收輻射，并且抑制地面能量反饋，凝結蒸騰的水蒸氣。
地球上，飛塵降溫的“太陽傘效應”也很明顯。根據聯合國評估，1991年東南亞火山爆發，煙塵飄浮，導緻全球的氣溫都平均下降了半度。
...氣勢磅礴的沙塵暴，其實也源自天文過程：行星自轉。地表的物體按慣性沿直線運動，大地卻在不斷旋轉，緩慢地改變方向，導緻物體的軌迹相對于大地稍稍朝一邊歪斜。在地球上，這種現象讓本該南北走向的信風朝東西吹拂，吹動了環繞地球的航海貿易；給熱帶氣流加上了旋轉，最終愈演愈烈，成為台風登陸。
而在沙丘世界，它則鞭策起轟轟烈烈的冷熱對流，野馬塵埃，一小時八百公裡，抟扶搖而上。
...在地面上的人看來，物體運動憑空偏轉，好似受了某種無形的“地轉偏向力”。根據發現者的名字，有時也稱它為“科裡奧利力”。因此，在片中我們才會聽到“科裡奧利風暴（Coriolis Storm）”這樣的别稱。
2003年，科學家拍到火星阿西達裡亞平原（Acidalia Planitia）的一場沙塵暴，飛沙吞噬的面積相當于地球上一個大洲。看來，若未來的人類遷徙到鄰家星球，倒真可能會目睹電影裡的壯觀景象。
...四
...連綿不絕的沙漠，渺小的建築，神秘的原住民……這些不是第一次出現在銀幕上。1962年的另一部經典電影——《阿拉伯的勞倫斯》拍攝于壯美的中東沙漠，和《沙丘》一樣，也意圖觸摸影視藝術遼闊的極緻。
片中特别令人印象深刻的，是個足足用一分鐘鋪陳的鏡頭：
遠處白沙與藍天相接，空無一物；慢慢地，出現了一個幾乎看不清的小黑點；熱浪顫抖，吞吐着地平線上若有若無的黑點；那黑點抖動着，伸展着，慢慢顔色加深，最終變成一匹确定無疑的沙漠之舟，載着主角緩緩走來……
...無垠的大漠，似乎天然為大銀幕而生。現今，要最大程度地欣賞《沙丘》，最好走進2D IMAX或中國巨幕影院，完整體驗震撼人心的魅力畫面。
...《沙丘》與《阿拉伯的勞倫斯》之間的聯系，其實極為深厚。後者的原型來自上世紀初一位英國軍官托馬斯·勞倫斯，他被英國派赴阿拉伯作戰，抗擊侵略該地的土耳其人。但他逐漸融入了當地貝都因人的文化，轉而成為他們的精神夥伴，為阿拉伯人自己的權益而戰。
除此之外，私生子的身份、特殊的沙漠坐騎、文化特色的佩刀……對照《沙丘》，不難看出相似性。
...《沙丘》原著，也從勞倫斯的個人回憶錄《智慧七柱》裡借來了許多美感。例如《智慧七柱》第十四章：
“我們再次上路，沉重地穿過夜晚的寂靜——那靜谧如此濃烈，以至于我們不斷在鞍子上轉身，幻想自己聽見了那星星綴成的夜幕披風發出的遙遠聲響。但活力蘊藏着我們體内，蘊藏在我們穿過那些幽靈般的芬芳花朵時灌木叢的噼啪聲……月亮在群山頂上升起，描出石灰岩層的輪廓，澄澈如晶瑩的白雪。”
《沙丘》第六章，幾乎是完全相同的情景：
“黎明前的寂靜籠罩了沙漠盆地。他擡頭看去。高懸在頭頂的，是亮片一樣的星星，點綴在深藍色的夜空披巾上。南邊的地平線上，低垂着此夜的第二輪月亮，透過薄薄的塵霧……發出晶瑩的光。月亮沉入防護牆的峭壁，為牆邊撒上了一層白霜。……他看到一大團紅色的花朵，以及穿過它們的清晰紫色痕迹……好像巨大的腳印。”
不管是真實世界，還是幻想星球，月亮似乎都是作家繞不開的意象。
...五
...在沙丘世界裡，月亮有兩顆。大的叫科勒倫（Krelln），小的叫穆迪布（Muad'dib）。從電影畫面來看，科勒倫比穆迪布離行星更遠，看起來卻大了數倍，這意味着它的真實尺寸可能大得吓人。
在真實世界，這種情況很難發生。當三顆天體彼此靠近，引力作用使它們形成著名的“三體”情形。除非采取某些特殊的構型，否則三顆天體的運動極難穩定下去。要麼互相吸引而撞毀，要麼速度過高而逃逸。況且，這個行星系統的恒星還在拉着它們繞轉——這是個四方引力都不可忽略的混沌“四體”系統。
...從影片中看起來，沙丘星球的月亮大小和我們的相似。但其實，地球的月亮是個罕見的異類——她實在太大了，相當于行星尺寸的三成，太陽系中再無如此誇張的比例。一項2011年的研究顯示，根據衛星形成的計算機模拟，類地行星的衛星半徑要想超過月球一半，概率隻有百分之個位數。
如此龐大的月球，引力作用也十分顯著。引力與質量成正比，而月球的質量足足相當于地球的1/81。在太陽系其它行星那裡，衛星質量隻有行星的萬分之幾。例如擁有數十顆衛星的木星，最大的衛星不過占它質量的十萬分之八。這群“後宮佳麗”個個“人微言輕”，所以才得以和平共處。
...基于這個原因，我們的地球隻有一輪孤月，其實是命中注定：這位強大的女神實在善妒。主流的理論認為，月球甫一形成，便吸引掃除了近地小天體，要麼就通過引力把它們甩了出去。有研究認為，遠古時期曾經有另一顆小月亮與她并行，但已經被月亮吸引，緩慢地碰撞、吞并。
那顆被吞并的月亮，尺寸大約是現在月亮的四分之一，這個比例和我們在電影中看到的大小月亮很相似。
...在沙丘世界，科勒倫或許更小；要同樣顯眼，就得離地面更近，受引力的擾動更強。也許，沙丘星球的天象隻能穩定很短的時間。倘若人類在這個星球上長期繁衍，或許會目擊“天無二月”，甚至因碰撞産生的碎片而遭到滅頂之災。
六
《沙丘》成書于1965年，彼時“新浪潮（New Wave）”運動正此起彼伏。不同于之前那種連載在雜志上、粗枝大葉的快消劇情，複雜的社會環境下，科幻作家們開始強調作品文學價值。科幻小說首先是“小說”，藝術感染力比科學預測準确與否更重要。現代主義風格也開始融入科幻小說——超現實、潛意識、神秘主義、形而上學……宗教與崇拜，成為組成世界不可或缺的元素。
...現實世界裡，幾千年來，各地人們形成了複雜的月亮神話。月亮中的陰影被想像成各種樣子：兔子、樹木、房子、面孔……在沙丘世界裡，大月亮上的陰影被稱為“上帝之手”，是當地人重要的圖騰。在印度教傳說中，月中陰影也是萬物之母阿絲坦吉·瑪塔（Astangi Mata）的手。她擁抱月亮女兒，在臉頰上留下兩隻深色掌印。
...人類的神話基于一個前提，便是我們一直看到的是同一面月亮。倘若月亮在天上旋轉，露出不同的側面，變化的圖案便很難附會成一套固定的故事。
在我們的地球上，月亮喚起潮汐。她的引力牽引着波濤，讓最靠近和最遠離她的水體漲起。與此同時，這部分水體的引力也在牽拉着月亮，使其軌道不斷變化。逐漸地，月亮的自轉周期和公轉周期趨向于相同；此後，她将永遠以同一面朝向地球，在地面上隻能看到她的半張面孔。這個過程稱為“潮汐鎖定”。
...我們的月亮早已被潮汐鎖定，所以我們看到的永遠是“月之亮面”。如此看來，載滿故事的沙丘大月亮，應當也已經與行星共存過了很長的時間。再考慮到它與小月亮的共存狀态不穩定，看來，天文年代上來說，小月亮是剛飛進這個系統不久的“第三者”。
...雖然沙丘星球上沒有海洋，但沙丘保護的地下水，也會産生呼應着月球運動的潮汐。另外，同樣是流體的大氣，也會因月球引力産生“氣體潮”的漲落。
地殼也會被月亮牽引，産生漲落，稱作“固體潮”。電影中，潛藏在沙丘中的巨大沙蟲，鱗甲能敏銳地感知沙體震動。兩個月亮牽動的不規則地殼運動，或許經常讓沙漠震顫，令它們震耳欲聾。
...七
...月亮上的黑暗陰影，如今被稱為“月海”。當然，它和真正的海沒有關系，是遠古時，月球被撞擊後流出岩漿，在低窪處凝結成暗色玄武岩。月球現在看起來平靜，但月海的存在證明，至少在數十億年前，她也曾經熾熱過。
而在沙丘世界，月亮似乎也不曾冷卻。
按照影片所述，沙丘星球的衛星受到月亮磁場的強烈幹擾。而目前主流理論認為，星球帶有磁場，是因為内部導電的流體物質（例如地球外核中熔融的金屬）對流，在科裡奧利力的作用下旋轉，産生了感應磁場。因為這個過程和發電機類似，因此稱為“發電機原理”。
...所以，沙丘的月亮内部應當有類似于地球外核的巨大熔融區。在行星引力的作用下，月表會發生地質活動，甚至可能是大規模的火山爆發。那樣的話，即便是月亮的暗面，也會出現赤紅的火光斑紋。那将是一幅多麼奇詭的畫面。
...不過，在電影故事發生的日子裡，兩個月亮幾乎都是滿月。它們彼此靠近，甯靜地放出和諧的光。
由于月亮反射的是太陽的光，所以它發光的那一面永遠指向太陽。當月相是滿月時，它必然處在天空中和太陽相對的一側。夜觀月亮，就像白天看太陽一樣，同樣可以判斷時間：滿月升起，夕陽落下；朝陽升起，滿月落下。
在影片中，月表的光影對應制作得非常準确。一瞥低垂的滿月，當地人就知道：天将破曉，烈日炎炎又快來到。
...最後，請注意一點：在解讀《沙丘》背後的科學邏輯時，我們一直沒有用到畫面以外的内容。也就是說，幾乎僅僅靠站在大地上雙眼所見的一切，我們就判斷出了行星的亮度、月亮的年齡、沙暴的成因……
在真實的地球上，我們也可以欣賞同樣的美景。幾千年前的古人使用肉眼和手工器具，就能相當準确地測量出地球、月球的半徑，甚至太陽的距離；能夠預測日月交食的時間，潮汐的變化；能夠判斷恒星的軌迹，行星逆行的周期……這一切如此自然，又像個奇迹。
理解天文，也許不需要高科技的儀器、外太空的飛船。僅僅雙腳站在大地之上，就能憑思維的運轉，洞察許多宇宙的秘密。環顧四周，欣賞我們習以為常的大自然吧，正如《沙丘》中一首小詩所言：
你生命的意義是什麼？如果你鄰大自然而居，它是否隐藏在——一棵亭亭的樹裡，一群忙碌的工蜂裡，一朵盛放的花裡，刺穿黎明黑暗的太陽裡？抑或你居于都市？想象力驚豔衆人，思緒卻集中于——苦力、煤煙和污垢，犯罪為生的年輕人，漫長的工時與發薪日快活一時的夜生活？你不過是偉大磨坊主遺落的谷糠嗎？還是無論居于何處，你的生活都有意義？
（文中引用内容均為筆者自譯）
