创新、战争和荣耀：揭开撒哈拉秘密的军人科学家

1941 年 1 月 11 日下午，意大利占领的利比亚境内，撒哈拉沙漠深处的穆尔祖克绿洲，一座堡垒静谧而沉闷。虽然意大利的战友们都卷入了席卷欧洲的第二次世界大战，但守卫这座前哨基地（战略要道）的意大利士兵却感觉远离战场。据他们所知，最近的敌人在数百英里之外的英国控制下的埃及。穆尔祖克的守军们非常放松，有些人甚至在城墙外午饭后散步。突然，一队军用卡车和吉普车轰鸣着向堡垒驶来，机枪扫射。入侵者——英国、法国和新西兰军队——分成两组。一组用迫击炮和机枪猛击堡垒，另一组则冲向附近的机场。大多数机场守军还没来得及拿起武器，突击队就占领了他们。盟军士兵跳下车辆，冲进机库，向里面的三架轰炸机浇上汽油，然后点燃它们。突击队抓获了几名意大利人作为俘虏，然后加速逃走，消失在撒哈拉沙漠中。你不能责怪意大利人放松警惕。这次袭击似乎是不可能的。近二十辆敌车怎么可能在如此长的岩石和沙漠中不被发现地行驶？那天晚上，在一个偏远的沙漠营地，盟军士兵——一支名为远程沙漠小组的精锐小队的成员——通过无线收发器向埃及开罗的英国总部报告了袭击的消息。在那里，身材高大、肌肉发达的英国陆军中校拉尔夫·阿尔杰·巴格诺德满意地收到了报告。巴格诺德在前一年成立了远程沙漠小组，并亲自挑选和训练其士兵。正是凭借着他无与伦比的撒哈拉探险技能，突击队才得以在 16 天内穿越人迹罕至的荒原，到达穆尔祖克。巴格诺德是一位罕见的军人和科学家的结合体，他比任何在世的欧洲人都更了解沙漠。他不仅发明了让汽车在沙海上行驶的技术和创新，还揭开了沙粒本身如何移动的奥秘。他的职业生涯已经包括了两次不同的世界大战。他当时不可能知道，但有一天他的职业生涯将跨越两个不同的世界。

巴格诺德 1896 年出生于英国德文波特一个有着悠久军事传统的上流家庭。他的父亲曾参加过英国在非洲的一些殖民战争，但主要担任工程师。他精通木工、金属加工和其他行业，以能够制造、修理或临时修理几乎任何东西而闻名，这些技能他传授给了儿子。年轻的拉尔夫 13 岁开始学习工程学。他不喜欢足球和板球，而是利用下午的时间学习使用车床、金属加工工具和铣床。

1915 年，19 岁的巴格诺德成为英国陆军少尉，并进入了英国著名的军事工程学校学习。“我们学到了很多终生受益的知识——如何毫不费力地挖掘，如何用绳索和滑轮举起和移动重物，一些测量和制图知识，以及如何用炸药进行破坏，”巴格诺德在 1990 年出版的自传《沙、风和战争》中写道。“更重要的是，我们学会了即兴发挥。”

他还学会了设计战壕，并很快发现自己身处其中。第一次世界大战期间，巴格诺德被派往法国，在最残酷的几场战斗中服役。“周围总是有来自德国炮弹的毒气，”他以典型的英国式矜持回忆道。“有时我们不得不戴上笨拙的面具，但通常我们只是咳嗽着走过来。”

20 世纪 20 年代中期，军队将巴格诺德派往埃及。沙漠令他着迷——它的广袤、神秘，以及许多未知事物的诱惑。“在开罗，我们家门口就是一片广阔的田野，可以进行真正的探索，”他在回忆录中写道。撒哈拉沙漠东部是“地球上最干旱的地区，除了相距数百英里的几个自流绿洲外，没有水，也没有生命。”

巴格诺德的同伴告诉他，汽车无法穿越沙漠。“这对我来说是一个无法抗拒的挑战，”他回忆道。和平时期的士兵生涯让他有充足的时间去探索。他和朋友们一起，开着他能找到的最坚固的机器——福特 T 型车和福特 A 型车，开始冒险进入荒地。这群人走遍了埃及东部、西奈半岛、当时的约旦河外和巴勒斯坦，最后进入了撒哈拉沙漠，比任何欧洲人都深入过的地方都要深。

福特汽车的设计并非针对这种越野性能。因此，巴格诺德经过反复试验，设计出一系列改进方案，使他的团队能够在沙地上行驶，并在干旱的地形中一次生存数周。为了节省汽车用水，巴格诺德在散热器上焊接了管道，以收集逸出的蒸汽，这些蒸汽被收集到金属罐中，冷凝并再循环。由于车辆大量金属和活动部件的磁性与传统指南针相冲突，巴格诺德通过将太阳罗盘螺栓固定在仪表板上来导航。为了减轻重量，他拆下了保险杠、引擎盖和挡风玻璃，甚至用木头替换了车身的部分。考虑到恶劣的天气会对车辆造成严重损害，探险者们不仅打包了备用轮胎，他们还打包了备用汽车。每隔几天，他们就会花几个小时手工修补橡胶，或更换损坏的行星齿轮和悬架弹簧。

在这些年的试验中，巴格诺德行驶了大约 2 万英里，其中大部分是在无轨地区。当然，汽车也曾被卡住过。为了解决这个问题，巴格诺德使用了穿孔钢“通道”——本质上是一种便携式坡道——以及铺在车轮下的帆布和绳垫，以获得牵引力。这些方法很有效，但需要付出巨大的努力：“前一刻，你还可以以每小时 30 英里的速度稳定行驶，轮胎发出令人安心的呜呜声；下一刻，汽车在五码外就停了下来，车轴陷入了干燥的‘流沙’中”，他的一位旅伴威廉·博伊德·肯尼迪·肖在他的回忆录《远程沙漠小组：北非敌后》中写道。“利用沙槽和沙垫，在十几个满头大汗、咒骂着的人的帮助下，卡车每次可以脱困两码。”

他和朋友们可能是为了冒险，但巴格诺德对巨大的沙丘和形成沙丘的微小沙粒着迷。他后来写道，在沙漠中，“观察者发现的不是混乱和无序，而是对形式的简单、重复的精确和自然界中未知的几何秩序感到惊讶，其规模比晶体结构更大。在一些地方，重达数百万吨的大量沙堆以规则的形式不可阻挡地在地面上移动，生长、保持形状，甚至繁殖。”

他想知道沙丘在移动时如何保持形状？为什么沙子会堆积在上面而不是散开？单个沙粒是如何移动的？地质学家研究过沙子的起源，工程师使用经验技术来预测沉积物流动，但没有人应用物理原理来解释沙粒的运动。

退伍回国后，巴格诺德开始做第一个尝试。他是个即兴的人，用胶合板和玻璃建造了一个风洞，并在伦敦帝国理工学院借来的空间里搭建起来。“我觉得这其实只是另一种形式的探索，”他后来回忆道。他利用自己在物理、数学和工程方面的实践知识，在风洞中测试了数百个沙粒样本。他记录并拍摄了不同强度的风如何吹动不同大小的沙粒，以及沙粒在地面和空中如何相互作用。

他发现，当风将沙粒吹向空中时，沙粒会影响风的移动。而当风吹动沙粒改变沙漠地面的形状时，移动的表面会影响两者的移动。巴格诺德的主要发现之一是，风吹的沙粒会跳跃，这种运动被称为跳跃：它们短暂地升到空中，坠落到地面，然后再次弹起。在这个过程中，它们可以将能量传递给地面上较大的沙粒，推动它们向前移动，这个过程被称为表面蠕变。

为了描述这些运动，巴格诺德开发了数学公式，后来他在 1938 年返回埃及-利比亚沙漠时根据那里的实际情况进行了检查。有一次，他丢了护目镜。“我坐在露天，直接暴露在猛烈的沙尘中，度过了非常不舒服的几个小时，试图睁着眼睛，同时从一系列仪表和沙坑中读取读数，”他在回忆录中回忆道。“睫毛的作用非常明显。”

经过五年的研究，他收集了足够的数据来撰写一本书，名为《风沙和沙漠沙丘的物理学》 。这是对该主题的首次科学研究，被认为是研究风成过程或风驱动过程的基础文本。“他的书具有开创性，”以色列本·古里安大学内盖夫分校该主题的首席专家 Haim Tsoar 说。“我认为他是个天才。”

但这本书还没出版，第二次世界大战就爆发了。巴格诺德被召回军队，再次来到埃及。在那里，英国军队跨越撒哈拉沙漠与利比亚的意大利法西斯势力展开对峙。在研究该地区的地图时，巴格诺德意识到，他的古怪爱好可以转化为一种实用武器。

1940 年，意大利显然准备从利比亚入侵埃及，巴格诺德向英国指挥官阿奇博尔德·韦维尔将军提出了他的想法：组建一支经过特殊训练、行动迅速的突击队，可以从沙漠深处发动袭击。韦维尔被说服了。他让巴格诺德自由地在利比亚制造任何他能制造的混乱。巴格诺德招募志愿者，洗劫军事仓库，并在开罗的旧货店里翻找他非常规的需求：凉鞋、阿拉伯头饰、用来固定被风吹乱的地图的裤夹，以及大量备用轮胎。

巴格诺德带了一小队雪佛兰 1.5 吨卡车，并给它们配备了沙道、太阳罗盘和其他创新设备。他切掉挡风玻璃，安装超强弹簧，并在车厢上安装博福斯防空炮。他将队伍组织成 30 人的小队。“这些巡逻队必须完全独立，才能进行长时间的独立行动，远离任何可能的援助，”巴格诺德在 1941 年告诉一位电台记者。“每个巡逻队都需要成为一支微型军队。”

一支典型的巡逻队由大约 10 辆卡车和吉普车组成。一辆卡车运载通讯和导航设备。另一辆运载重型武器。其余的运送燃料和补给。LRDG 的突袭成为传奇；即使在今天，该组织仍有许多粉丝，其中最重要的是加州远程沙漠团体保护协会的创始人杰克·瓦伦蒂。瓦伦蒂和他的战友们花了无数的时间和数万美元研究和重新制造 LRDG 的卡车和吉普车。今年 4 月，他和几个朋友在北加州的一次军用车辆爱好者大会上展示了其中的一辆。这辆 1.5 吨重的无顶雪佛兰卡车建于 20 世纪 40 年代初，装有卷起的帆布沙垫，夹在前保险杠上，穿孔钢沙槽（用于放置在卡住的车轮下面的斜坡）沿着侧面绑住。太阳罗盘用螺栓固定在木制仪表板上。货舱里整齐地堆满了备件、医疗设备、装弹药的木箱和帆布袋口粮，包括利比的咸牛肉罐头，这是巴格诺德手下吃的真正品牌。“巴格诺德是个聪明人，”留着雪白胡子的前高中教师、海军退伍军人、保护协会成员凯文·坎汉姆说。“他是二战版的阿拉伯劳伦斯。”

1940 年秋，巴格诺德的 LRDG 由几名老战友和 150 名新西兰志愿者组成，他们骑马投入战斗。他们伪装在沙丘中，侦察敌军的动向，并通过无线电将情报传回开罗的英国军队。他们对轴心国驻军和机场发动闪电突袭，然后消失在广阔的撒哈拉沙漠中。他们打扮得像沙漠海盗，头戴阿拉伯头饰，留着蓬乱的胡须，佩戴蝎子徽章，令国内媒体兴奋不已。

他们的规模与其影响不符。在 LRDG 投入战斗一年后，韦维尔在一份电报中写道：“巡逻队不仅带回了大量情报，还袭击了敌方堡垒，俘虏了人员 [和] 运输工具，并使敌方飞机在敌方领土内 800 英里内停飞。他们保护了埃及和苏丹，使其免受任何袭击，并迫使敌人……在远距离哨所的防御中投入了相当大的兵力。”

1941 年 7 月，45 岁的巴格诺德终于厌倦了炎热和恶劣的生活条件，移交了 LRDG 指挥权，前往开罗任职。该团体一直战斗到 1943 年轴心国在非洲被击败。它继续在希腊、意大利和巴尔干半岛执行任务，直到战争结束时解散。

和平结束后，巴格诺德回到英国，结婚生子，在肯特郡的乡村定居。他结束了沙漠战士的职业生涯，但即将开启沙漠专家的新职业。令他惊讶的是，他对风沙物理学的研究使他当选为皇家学会会员——这是英国最重要的科学荣誉之一。“这更令人惊讶，因为我只是一个没有学术地位的业余科学家，”他在回忆录中写道。但这也有好处：“作为一名业余爱好者、一个从未担任过任何学术职位或拥有任何专业地位的自由职业者，我拥有相当不寻常的优势，能够以开放的心态考虑问题，不受传统教科书观念的偏见，这些观念未经事实检验。”

巴格诺德的知识很有价值。在沙漠中建设设施的石油和天然气公司向他寻求帮助，了解如何应对不断变化的沙尘。他为英国石油公司在利比亚大片沙漠中修建管道提供建议，并向伊朗石油高管讲解了沙尘移动的基本原理以及如何修建围栏以阻挡沙尘。

但巴格诺德将大部分精力投入到研究上，将注意力转向研究河流如何输送沉积物，他也在这个领域做出了重要贡献。已故地质学家、砂砾爱好者迈克尔·韦兰写道，他长达 50 年的创造性和跨学科沉积物物理学方法“使当今的地球科学家和工程师能够在对这些关键自然过程有深刻（尽管仍不完美）理解的基础上规划和开展项目”。巴格诺德撰写了近 50 篇科学论文，获得了美国国家科学院和美国地质学会颁发的著名奖项，以及两个荣誉博士学位。尽管如此，“他非常谦虚”，他的儿子斯蒂芬·巴格诺德说。“他的十分之九总是隐藏着。”

巴格诺德的职业生涯本可以在二战结束时结束，但他仍将名垂青史。但接下来还有一段路要走。20 世纪 70 年代，NASA 打来电话，希望他将自己对地球科学的了解应用到另一颗星球上。NASA 的第一颗火星轨道器发现的不仅仅是沙子，还有沙丘。NASA 希望巴格诺德能帮助它了解这些构造。NASA 喷气推进实验室的研究科学家 Bethany Ehlmann 说，火星上“存在相同的物理现象，但重力常数、颗粒密度和大气压力完全不同。”

巴格诺德与 NASA 合作了数年，包括与卡尔·萨根合作撰写了一篇论文。“有一天晚上，我和来自帕萨迪纳 NASA 喷气推进实验室的一小群年轻科学家在麦当劳共度了一天晚上，”巴格诺德后来在自传中写道。“对于一个 81 岁的老人来说，听他们随意地谈论如何像驾驶飞机一样轻松地驾驶两亿英里外的航天器真是太有趣了。我出生时，人类还没有开始飞行。”

几乎直到生命的尽头，这位老军人科学家都保持着活跃，在 20 世纪 80 年代发表了他最后的论文——其中一篇奇怪的是，分析了不同语言中单词长度的随机分布。他的最后一篇论文发表于 1986 年，当时巴格诺德已经 90 岁了。四年后，他去世了。

埃尔曼说：“他在现代领域仍然有很高的影响力。”

她应该知道。从 2015 年底开始的四个多月里，埃尔曼帮助带领美国宇航局的“好奇号”探测器首次探索了另一个星球上的沙丘场。这辆探测器发现了有关火星地貌历史及其成分化学成分的重要信息。为了纪念这位“彻底改变了我们对地球风成过程理解的人”，埃尔曼在最近的一篇关于这次任务的论文中说道，她的团队为这些地貌起了一个恰当的名字。距离最近的人类居住地数百万英里，有史以来人造车辆探索过的最偏远的沙漠现在包括一个名为巴格诺德沙丘的地区。

文斯·贝瑟 (Vince Beiser) 是《一粒沙子的世界：沙子的故事及其如何改变文明》一书的作者。

本文最初发表于《大众科学》杂志 2018 年秋季微型期刊。