1941年1月11日，北非的白天，在意大利占领下的利比亚，位于撒哈拉沙漠深处，一个名叫穆尔祖克的绿洲，一座要塞里，一派宁静祥和。虽然他们国内的战友们正卷入席卷欧洲的第二次世界大战，但驻守这座战略要地的意大利士兵们，却觉得远离战火，安然无恙。据他们所知，最近的敌人还在数百英里之外，在英属埃及。穆尔祖克的守军松懈到了什么程度？有些人甚至在午餐后在城墙外散步。毫无预兆地，一队军用卡车和吉普车呼啸着冲向要塞，机枪扫射。入侵者——英军、法军和新西兰士兵——分成了两队。一队用迫击炮和机枪猛烈攻击要塞，另一队则冲向附近的一个机场。在大多数机场守卫来得及拿到武器之前，突击队员们就占领了他们。盟军士兵跳下车辆，冲进机库，将里面的三架轰炸机浇上汽油，然后纵火焚烧。突击队俘虏了几名意大利士兵，然后迅速撤离，消失在撒哈拉沙漠中。意大利人疏忽大意是可以理解的。这次袭击似乎是不可能的。敌方近二十辆军车是如何在不被发现的情况下，穿越了如此广阔的岩石和沙地？当晚，在一处偏远的沙漠营地，盟军士兵——一支被称为“长期沙漠集团”的精锐部队的成员——通过无线电发报机向位于埃及开罗的英军总部报告了这次袭击的消息。在那里，一位身材高大、精瘦的英军中校拉尔夫·阿尔杰·巴格诺尔，满意地收到了报告。巴格诺尔在前一年创立了“长期沙漠集团”，并亲自挑选和训练了这支部队。正是他作为撒哈拉探险家无与伦比的技能，才使得这些突击队员能够在荒无人烟的荒漠中，花费16天时间到达穆尔祖克。巴格诺尔是一位罕见的兼具士兵和科学家的奇才，他比任何欧洲人都要了解沙漠。他不仅发明了让汽车能够行驶在沙海上的技术和创新，他还解开了沙粒本身的运动之谜。他的军旅生涯已经包括了两次世界大战的实战经历。他当时可能并不知道，但有一天，他的探索范围将跨越两个不同的世界。
巴格诺尔于1896年出生在英国德文波特的一个显赫家庭，家族有着悠久的军旅传统。他的父亲曾参加过大英帝国在非洲的一些殖民战争，但主要担任工程师。他熟悉木工、金工等手艺，以至于能制造、修理或临时拼凑出几乎任何东西，这些技能都传给了他的儿子。年幼的拉尔夫从13岁开始学习工程学。他鄙视足球和板球，而是将下午的时间花在学习使用车床、金工工具和铣床。
到1915年，他19岁时，巴格诺尔已经是英军的一名少尉，并进入了其享有盛誉的军事工程学校。“我们学到了很多终身受益的东西——如何毫不费力地挖战壕，如何用绳索和滑轮吊起和移动重物，一些测量和地图制作的技巧，以及如何用炸药进行破坏，”巴格诺尔在他的1990年回忆录《沙、风与战争》中写道。“更重要的是，我们学会了如何即兴发挥。”
他还学会了设计战壕，并很快发现自己也身处其中作战。一战期间，巴格诺尔被派往法国，在前线参加了一些最残酷的战役。“德军炮弹总是有毒气，”他以其标志性的英式冷静回忆道。“有时我们不得不戴上笨重的防毒面具，但通常我们只是强忍咳嗽，硬挺过去。”
20世纪20年代中期，军队将巴格诺尔调往埃及。沙漠令他着迷——它的浩瀚，它的神秘，以及它的大部分区域仍是未知数这一诱人之处。“在开罗，我们触及了广阔的未知领域，那里是真正的探索之地，”他在回忆录中写道。东撒哈拉“是地球上最干旱的地区，没有水源，没有生命，只有散布在数百英里之外的几个自流井绿洲。”
巴格诺尔的同僚告诉他，沙漠是无法用汽车穿越的。“这对我来说是一个无法抗拒的挑战，”他回忆道。和平时期的军旅生涯给了他充足的探索时间。他和朋友们开始驾驶他能找到的最坚固的机器——福特T型和A型汽车—— venturing into the wastelands。他们活动范围遍及埃及东部、西奈半岛、当时的特兰斯约旦和巴勒斯坦，最终深入撒哈拉沙漠，到达了任何欧洲人从未去过的地方。
福特公司并未为这种越野驾驶设计其汽车。因此，巴格诺尔通过大量的试错，对汽车进行了一系列改装，使他的队伍能够在沙地上行驶，并在干旱的地形中生存数周。为了节约汽车用水，巴格诺尔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，冷凝并重新循环。由于车辆大量的金属和运动部件产生的磁场会干扰传统的指南针，巴格诺尔通过将一个太阳罗盘固定在仪表盘上来导航。为了减轻重量，他拆掉了保险杠、引擎盖和挡风玻璃，甚至用木头替换了部分车身。深知恶劣天气对车辆的严酷考验，探险家们不仅携带备用轮胎，几乎等于携带了备用汽车。每隔几天，他们就会花几个小时手动修补橡胶，或者更换损坏的行星齿轮和悬架弹簧。
在这些年实验期间，巴格诺尔驾驶了约2万英里，其中大部分是在无路可循的地区。当然，汽车也经常陷入困境。为了应对这种情况，巴格诺尔使用了穿孔钢“履带”——本质上是便携式坡道——以及帆布和绳索垫子放在车轮下以增加抓地力。这些方法有效，但需要巨大的努力：“有时，你在轮胎发出令人放心的嗡嗡声中以每小时三十英里的速度行驶；下一刻，汽车就停在了五码之内，车身深陷在干燥的‘流沙’中，”他的一位旅伴威廉·博伊德·肯尼迪·肖在他的回忆录《长期沙漠集团：北非敌后作战》中写道。“使用沙地履带和沙地垫，并有十几个挥汗如雨、咒骂不已的人，卡车每次也只能移出两码。”
他和他的朋友们或许是为了冒险，但巴格诺尔却对巨大的沙丘和构成沙丘的微小沙粒产生了浓厚的兴趣。他在沙漠中写道：“观察者非但没有发现混乱和无序，反而总会惊叹于一种形式的简洁，一种重复的精确性，以及一种在自然界中，除了晶体结构之外，在更大尺度上未知的几何秩序。在某些地方，重达数百万吨的巨大沙堆，以规则的队形，不可阻挡地在国家地表上移动，生长，保持其形状，甚至繁殖。”
他想知道，沙丘在移动时是如何保持形状的？为什么沙子会积聚在沙丘上而不是散开？单个沙粒是如何移动的？地质学家已经研究了沙子的起源，工程师们也使用了经验技术来预测泥沙流，但没有人将物理学原理应用于解释沙粒的运动。
从军队退役回国后，巴格诺尔着手成为第一个做到这一点的人。他总是善于即兴发挥，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地方安放。“我觉得这只是另一种形式的探索，”他后来回忆道。他运用自己在物理学、数学和工程学方面的实践知识，将数百份沙样送入风洞。他记录并拍摄了不同强度的风如何移动不同大小的沙粒，以及沙粒在地面和空中的相互作用。
他发现，当风将沙子卷入空中时，沙粒会影响风的运动。当风的运动改变了沙漠地表的形状时，这种移动的表面又会影响它们各自的运动。巴格诺尔的关键发现之一是，风吹的沙粒会跳跃，这种运动被称为“跃移”（saltation）：它们会短暂地升入空中，撞击地面，然后再次弹起。在此过程中，它们可以将能量传递给地面上较大的沙粒，将它们向前推动，这个过程被称为“地表蠕动”（surface creep）。
为了描述这些运动，巴格诺尔制定了数学公式，后来在1938年重返埃及-利比亚沙漠的实地考察中进行了验证。有一次，他丢了眼镜。“我花了几个非常难受的时，坐在露天，直接暴露在猛烈的沙尘暴中，试图睁开眼睛，同时记录各种测量仪器和沙土收集器的数据，”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，他积累了足够的数据来撰写一本名为《风蚀沙物理与沙丘》的书。这是对该课题的首次科学研究，被认为是风成（或风驱动）过程研究的奠基性著作。“他的书具有开创性，”以色列内盖夫本-古里安大学的该领域顶级专家哈伊姆·佐尔说。“我认为他是个天才。”
但在书出版之前，第二次世界大战爆发了。巴格诺尔被召回军队，再次来到埃及。在那里，英军在撒哈拉沙漠与人数占优势的意大利法西斯军队对峙。巴格诺尔研究了该地区的地图，意识到他奇特的爱好可以转化为一种实用的武器。
1940年，意大利明显准备从利比亚入侵埃及，巴格诺尔向英军指挥官阿奇博尔德·韦弗尔将军提出了他的想法：一支经过特殊训练、行动迅速的突击部队，能够从沙漠深处发起攻击。韦弗尔将军被说服了。他给了巴格诺尔完全的自由，让他能够在利比亚肆意制造混乱。巴格诺尔招募了志愿者，搜刮了军用仓库，并在开罗的旧货店里翻找他非传统的装备：凉鞋、阿拉伯头巾、用来固定被风吹动的地图的裤子夹子，以及大量的备用轮胎。
巴格诺尔驾驶着一小队雪佛兰1.5吨卡车，并为它们配备了他的沙地履带、太阳罗盘和其他创新装置。他拆掉了挡风玻璃，安装了加固弹簧，并在卡车后部安装了博福斯高射炮。他将部队组织成30人的小队。“这些巡逻队必须完全自给自足，能够进行长时间的独立行动，无法获得任何援助，”巴格诺尔在1941年告诉一位广播记者。“每个小队都需要成为一个微型军队。”
一次典型的巡逻由大约10辆卡车和吉普车组成。一辆卡车携带通信和导航设备。另一辆携带重型武器。其余的则载有燃料和物资。长期沙漠集团的袭击变得声名远扬；即使在今天，该组织仍有许多粉丝，其中最著名的是加州长期沙漠集团保护协会的创始人杰克·瓦伦蒂。瓦伦蒂和他的同志们花费了无数的时间和数万美元来研究和复原长期沙漠集团的卡车和吉普车。今年四月，他和几位朋友在北加州的一次军事车辆爱好者集会上展示了其中一辆。这辆1940年代初制造的无顶1.5吨雪佛兰卡车，在车头保险杠上绑着卷起的帆布沙垫，侧面则捆绑着穿孔钢沙履带——也就是陷车时放在车轮下的坡道。一具太阳罗盘被固定在木制仪表盘上。敞开的货箱里整齐地堆放着备用零件、医疗设备、弹药木箱以及装着食物的帆布袋，其中包括利比比玉米牛肉罐头，这是巴格诺尔的士兵们实际食用过的品牌。“巴格诺尔是个才华横溢的人，”一位雪白胡须的前高中教师、海军退伍军人和保护协会成员凯文·坎厄姆说。“他是二战版的阿拉伯的劳伦斯。”
1940年秋天，巴格诺尔的长期沙漠集团，由几位老战友和150名新西兰志愿者组成，开始了他们的行动。他们伪装在沙丘中，监视敌军的部队调动，并将情报通过无线电传回开罗的英军。他们对轴心国的兵营和机场发动闪电突袭，然后消失在撒哈拉的广袤之中。他们留着不修边幅的胡须，戴着阿拉伯头巾，并佩戴蝎子徽章，一副沙漠海盗的模样，这引起了国内媒体的极大兴趣。
他们的影响与其规模不符。在长期沙漠集团参战一年后，韦弗尔将军在一份报告中写道：“这些巡逻队不仅带回了大量情报，而且还袭击了敌方堡垒，俘虏了人员[和]运输工具，并击毁了远至800英里敌方境内的飞机。他们保护了埃及和苏丹免受任何袭击的可能性，并迫使敌人……将大量兵力用于保卫遥远的哨所。”
1941年7月，45岁的巴格诺尔终于厌倦了炎热和艰苦的生活条件，将长期沙漠集团的指挥权交给了别人，并在开罗担任了一个职位。该部队一直战斗到1943年轴心国在非洲战败。之后，他们又被派往希腊、意大利和巴尔干地区执行任务，直到战争结束时才解散。
战后，巴格诺尔返回英国，结婚生子，并定居在肯特郡的乡村。他的沙漠战士生涯结束了，但他即将开启新的职业生涯，成为一名沙漠专家。他的风蚀沙物理学研究，令他惊讶地当选为皇家学会会员——这是英国最权威的科学荣誉之一。“这更令人惊讶，因为我仅仅是一名业余科学家，没有任何学术地位，”他在回忆录中写道。但这也有好处：“作为一名业余爱好者，一位从未担任过学术职务或拥有任何专业身份的自由职业者，我拥有一个非常独特的优势，那就是可以以开放的心态考虑问题，不受那些未经事实检验的传统教科书观点的束缚。”
巴格诺尔的知识被证明非常宝贵。在沙漠中建造设施的石油和天然气公司前来寻求他的帮助，以了解如何应对不断变化的沙丘。他曾为英国石油公司就如何在利比亚沙漠大片地区修建管道提供建议，并向伊朗的石油高管们解释了沙粒运动的基本原理以及如何建造围栏来阻止沙子。
但巴格诺尔将大部分精力投入到研究中，将目光转向了河流输沙的研究领域，并在该领域做出了重要贡献。已故地质学家、同时也是一位热爱沙子的学者迈克尔·韦兰德写道，他长达50年的创造性和跨学科的泥沙物理学研究方法，“使当今的地球科学家和工程师能够装备着对这些关键自然过程深刻（尽管仍不完美）的理解，来规划和追求项目。” 巴格诺尔撰写了近50篇科学论文，并获得了美国国家科学院和美国地质学会颁发的享有盛誉的奖项，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·巴格诺尔说。“他的九成都在隐藏。”
巴格诺尔的职业生涯本可以随着第二次世界大战结束而告一段落，但他仍然会在史册上占有一席之地。但还有一个阶段在等着他。20世纪70年代，NASA打来了电话。它希望他将他的地球科学知识应用于另一个星球。该机构的第一个火星轨道器已经发现了看起来不仅有沙子，还有沙丘。它希望巴格诺尔帮助它理解这些地貌。“在火星上，”NASA喷气推进实验室的研究科学家贝瑟尼·埃尔曼说，“有着相同的物理定律，但引力、颗粒密度和大气压的常数完全不同。”
在几年的时间里，巴格诺尔与NASA合作，包括与卡尔·萨根共同撰写论文。“后来我在一家麦当劳餐厅与NASA喷气推进实验室的一小群年轻科学家共进了一个晚上，”巴格诺尔后来在他的自传中写道。“对于一个81岁的老人来说，听到他们谈论轻松地驾驶一艘2亿英里外的宇宙飞船，就像驾驶一架飞机一样，真是太迷人了。我出生时，人类还没有开始飞行。”
直到生命的最后，这位老兵兼科学家都保持着活跃，他在20世纪80年代发表了他的最后几篇论文——其中一篇，奇怪的是，分析了不同语言中词语长度的随机分布。他的最后一篇论文发表于1986年，当时巴格诺尔90岁。四年后，他去世了。
“他在现代领域仍然非常活跃，”埃尔曼说。
她对此深有体会。从2015年底开始，埃尔曼在四个月的时间里，协助领导NASA的“好奇号”火星车对另一个星球上的沙丘进行了首次探索。火星车揭示了火星地貌历史及其构成成分化学性质的重要信息。为了纪念这位“彻底改变了我们对地球风成过程理解”的人，正如埃尔曼在最近一份关于此次任务的论文中所说，她的团队为这些地貌起了一个恰如其分的名字。这个距离最近的人类居住地数百万英里、由人造车辆探索过的最遥远的沙漠，现在包含了一个被称为“巴格诺尔沙丘”的区域。
文斯·贝瑟是《一粒沙子的世界：沙子及其如何改变文明的故事》的作者。
本文最初发表于《大众科学》2018年秋季“微型”特刊。
