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水下无人机

领头图片©Pasquale Vassallo, Stazione zoo Anton Dohrn

医生来了,他们正在给地球做CAT扫描。一组地球科学家已经开发出一种扫描地球并建立其内部3D模型的方法——使用一种叫做美人鱼的设备。

加州大学伯克利分校的地球物理学家布鲁斯·巴菲特认为,我们对太阳内部的了解可能比我们对地球内部的了解还要多。仍然缺少关于温度、密度、形状和成分的知识。地球内部可能是最后一片荒野。但这不会持续太久。

由普林斯顿大学地球科学家弗雷德里克·j·西蒙斯(Frederik J. Simons)领导的研究人员计划发射一支由50架水下无人机组成的舰队,名为“美人鱼”(mermaid)。这些设备携带的技术可以扫描地球,并创建地球内部动态的快照,可以用来建立过去的模型,并对未来做出预测。在这次侦察任务中,他们将重点测量南太平洋下435英里处巨大的热岩羽。

巴菲特说:“就在我们脚下,仍有伟大的发现有待发现,而这实际上可能对我们的环境产生影响。”“这是一个巨大的未知,我认为在地质时间尺度上,巨大的未知贡献了很多。像(美人鱼)这样的事物正在推动我们在这一领域前进。”

一队水下无人机。普林斯顿大学的一名地球科学家计划发射50架无人机,潜到南太平洋下435英里处。照片由普林斯顿大学的弗雷德里克·J·西蒙斯提供。

一队水下无人机。普林斯顿大学的一名地球科学家计划发射50架无人机,潜到南太平洋下435英里处。照片由普林斯顿大学的弗雷德里克·J·西蒙斯提供。

美人鱼(“独立潜水员在海洋地区记录移动地震”的首字母缩写)不是半人半鱼的生物。它们是配备了地震仪、水听器和双向卫星通信的水下无人机。它们可以下潜到3000米(1.86英里)的深度,收集地球内部的数据,然后通过卫星将数据发送到地面接收站。他们可以在没有科学家介入的情况下继续收集数据长达5年之久。

该团队已经派出了一支美人鱼舰队在加拉帕戈斯群岛附近收集数据,他们目前正在研究下一代美人鱼,计划在太平洋深处发射。西蒙斯希望有一天这种设备能在全球普及。

位于全球各地的一系列陆基记录站已经在进行这种扫描。它们会监听地球另一端的地震。例如,如果加州大学伯克利分校的地震监测站记录了发生在日本的地震,该监测站就埋在校园内一座小山的深处,该记录将提供有关日本和伯克利之间地球内部的信息。与医学CAT扫描(通过拍摄人体的横截面图来诊断肿瘤位置或血块)类似,x射线断层扫描(x射线断层扫描)也可以用来制作地球内部的3D图像。但地球的三分之二被海洋覆盖,留下了足够多的盲点,使研究人员无法了解这颗行星的内部运行。

尽管已经有一些将设备固定在海底的努力,但海洋中基本上没有观测站。Simons称这些设备为“数据收集领域的劳斯莱斯”,因为它们价格昂贵、性能强劲、功能强大。但是,对他来说,是美人鱼。“是地震学的优步。”换句话说,他们以低成本完成任务。

一名研究人员将一架无人机送入海洋,以捕捉地球内部动力学的信息。这些信息可以用来建立过去的模型,并对未来做出预测。照片由普林斯顿大学的弗雷德里克·J·西蒙斯提供。

一名研究人员将一架无人机送入海洋,以捕捉地球内部动力学的信息。这些信息可以用来建立过去的模型,并对未来做出预测。照片由普林斯顿大学的弗雷德里克·J·西蒙斯提供。

西蒙斯说,新的美人鱼舰队将照亮地球上未知的部分,由于缺乏地震记录站,我们无法看到这些地方。大型的,昂贵的,地面固定的传感器提供类似的数据收集功能,但缺乏灵活性和弹性美人鱼。一旦锚定在海底,研究人员就会十指交叉,等待数年才能取回仪器,希望数据就在那里。然而,无人机重量轻,成本低。它们漂移到几千米深的地方,并经常浮出水面来传输有用的地震数据。

“就在我们脚下,仍有许多伟大的发现有待发现,而且它实际上可能对我们的环境有影响。”

布鲁斯·巴菲特,加州大学伯克利分校的地球物理学家

西蒙斯对这个项目已经有35年的热情了,他说这些数据可以被研究人员用来回答关于地幔内部工作的问题,地幔是位于地球中心的薄地壳和深层地核之间的一层。他的重点是法属波利尼西亚的火山岛屿。下面的地幔,由岩石组成,包含着西蒙斯想要解决的谜团:那里有热点吗?它们会浮到水面上来吗?上升流将如何改变地表特征?

西蒙斯说,在海洋中监听地震应该成为主流。但他对未来的美人鱼有更高的目标。

“海洋中有很多东西需要测量,”他说,并呼吁气象学家、海洋学家和生物学家联合起来。“很多设备,比如人们可以与之交谈的无人机,它们在海洋中漫游,上面有多种设备,不仅仅是地震仪……这需要成为未来的一部分。”

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