這張馬里亞納海溝地圖顯示了海洋的最深點——挑戰(zhàn)者深淵。攝影：ATLASOFTHEWORLD,11THEDITION

撰文：MAYAWEI-HAAS

一陣微弱的爆裂聲打斷了海浪的撞擊聲——這是事情不對勁的第一個跡象。

2014年12月，DavidBarclay坐在R.V.Falkor號上，通過插在船體上的水下麥克風的耳機聽到了這個聲音。他的腦海里閃現(xiàn)出兩件科學儀器，它們正在他腳下的水中下沉，準備前往太平洋的挑戰(zhàn)者深淵。這個地方位于海浪下11.2千米處--比珠穆朗瑪峰的高度還要深超過1.6千米，使它成為海洋的最深點。

H.M.S.挑戰(zhàn)者號于1872年起航，這是第一次為研究海洋特征而組織的探險活動。這艘船被風吹離了航線，在一幅手繪木刻中顯示，它遇到了現(xiàn)在被稱為馬里亞納海溝的巨大水下峽谷。船員們測量出南端的深度為8140米。在20世紀50年代的一次后續(xù)考察中，英國海軍H.M.S.“挑戰(zhàn)者二號”號艦艇船員在這個海溝中發(fā)現(xiàn)了一個更深的凹陷，標志著海洋的最深點，并以這兩艘船的名字將其命名為挑戰(zhàn)者深淵（ChallengerDeep）。

這兩臺儀器是Barclay工作的一部分，他在斯克里普斯海洋學研究所（ScrippsInstitutionofOceanography）讀研究生時就開始了這個項目，目的是創(chuàng)造一種更袖珍也更便宜的方式來記錄水下的聲音景觀。研究海洋的顫動不僅可以幫助科學家了解海洋的結(jié)構(gòu)，還可以辨別出特殊的旋律，無論是來自鯨還是潛水艇。

這些儀器在挑戰(zhàn)者深淵內(nèi)的往返記錄預計需要大約九個小時。但是當時間一到，只有一個“幸存者”從深海中回來。

一個聲學儀器的玻璃外殼倒塌，聲波在海洋表面和海底最深處反彈——所有這些都被另一個水下設備捕捉到并記錄下來了。

正如Barclay后來推斷的那樣，爆裂聲來自于一臺儀器的玻璃外殼的內(nèi)爆，這是一個約38cm寬的球體，包裹著電子元件。雖然該儀器被毀，但Barclay和他的同事們最終在坍塌的嘈雜聲中找到了有用的聲音。該小組利用幸存的設備所記錄的來自內(nèi)爆的反彈聲波，計算出有史以來對挑戰(zhàn)者深淵所進行的最精確的測量之一：

過去的測量結(jié)果主要集中在10900和10950米之間，但最新的估計結(jié)果是迄今為止最深的：高達10983米。

挑戰(zhàn)者號上攜帶了許多科學儀器，圖中是一部分。從左到右分別是：是用于確定鹽度的滑水瓶，用于收集海底樣本的杯狀測深儀，用于收集海洋生物樣本的挖泥機，用于測量深海溫度的溫度計，以及用于確定水深的探測儀。圖源：COLLECTIONPJ/ALAMYSTOCKPHOTO

2014年12月，科學家們部署了一對深海探測儀，計劃讓他們在水中自由落體，記錄深海的聲音。但在兩臺儀器沉入8000英尺以下后，DeepSoundMarkIII內(nèi)爆了；DeepSoundMarkII幸存下來，圖中顯示的是部署時的情況，它記錄了塌陷和它的許多回聲，聲音從表面和海底反彈回來。攝影：DIETERBEVANS

科學家們早就知道挑戰(zhàn)者深淵是海洋的最深點，但他們花了幾十年的時間來精確地確定其最深點在哪里以及有多深。

研究報告的作者、伍茲霍爾海洋研究所的聲學海洋學家ScottLoranger說：“我們想了解這個星球的最極端情況。哪座山最高？最干燥的沙漠在哪里？最辣的辣椒是什么？”他補充說，“這種努力有助于擴大人類知識的極限。從根本上說，這是每一個科學家都在努力做的事情。”

職業(yè)偏執(zhí)狂

Barclay現(xiàn)在是加拿大新斯科舍省戴爾豪斯大學（DalhousieUniversity）的副教授，他形容自己是“職業(yè)偏執(zhí)狂”——在他的職業(yè)生涯中，不停把昂貴的設備扔到船上之后，這成了一種自然傾向。這種偏執(zhí)使他會去做周密的準備。每次重大部署的前一晚，他都會列出可能出錯的地方。

“聽起來有點像嗜虐，”他說。“但確實是一種很好的鍛煉。”

列舉可能導致故障的途徑，有助于Barclay避免人為造成的災難，比如忘記給儀器電池充電或沒打開設備。然而，總有一些事情是Barclay無法控制的。

探索地球最深處并不容易。上方數(shù)英里的水產(chǎn)生了巨大壓力，在挑戰(zhàn)者深淵中，每平方英寸的壓力為8噸，或者大約是表面壓力的1000倍。

1960年，瑞士海洋學家JacquesPiccard和美國海軍中DonWalsh駕駛著美國海軍的Trieste號深海潛水器。這個自行推進的飛行器，如圖所示，懸掛在海浪之上，使用一個裝滿汽油的油箱作為其浮力控制的一部分。這對夫婦成為第一對訪問海洋最深點的人。他們測量到了創(chuàng)紀錄的10911米的深度。

挑戰(zhàn)者深淵

當深海儀器發(fā)生內(nèi)爆，釋放出在海底和海面之間反彈的聲波時，測量海洋最深點就可能產(chǎn)生新數(shù)據(jù)。

只有少數(shù)人曾經(jīng)參觀過挑戰(zhàn)者深淵。1960年1月23日，瑞士海洋學家JacquesPiccard和美國海軍中尉DonWalsh登上了Trieste號深海潛水器。當Trieste號接近海底時，急劇下降的溫度使一扇有機玻璃破裂，狹小的船艙發(fā)出一聲巨響。但窗戶一直開著，Piccard和Walsh安全抵達了挑戰(zhàn)者深淵，在上升前逗留了20分鐘。

其他科學家已經(jīng)向這個深淵發(fā)射了遙控飛行器，或者使用聲納從水面測量深度。Barclay的兩個裝置就是這一漫長探索歷史的一部分。

根據(jù)程序設定，這兩個設備會潛到一定的深度，在返回水面之前，記錄下海洋的交響樂。其中一個被稱為“深海之聲II”（DeepSoundMarkII），可以到達9000米深的海底。另一艘名為“深海之聲III”（DeepSoundMarkIII），目的是潛入海底。但一旦它們從人們的視線中消失，就沒有什么***可以追蹤它們的行進過程了。

Barclay說：“你拉一拉繩子，松開它，它就不見了。”“你看不見，無法跟它對話，也不知道這段時間它在做什么。”

2012年3月26日，國家地理探險家、電影***人JamesCameron成功完成了第一次獨自潛入挑戰(zhàn)者深淵的任務，使用的是他共同設計的名為“深海挑戰(zhàn)者”的潛水器，如圖所示，他開始了8000米深的測試潛水。在這次與《國家地理》雜志合作的探險中，Cameron用高分辨率記錄了他的經(jīng)歷，并收集了樣本進行研究。攝影：MARKTHIESSEN,NATGEOIMAGECOLLECTION

Barclay時刻準備著，他在船上安裝了水下麥克風，以便在水面上進行記錄，偶爾也會聽一下下面發(fā)生了什么。就在這時，他聽到了砰的一聲。那天晚上，他仍然不確定發(fā)生了什么，他和船員們在指定的時間越過海面，取回儀器。他們發(fā)現(xiàn)只有一只在海浪中上下浮動。

科學家們把“深海之聲II”拖回到船上，并聽了它的錄音。一陣噪音打破了寂靜，這就是“深海之聲III”下方的內(nèi)爆所產(chǎn)生的刺耳聲音。Barclay推測，該儀器的一個小陶瓷浮標可能已經(jīng)失靈，引發(fā)了一連串的破壞。

當儀器的玻璃在5英里的水的重量下坍塌時，它釋放出一袋空氣，在壓力下振蕩，然后分裂成一層小氣泡。所有這些活動發(fā)出的聲音在水中急速移動，傾斜著離開水面，然后回到海洋深處——“深海之聲II”正在那里聆聽。

“很明顯，它已經(jīng)不見了，”Barclay談到被摧毀的樂器時說。

海波的律動

六年后，Loranger坐在辦公桌前，聆聽著爆炸的回響。由于現(xiàn)場工作因疫情受阻，他希望能在錄音中找到一些有用的東西。在最初混亂的聲音之后，可以聽到幾個明顯的回聲，每一個都比最后一個稍低，直到它們逐漸消失在寂靜中。

“我忘了按停止鍵，一直在打字，”Loranger說。就在這時，他聽到了一些奇怪的聲音。內(nèi)爆后大約25秒，錄音中出現(xiàn)了微弱的“piu”聲。這個回聲已經(jīng)傳播了近40千米，在海面和海洋最深點之間多次反彈。“天哪，”他回憶道。“我完全沒想到會這樣。”

測量聲波是繪制海底地圖最常見的***之一，就像蝙蝠利用回聲定位在黑暗中看東西一樣。多年來，研究人員在水面或接近水面的地方引爆***，以產(chǎn)生從水底反彈的聲音。最近，科學家們已經(jīng)轉(zhuǎn)向了更可控的制造噪音的***，例如壓縮空氣，MarkRognstad說，他是夏威夷地球物理與行星學研究所的海底測繪專家，不是研究小組成員。

水越深，聲音就越強烈，音調(diào)也越低，這樣才能到達水底。2014年的內(nèi)爆提供了這種強烈的聲音來源。Rognstad說，玻璃外殼在壓力下會非常劇烈地坍塌。他加入了《國家地理》雜志資助的探險隊，該探險隊的任務是搜尋在二戰(zhàn)中途島戰(zhàn)役（BattleofMidway）中沉沒的船只。當時，一艘遙控飛行器內(nèi)的玻璃球發(fā)生爆炸，造成嚴重破壞。“對我來說，這就像一個爆炸的***，”他說。

“深海之聲III”內(nèi)爆的強度產(chǎn)生的沖擊波在地表和海底之間來回穿梭，這是團隊精確測量的關(guān)鍵。利用其中一個回聲的聲學特征作為模板，Loranger和他的同事們確定了最初的巨響爆發(fā)和每個反射的到達時間。然后，研究人員模擬了各種聲波的路徑，并根據(jù)溫度、壓力和鹽度變化導致的不同深度下的聲速變化進行了調(diào)整。

他們對挑戰(zhàn)者深淵深度的最終計算為10983米，誤差在正負6米左右。

聲學的魔力

不同測量***已經(jīng)得出了挑戰(zhàn)者深淵深度的不同結(jié)果——隨著技術(shù)的進步，尋找海洋最深處的努力肯定會繼續(xù)。去年發(fā)表的一份細致的分析報告顯示，VictorVescovo在潛水器“LimitingFactor”潛水期間，通過聲學和壓力測量得出了10,935米的結(jié)果。不同***之間可能會有一些差異，每種***都有自己的挑戰(zhàn)和不確定性。

“沒有辦法用尺子精確地測量，”RochelleWigley說，他是新罕布什爾大學的一位地質(zhì)學家，沒有參加這個研究小組。她指出，這兩個最新數(shù)據(jù)之間的差異并不大，不到0.5%。

不管挑戰(zhàn)者深淵到底有多深，其魅力部分在于探索——以及沿途可能發(fā)現(xiàn)的許多未知奇觀。內(nèi)爆本身就是一個偶然發(fā)現(xiàn)的例子，產(chǎn)生了研究人員從未著手收集的數(shù)據(jù)。

Barclay說，錄音還為我們提供了一種方式，來體驗一個很少有人有機會參觀的地方。他說，就像對著大峽谷大喊以傾聽回聲一樣，聽錄音是“一種真正身處深淵中的方式”。“真的很神奇。”

至于Barclay的計劃，他和他的同事們最終實現(xiàn)了在挑戰(zhàn)者深淵聆聽聲音的目標。2021年，他們在地球的最深處放置了一個設備，記錄了4個小時的海洋平靜節(jié)奏。

（譯者：張淏然）