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乳海

2021-9-19 09:57| 发布者: IMUFU-KANE| 查看: 11266| 评论: 0

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原文:Steven D. Miller [1]

翻译:饶文冲

校译:牟新翔  黄婧

编排:周学云

后台:库特莉亚芙卡 李子琦 胡永葳

原文链接:https://www.space.com/satellite-technology-to-spot-glowing-seas

原文最初发表于The Conversation杂志上。该杂志将这篇文章投稿给了Space.com的《专家之声:观点与见解》(Expert Voices: Op-Ed & Insights)。





几个世纪以来,水手们一直在讲述着大片海洋在黑暗中放光的传说。

(图片来源:史蒂芬·D·米勒/美国国家海洋和大气管理局)



“整个海洋看起来就像一片被雪覆盖的平原。天空中几乎没有一丝云,但却漆黑一片,好像有暴风雨在肆虐。那景象非常壮观:海水变成了白磷,天空被黑暗笼罩,群星也不再闪烁,似乎意味着大自然的一切都在为最终的大火做准备,就像我们一直被教导要相信的终有一场大火将毁灭这个世界那样。”——1854年,印度尼西亚爪哇岛近海,美国快速帆船“流星”号上的金曼船长



近几个世纪以来,水手们一直流传着类似上述的奇怪遭遇。这些现象被称为乳海,是一种罕见的夜间景象:海洋表面发出稳定明亮的光芒,可以绵延数千平方公里。多亏了像金曼船长这样的19世纪的海员们丰富多彩的记述,乳白色的海洋成为了一种知名的民间传说。但由于其出现地遥远且出现规律难以捉摸,很难对它们进行研究,所以乳海更多地是作为一种民间传说而非科学现象存在。

“我是一个专门从事利用卫星来研究地球的大气科学教授。通过最新一代的卫星,我和我的同事们开发了一种探测乳海的新方法。我们打算利用这项技术远程研究这些发光水域,并引导考察船前往那里,这样我们就可以开始将离奇的故事与科学结合起来。”



水手的故事


迄今为止,只有一艘考察船遇到过乳海现象。幸运的是,该团队收集到了样本,并发现了一种聚居在水面藻类上的发光细菌,名为哈维弧菌(Vibrio harveyi)。



乳白色海洋中的生物荧光是由一种细菌引起的。

(图片来源:Steve. H. D. Haddock/MBARI, CC BY-ND

近海处名为甲藻的小型有机体会在受到干扰时发出明亮的光,而发光细菌的作用方式与这种生物荧光完全不同。一旦它们的数量足够大,达到每毫升水大约有1亿个细胞时,一种内部的生物开关就被打开了,它们随即都开始稳定地发光。

发光细菌使它们所聚居的物体发光。研究人员认为,这种发光的目的可能是吸引鱼类来吃它们。这些细菌可以在鱼类的内脏中大量繁殖,所以当它们的数量对于其主要食物的供应来说过大时,鱼类的胃就成了很好的第二选择。事实上,如果你走进一个冷藏鱼柜,关掉灯,你会注意到一些鱼会发出蓝绿色的光——这就是细菌发出的光。

现在想象一下,如果大量的细菌散布在广阔的海洋上,同时开始发光。一片乳白色的海洋就这样形成了。

虽然生物学家对这些细菌有了许多了解,但这些大规模现象的成因仍然是一个谜。如果乳海出现的主要原因是藻类上生长的细菌的话,那么它们应该会在各种地方、各种时间发生。然而,根据报告,全世界每年只有两到三次乳海现象出现,大部分发生在印度洋西北部和印度尼西亚海岸附近的水域。



研究人员在索马里海岸附近发现了一次乳海现象,在左上角的图像中可以看到一个苍白的漩涡。其它三张图显示的是海洋表面温度(右上,单位:开尔文),洋流(左下,单位:米/秒)和叶绿素(右下,单位:毫克/立方米)。

(图片来源:史蒂芬·D·米勒/美国国家海洋和大气管理局)



利用卫星解决问题


如果科学家想要更深入地了解乳海,他们需要在它发生的时候去研究它。问题是,乳海的出现难以预测,几乎无法对它们进行取样。这时就轮到我的研究发挥作用了。

卫星让监测浩瀚的海洋成为可能,但它需要特殊仪器才能够探测到比太阳光弱1亿倍的光线。我和我的同事们首次发掘卫星的潜力是在2004年,当时我们利用美国国防卫星图像以确认英国商船“利马号”在1995年发现的一片乳海。但是这些卫星图像非常模糊,无法作为搜寻工具。

我们不得不等待更好的设备——昼/夜波段卫星群(the Day/Night Band,DNB),为美国国家海洋和大气管理局而设的新卫星群。新的传感器于2011年底投入使用,但当意识到它的灵敏度高到也能探测到空气分子发出的光时,我们的希望一开始就破灭了。我们花了数年时间研究新卫星群探测到的图像,才能够解释我们看到的东西。

最后,在2018年初一个晴朗无月的夜晚,索马里近海的昼/夜波段卫星图像中出现了一个奇怪的扇形。我们将它与前后几晚的图像进行了对比,发现虽然云层和气辉发生了变化,但闪光的图案仍然存在。我们发现了一片乳海!并且现在我们知道该如何寻找它们了。



爪哇海岸附近的这片乳白色海洋有中国浙江省那么大,并且持续了一个多月。

(图片来源:史蒂芬·D·米勒/美国国家海洋和大气管理局)

2019年的一天,我正在浏览图片,寻找伪装成云的乳海,这时我偶然发现了爪哇岛南部的一个惊人现象:一个巨大的发光海洋漩涡,它足有10万平方公里,大约相当于中国浙江省那么大。新传感器拍摄的图像的清晰度大大出乎我的意料。我惊奇地看着那光芒随着洋流慢慢漂移和变幻。

我们从这个标志性案例中学到了很多:乳海如何与海洋表面温度、生物量和洋流相联系。这是了解它们形成的重要线索。至于所含细菌的大概数量?大约有1000万亿个细胞吧,几乎相当于可观测宇宙中的恒星总数!



左边的两幅图像是用原有的卫星技术拍摄的,而右边的图像则是由新的昼/夜波段卫星传感器生成的高清图像。

(图片来源:史蒂芬·D·米勒/美国国家海洋和大气管理局)



未来可期!


与原有技术相比,观看昼/夜波段卫星图像就像近视的人第一次戴上眼镜。我和我的同事们分析了自2013年以来拍摄的数千张图片,到目前为止,我们发现了12片乳海,它们大多数都分布在几个世纪以来水手们一直谈论的水域中。

也许最实际的事情是搞清楚乳海持续的时间。有的只持续几天,而爪哇附近的那次持续了一个多月。这意味着当这种现象发生在遥远的地方时,我们依然有机会部署考察船进行近距离的研究。这样科学家就可以测量它们,揭示它们的完整组成、它们是如何形成的、为什么它们如此罕见,以及它们在自然界的生态意义。





[1]:史蒂芬·D·米勒(Steven D. Miller),科罗拉多州立大学大气科学教授

————— END —————

责任编辑:周学云

牧夫新媒体编辑部

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微信公众号:astronomycn



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图片版权:NASA/Chris Gunn





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