这张马里亚纳海沟地图显示了海洋的最深点——挑战者深渊。摄影：ATLAS OF THE WORLD, 11TH EDITION
撰文：MAYA WEI-HAAS
一阵微弱的爆裂声打断了海浪的撞击声——这是事情不对劲的第一个迹象。
2014年12月，David Barclay坐在R.V. Falkor号上，通过插在船体上的水下麦克风的耳机听到了这个声音。他的脑海里闪现出两件科学仪器，它们正在他脚下的水中下沉，准备前往太平洋的挑战者深渊。这个地方位于海浪下11.2千米处--比珠穆朗玛峰的高度还要深超过1.6千米，使它成为海洋的最深点。
H.M.S.挑战者号于1872年起航，这是第一次为研究海洋特征而组织的探险活动。这艘船被风吹离了航线，在一幅手绘木刻中显示，它遇到了现在被称为马里亚纳海沟的巨大水下峡谷。船员们测量出南端的深度为8140米。在20世纪50年代的一次后续考察中，英国海军H.M.S.“挑战者二号”号舰艇船员在这个海沟中发现了一个更深的凹陷，标志着海洋的最深点，并以这两艘船的名字将其命名为挑战者深渊（Challenger Deep）。
这两台仪器是Barclay工作的一部分，他在斯克里普斯海洋学研究所（Scripps Institution of Oceanography）读研究生时就开始了这个项目，目的是创造一种更袖珍也更便宜的方式来记录水下的声音景观。研究海洋的颤动不仅可以帮助科学家了解海洋的结构，还可以辨别出特殊的旋律，无论是来自鲸还是潜水艇。
这些仪器在挑战者深渊内的往返记录预计需要大约九个小时。但是当时间一到，只有一个“幸存者”从深海中回来。
一个声学仪器的玻璃外壳倒塌，声波在海洋表面和海底最深处反弹——所有这些都被另一个水下设备捕捉到并记录下来了。
正如Barclay后来推断的那样，爆裂声来自于一台仪器的玻璃外壳的内爆，这是一个约38cm宽的球体，包裹着电子元件。虽然该仪器被毁，但Barclay和他的同事们最终在坍塌的嘈杂声中找到了有用的声音。该小组利用幸存的设备所记录的来自内爆的反弹声波，计算出有史以来对挑战者深渊所进行的最精确的测量之一：
过去的测量结果主要集中在10900和10950米之间，但最新的估计结果是迄今为止最深的：高达10983米。
挑战者号上携带了许多科学仪器，图中是一部分。从左到右分别是：是用于确定盐度的滑水瓶，用于收集海底样本的杯状测深仪，用于收集海洋生物样本的挖泥机，用于测量深海温度的温度计，以及用于确定水深的探测仪。图源：COLLECTION PJ / ALAMY STOCK PHOTO
2014年12月，科学家们部署了一对深海探测仪，计划让他们在水中自由落体，记录深海的声音。但在两台仪器沉入8000英尺以下后，Deep Sound Mark III内爆了；Deep Sound Mark II幸存下来，图中显示的是部署时的情况，它记录了塌陷和它的许多回声，声音从表面和海底反弹回来。摄影：DIETER BEVANS
科学家们早就知道挑战者深渊是海洋的最深点，但他们花了几十年的时间来精确地确定其最深点在哪里以及有多深。
研究报告的作者、伍兹霍尔海洋研究所的声学海洋学家Scott Loranger说：“我们想了解这个星球的最极端情况。哪座山最高？最干燥的沙漠在哪里？最辣的辣椒是什么？ ”他补充说，“这种努力有助于扩大人类知识的极限。从根本上说，这是每一个科学家都在努力做的事情。”
职业偏执狂
Barclay现在是加拿大新斯科舍省戴尔豪斯大学（Dalhousie University）的副教授，他形容自己是“职业偏执狂”——在他的职业生涯中，不停把昂贵的设备扔到船上之后，这成了一种自然倾向。这种偏执使他会去做周密的准备。每次重大部署的前一晚，他都会列出可能出错的地方。
“听起来有点像 嗜虐，”他说。“但确实是一种很好的锻炼。”
列举可能导致故障的途径，有助于Barclay避免人为造成的灾难，比如忘记给仪器电池充电或没打开设备。然而，总有一些事情是Barclay无法控制的。
探索地球最深处并不容易。上方数英里的水产生了巨大压力，在挑战者深渊中，每平方英寸的压力为8吨，或者大约是表面压力的1000倍。
1960年，瑞士海洋学家Jacques Piccard和美国海军中Don Walsh驾驶着美国海军的Trieste号深海潜水器。这个自行推进的飞行器，如图所示，悬挂在海浪之上，使用一个装满汽油的油箱作为其浮力控制的一部分。这对夫妇成为第一对访问海洋最深点的人。他们测量到了创纪录的10911米的深度。
挑战者深渊
当深海仪器发生内爆，释放出在海底和海面之间反弹的声波时，测量海洋最深点就可能产生新数据。
只有少数人曾经参观过挑战者深渊。1960年1月23日，瑞士海洋学家Jacques Piccard和美国海军中尉Don Walsh登上了Trieste号深海潜水器。当Trieste号接近海底时，急剧下降的温度使一扇有机玻璃破裂，狭小的船舱发出一声巨响。但窗户一直开着，Piccard和Walsh安全抵达了挑战者深渊，在上升前逗留了20分钟。
其他科学家已经向这个深渊发射了遥控飞行器，或者使用声纳从水面测量深度。Barclay的两个装置就是这一漫长探索历史的一部分。
根据程序设定，这两个设备会潜到一定的深度，在返回水面之前，记录下海洋的交响乐。其中一个被称为“深海之声II”（Deep Sound Mark II），可以到达9000米深的海底。另一艘名为“深海之声III”（Deep Sound Mark III），目的是潜入海底。但一旦它们从人们的视线中消失，就没有什么方法可以追踪它们的行进过程了。
Barclay说：“你拉一拉绳子，松开它，它就不见了。”“你看不见，无法跟它对话，也不知道这段时间它在做什么。”
2012年3月26日，国家地理探险家、电影制作人James Cameron成功完成了第一次独自潜入挑战者深渊的任务，使用的是他共同设计的名为“深海挑战者”的潜水器，如图所示，他开始了8000米深的测试潜水。在这次与《国家地理》杂志合作的探险中，Cameron用高分辨率记录了他的经历，并收集了样本进行研究。摄影：MARK THIESSEN, NATGEO IMAGE COLLECTION
Barclay时刻准备着，他在船上安装了水下麦克风，以便在水面上进行记录，偶尔也会听一下下面发生了什么。就在这时，他听到了砰的一声。那天晚上，他仍然不确定发生了什么，他和船员们在指定的时间越过海面，取回仪器。他们发现只有一只在海浪中上下浮动。
科学家们把“深海之声II”拖回到船上，并听了它的录音。一阵噪音打破了寂静，这就是“深海之声III”下方的内爆所产生的刺耳声音。Barclay推测，该仪器的一个小陶瓷浮标可能已经失灵，引发了一连串的破坏。
当仪器的玻璃在5英里的水的重量下坍塌时，它释放出一袋空气，在压力下振荡，然后分裂成一层小气泡。所有这些活动发出的声音在水中急速移动，倾斜着离开水面，然后回到海洋深处——“深海之声II”正在那里聆听。
“很明显，它已经不见了，”Barclay谈到被摧毁的乐器时说。
海波的律动
六年后，Loranger坐在办公桌前，聆听着爆炸的回响。由于现场工作因疫情受阻，他希望能在录音中找到一些有用的东西。在最初混乱的声音之后，可以听到几个明显的回声，每一个都比最后一个稍低，直到它们逐渐消失在寂静中。
“我忘了按停止键，一直在打字，”Loranger说。就在这时，他听到了一些奇怪的声音。内爆后大约25秒，录音中出现了微弱的 “piu”声。这个回声已经传播了近40千米，在海面和海洋最深点之间多次反弹。“天哪，”他回忆道。“我完全没想到会这样。”
测量声波是绘制海底地图最常见的方法之一，就像蝙蝠利用回声定位在黑暗中看东西一样。多年来，研究人员在水面或接近水面的地方引爆炸药，以产生从水底反弹的声音。最近，科学家们已经转向了更可控的制造噪音的方法，例如压缩空气，Mark Rognstad说，他是夏威夷地球物理与行星学研究所的海底测绘专家，不是研究小组成员。
水越深，声音就越强烈，音调也越低，这样才能到达水底。2014年的内爆提供了这种强烈的声音来源。Rognstad说，玻璃外壳在压力下会非常剧烈地坍塌。他加入了《国家地理》杂志资助的探险队，该探险队的任务是搜寻在二战中途岛战役（Battle of Midway）中沉没的船只。当时，一艘遥控飞行器内的玻璃球发生爆炸，造成严重破坏。“对我来说，这就像一个爆炸的炸药，”他说。
“深海之声III”内爆的强度产生的冲击波在地表和海底之间来回穿梭，这是团队精确测量的关键。利用其中一个回声的声学特征作为模板，Loranger和他的同事们确定了最初的巨响爆发和每个反射的到达时间。然后，研究人员模拟了各种声波的路径，并根据温度、压力和盐度变化导致的不同深度下的声速变化进行了调整。
他们对挑战者深渊深度的最终计算为10983米，误差在正负6米左右。
声学的魔力
不同测量方法已经得出了挑战者深渊深度的不同结果——随着技术的进步，寻找海洋最深处的努力肯定会继续。去年发表的一份细致的分析报告显示，Victor Vescovo在潜水器“Limiting Factor”潜水期间，通过声学和压力测量得出了10,935米的结果。不同方法之间可能会有一些差异，每种方法都有自己的挑战和不确定性。
“没有办法用尺子精确地测量，”Rochelle Wigley说，他是新罕布什尔大学的一位地质学家，没有参加这个研究小组。她指出，这两个最新数据之间的差异并不大，不到0.5%。
不管挑战者深渊到底有多深，其魅力部分在于探索——以及沿途可能发现的许多未知奇观。内爆本身就是一个偶然发现的例子，产生了研究人员从未着手收集的数据。
Barclay说，录音还为我们提供了一种方式，来体验一个很少有人有机会参观的地方。他说，就像对着大峡谷大喊以倾听回声一样，听录音是“一种真正身处深渊中的方式”。“真的很神奇。”
至于Barclay的计划，他和他的同事们最终实现了在挑战者深渊聆听声音的目标。2021年，他们在地球的最深处放置了一个设备，记录了4个小时的海洋平静节奏。
（译者：张淏然）