利用晝夜波段傳感器揭秘海上傳說中的乳白色海洋

科學(xué)家正在應(yīng)用新型衛(wèi)星技術(shù)尋找海上傳說中夜里發(fā)光的乳白色海洋

圖 1 幾個(gè)世紀(jì)以來，水手們一直在講述黑夜中大片海洋發(fā)光的故事。(圖片來源：史蒂文·D·米勒/NOAA)

"整個(gè)海洋就像一片被雪覆蓋的平原，天空中幾乎沒有一絲云彩，然而天空看起來就像暴風(fēng)雨在肆虐一樣黑。這是一幕可怕的壯觀景象，海水變成了磷，天空籠罩在黑暗之中，星星也熄滅了，似乎大自然正在為最后一場大火做準(zhǔn)備。而我們被教導(dǎo)相信，這場大火將毀滅這個(gè)物質(zhì)世界。" ——1854年，美國快艇 "流星號 "的金曼船長，在印度尼西亞爪哇島近海發(fā)言

幾個(gè)世紀(jì)以來，水手們一直在報(bào)告類似上述的奇怪遭遇，這些事件被稱為乳白色海洋。它們是一種罕見的夜間現(xiàn)象，即海洋表面發(fā)出可以覆蓋數(shù)千平方英里的穩(wěn)定的亮光。歸功于像金曼船長這樣的19世紀(jì)航海家們豐富多彩的描述，乳白色海洋是民間海上傳說的一個(gè)著名部分。但由于它們遙遠(yuǎn)且難以捉摸的性質(zhì)，其極難研究，因此仍然只是民間傳說的一部分，而非科學(xué)的一部分。

我是一名專研用于研究地球的衛(wèi)星的大氣科學(xué)教授，通過最新的一代衛(wèi)星，我和我的同事們已經(jīng)開發(fā)出一種探測乳白色海洋的新方法。利用這種技術(shù)，我們計(jì)劃遠(yuǎn)程了解這些發(fā)光水域，并引導(dǎo)考察船前往，這樣我們就可以開始調(diào)和超現(xiàn)實(shí)的故事與科學(xué)的理解。

水手們的故事

乳白色海洋中的生物發(fā)光是由一種細(xì)菌引起的。

圖 2 乳白色海洋中的生物發(fā)光是由一種細(xì)菌引起的。(圖片來源：史蒂夫. H. D. 哈德克/MBARI, CC BY-ND)

到目前為止，只有一艘考察船遇到過乳白色海洋。船員們收集了樣本，發(fā)現(xiàn)了一種定居于水面上的藻類，名叫哈維弧菌的發(fā)光細(xì)菌菌株。

與發(fā)生在岸邊的生物發(fā)光不同，被稱為鞭毛藻的小生物在受到干擾時(shí)會(huì)發(fā)光，發(fā)光細(xì)菌的工作方式完全不同。一旦它們的數(shù)量足夠大——每毫升水約有1億個(gè)單個(gè)細(xì)胞時(shí)——一種內(nèi)部的生物開關(guān)就很被打開，它們都開始穩(wěn)定地發(fā)光。

發(fā)光細(xì)菌會(huì)使它們寄生的粒子發(fā)光。研究人員認(rèn)為，這種發(fā)光的目的可能是為了吸引以它們?yōu)槭车聂~。這些細(xì)菌可以在魚類的腸道中大量繁殖，因此，當(dāng)它們的數(shù)量大到主要食物供應(yīng)無法滿足時(shí)，魚的胃就成了它們絕佳的第二選擇。事實(shí)上，如果你進(jìn)入一個(gè)冷藏的魚柜并關(guān)閉燈光，你可能會(huì)注意到一些魚發(fā)出藍(lán)綠色的光芒——這就是細(xì)菌的光芒。

現(xiàn)在想象一下，如果數(shù)量巨大的細(xì)菌，分布在一大片廣闊的海洋之上，都同時(shí)開始發(fā)光——這就形成了一片乳白色的海洋。

雖然生物學(xué)家對這些細(xì)菌了解較多，但導(dǎo)致它們大規(guī)模發(fā)光的原因仍然是個(gè)謎。如果生長在海藻上的細(xì)菌是乳白色海洋的主要原因，那么它們在任何時(shí)間、地點(diǎn)都會(huì)發(fā)生。然而，根據(jù)海面報(bào)告，全世界每年大約只有兩到三次乳白色海洋出現(xiàn)，主要是在印度洋西北部和印度尼西亞海岸附近的水域。

圖 3 研究人員在索馬里海岸附近發(fā)現(xiàn)了一個(gè)乳白色的海洋事件，在這里可以看到左上角圖片中的一個(gè)白色的漩渦。其他面板顯示的是海面溫度、洋流和葉綠素。(圖片來源：史蒂文·D·米勒/NOAA)

衛(wèi)星解決方案

如果科學(xué)家們想了解更多關(guān)于乳白色海洋的信息，他們就需要在乳白色海洋發(fā)生時(shí)趕到并了解它。問題在于，乳白色海洋是如此難以捉摸，幾乎不可能對其進(jìn)行采樣。而這正是我的研究發(fā)揮作用的地方。

衛(wèi)星為監(jiān)測廣闊海洋提供了一種實(shí)用的方法，但它需要一種能夠探測到比日光暗淡約1億倍的光線的特殊儀器。我和我的同事在2004年首次探索了衛(wèi)星的潛力，當(dāng)時(shí)我們使用美國國防衛(wèi)星圖像確認(rèn)了英國商船SS 利馬號在1995年報(bào)告的乳白色海洋。但是這些衛(wèi)星傳回的圖像噪音很大，我們無法將其作為搜索工具。

我們不得不等待一個(gè)更好的儀器——晝夜波段——計(jì)劃用于美國國家海洋和大氣管理局的新衛(wèi)星星座。新的傳感器在2011年底投入使用，但當(dāng)我們意識到晝夜波段的高靈敏度也能探測到空氣分子發(fā)出的光時(shí)，我們的希望一開始就破滅了。我們花了數(shù)年時(shí)間研究晝夜波段圖像，才能夠解釋我們所看到的東西。

最后，在2018年初的一個(gè)晴朗的無月之夜，索馬里近海的晝夜波段圖像中出現(xiàn)了一個(gè)奇怪的螺旋狀特征。我們將其與前后兩晚的圖像作了對比。雖然云層和氣光特征發(fā)生了變化，但 渦動(dòng)仍然存在。我們發(fā)現(xiàn)了一個(gè)乳白色海洋! 現(xiàn)在我們知道如何尋找它們了。

圖 4 爪哇島沿海的這片乳白色海洋有肯塔基州那么大，持續(xù)了一個(gè)多月。(圖片來源：史蒂文·D·米勒/NOAA)

揭開晝夜波段全部潛力的 "啊哈！"時(shí)刻是在2019年。我正在瀏覽圖像，尋找偽裝成乳白色海洋的云，這時(shí)我偶然發(fā)現(xiàn)了爪哇島南部發(fā)生的一件令人震驚的事情。我看到的是一個(gè)巨大的漩渦，發(fā)光的海洋面積跨越了4萬平方英里（10萬平方公里）——大約相當(dāng)于肯塔基州的面積。來自新傳感器的圖像提供了我從未想象過的細(xì)節(jié)和清晰度。我驚奇地看著這些光芒隨著洋流慢慢地漂移和變化。

我們從這個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)案例中學(xué)到了很多：乳白色海洋與海面溫度、生物量和洋流的關(guān)系——這是理解乳白色海洋形成的重要線索。至于所涉及的細(xì)菌估計(jì)總量？大約有1000萬億個(gè)細(xì)胞——幾乎是可觀測宇宙中的恒星總數(shù)！

圖 5 左邊的兩張圖片是用舊的衛(wèi)星技術(shù)拍攝的，而右邊的圖片顯示的是晝夜波段傳感器產(chǎn)生的高清晰度圖像。(圖片來源：史蒂文·D·米勒/NOAA)

未來是光明的

與舊技術(shù)相比，觀看晝夜波段圖像就像第一次戴上了眼鏡。我和我的同事分析了自2013年以來拍攝的數(shù)千張圖像，到目前為止，我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了12片乳白色海洋。大多數(shù)都發(fā)生在幾個(gè)世紀(jì)以來海員們一直在報(bào)告的同一水域。

也許最實(shí)際的發(fā)現(xiàn)是乳白色海洋的持續(xù)時(shí)長。雖然有些只持續(xù)了幾天，但在爪哇島附近的那次卻持續(xù)了一個(gè)多月。這意味著有機(jī)會(huì)在這些遙遠(yuǎn)的事件發(fā)生時(shí)，向它們部署考察船。這將使科學(xué)家們能夠測量它們，揭示它們的完整組成、如何形成的、為何如此罕見，以及它們在自然界中的生態(tài)意義。

如果我真的像金曼船長一樣，站在船的甲板上，向天空投下陰影，我就會(huì)跳入水中！

BY: Steven D. Miller

FY: 阿嘉

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