“鬼鬼祟祟”的水下机器人花了18天时间记录海洋生物和吵闹的人类

时间:2019-12-26 21:41 来源:seo 作者:杏鑫 点击量:

“鬼鬼祟祟”的水下机器人花了18天时间记录海洋生物和吵闹的人类

在18天的时间里,一个水下机器人潜水、浮出水面、潜水、浮出水面——总共大约402次——在沿着华盛顿和俄勒冈州海岸线的大陆架航行数百英里的过程中,它一直在倾听海洋深处的声音。

这个形似鱼雷的机器人被称为滑翔机,它捕捉到了一艘研究船上的气枪发出的撞击声,就像低沉的低音鼓一样回荡着。那声音听起来像是一台摇摇晃晃的洗衣机的搅动声,表明附近有一艘船经过。这个重达120磅的机器人甚至捕捉到了座头鲸那令人愉快的男中音般的哀嚎。

多年来,科学家们一直致力于解开海洋声音的奥秘。噪音在水下传播的距离比在空气中要远得多。

“声音对于海洋动物就像光对于陆地上的人一样,”俄勒冈州立大学海洋资源研究助理教授Joe Haxel说。它是这些生物聆听、定位和交流的媒介。

大海到底有多吵?人类——货船、海洋钻探和声纳测试——是否让声音更大了?

“我们对海洋的整体噪音及其对生物的影响知之甚少,”美国国家海洋和大气管理局(National Oceanic and Atmospheric Administration)位于西雅图的太平洋海洋环境实验室(Pacific Marine Environmental Laboratory)的工程总监克里斯·梅尼格(Chris Meinig)说。

上个月,由Haxel和Meinig共同撰写并发表在同行评议的科学杂志《公共科学图书馆·综合》上的一篇新研究论文,记录了这架滑翔机的旅程,并解释了这项技术如何让科学家倾听大海的声音,探索它黑暗的深处。

“这是一种新的测量方法,可以告诉我们外面发生了什么,”Haxel说。

大多数海洋滑翔机没有螺旋桨或任何推进系统。

相反,它们在水中划水是因为它们的翅膀,当机器人调整自身浮力时,翅膀与海水形成一定角度。

“我们用机翼来调整姿态和飞行路线,”梅尼格说。

机械舵通常是用来帮助保持机器在正确的方向上。管式电机内部的电池可以移动和调节其镇流器。

当滑翔机浮出水面时,它们可以与卫星通信,分享数据,并从操控者那里得到指令。然后,他们下降到一个程序的深度,然后再开始爬过水。

科学家们使用滑翔机来收集海洋温度、盐度信息和其他各种测量数据。

希捷是华盛顿大学发明的。梅尼格说,这些机器人在海洋中寻找科学奥秘的线索已经有15年了。但是这项技术还在继续发展。

因为滑翔机没有螺旋桨,这些安静的机器很少会打扰到通常容易受惊的动物。

“他们有点鬼鬼祟祟,”他说。

水听器本质上是水下麦克风,多年来,水听器使科学家能够从滑翔机上收集声音数据。

但是,对海洋环境噪声的研究通常依赖于固定的系泊处,这些系泊处只能在个别地点和深度取样。

带水听器的滑翔机以前从未被广泛用于噪音监测,这主要是因为滑翔机的方向舵经常会打断录音。Haxel和其他科学家设法用计算机算法过滤音频中的方向舵噪声。

“我从来没见过有人用滑翔机做过这样的环境噪音研究,”JASCO应用科学公司的资深科学家伊丽莎白·库塞尔(Elizabeth Kusel)说。“他们的工作非常有价值。”

2012年7月20日,科研人员在灰港附近发射了这架滑翔机。两周后,它到达了285英里外的俄勒冈州布鲁金斯附近。

机器人的平均速度不到每小时1英里。它的中位潜水深度超过海平面以下2050英尺。

科学家们记录了整个旅程,捕捉了至少11次与太平洋白海豚、3次与座头鲸和其他一些科学家无法识别的生物相遇的声音。

该机器人还捕获了过往船只和美国国家科学基金会(National Science Foundation)在沿海进行地震研究的一艘船的强大气枪。

“这基本上是一次爆炸,”哈赛尔在谈到气枪的爆炸时表示。“每隔20或30秒,你就会听到水柱里有很大的隆隆声。”

石油和天然气公司也使用地震气枪来研究可能的矿藏。它们的使用是有争议的,因为这些爆炸会伤害附近的动物。

虽然科学家们使用的是一种特别灵敏的水听器,但哈赛尔说,有时,研究用的气枪发出的声音大到“超过了我们可以测量的灵敏度阈值”。

尽管如此,总的来说,科学家们发现,海岸附近的海洋噪音与20世纪90年代固定系泊处的测量结果相似。

大型船只对整体噪音水平的影响并不像哈赛尔预期的那样显著。科学家们比较了来自船只的跟踪数据,发现总体噪音与船只存在的相关性很小。

这让我大开眼界。我以前认为船是很吵的,”哈赛尔说。但他说,沿着大陆架,从船上发出的声音似乎被“困住了”,而且“范围有限”。大陆架的海床不均匀,海面起伏大,而且在水柱中有独特的物理特性。

这些结果不能外推到其他地点。

“在普吉特湾,你的声速剖面看起来会有很大不同,”Haxel说。

滑翔机被用来绘制水下火山喷发的声音,帮助国家海洋和大气管理局进行飓风预报,还可以用来听深海须鲸的声音。

梅尼格说,它们飞过了太平洋、阿拉斯加附近的白令海和两极大陆的冰层。

“海洋里的简单机器人可能比其他任何地方都多,”梅尼格说。对于滑翔机,“我们正在做越来越多、越来越有挑战性的事情。”

每次飞行,这些机器人都会深入到未知的领域。

?2019年西雅图时报论坛内容分发的机构,LLC。

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