“智慧”的海底電纜

今年最熱的題材莫過于物聯(lián)網(wǎng)（Internet of Things, IoT）了，讓具有傳感器的真實(shí)物體借助互聯(lián)網(wǎng)彼此串連、互通，交換信息，也可以遙控其他物體運(yùn)作。比如說家里的安全系統(tǒng)、以及可以節(jié)能又維持適溫的智能空調(diào)，都是物聯(lián)網(wǎng)幾個(gè)著名的商業(yè)運(yùn)用。既然可以物體可以借助互相鏈接變得更聰明 (smart)，那鏈接物體的網(wǎng)絡(luò)本身，更確切的說，是互聯(lián)網(wǎng)骨干的那些海底電纜，是否也可以變聰明呢？以專長海洋沉積物的加拿大維多利亞大學(xué)榮譽(yù)教授Chris Barnes為主席，結(jié)合國際電信組織（ITU）、世界氣象組織（WMO）以及聯(lián)合國教科文組織下的政府間海洋科學(xué)委員會（UNESCO/IOC）與各國研究單位的國際團(tuán)隊(duì)，決定在海底電纜上試試運(yùn)氣 。

目前世界上的海底電纜 (via Submarine Cable Map)

每一天，在波濤洶涌的海面下，上兆元的金錢交易、數(shù)十萬張搞笑圖片、幾億封即時(shí)消息…都透過錯(cuò)綜復(fù)雜的海底電纜，在不同地區(qū)間穿梭。海底電纜鋪設(shè)于海床表面，負(fù)責(zé)在各國間傳輸電信訊號，從一開始的電報(bào)，到近代的電話、網(wǎng)絡(luò)等，以及現(xiàn)代的光纖電纜，傳遞訊號更快速。目前除了南極以外，各大洋都有海底電纜通過。“為什么我連不上Youtube！”當(dāng)你在家里憤怒的摔鼠標(biāo)，發(fā)現(xiàn)只有使用XX電信的衰鬼有類似的問題，很可能是因?yàn)檫B接美國的海底電纜發(fā)生故障（如這個(gè)數(shù)年前的新聞）。海底電纜肩負(fù)迅速傳遞龐大訊息的任務(wù)，本身卻十分脆弱?—?漁網(wǎng)、地震、以及突如其來的濁流，都會對電纜有所損壞。此外，為了將訊息傳遞到遙遠(yuǎn)的他方，大約每七十公里左右就必須放置一個(gè)中繼器，將訊號放大，避免訊號在傳遞的過程中逐漸喪失能量而減弱（當(dāng)然，隨著科技的進(jìn)步，中繼器間的間距得以逐漸增加）。

海底電纜上的中繼器（Photo from Global Marine, CC BY-ND 2.0）

于是，Barnes想到一個(gè)點(diǎn)子：何不在中繼器上放一些傳感器，讓海底電纜能順便幫忙測量一些海洋物理數(shù)值（例如溫度、壓力、地震波）呢？這些信息可以透過網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)回傳給其他系統(tǒng)，海底電纜將不再只是傳遞兩端的訊息，更自己產(chǎn)生了新訊息傳遞出去，成為物聯(lián)網(wǎng)的一部份。這并不是海洋學(xué)家第一次打海底電纜的主意。早在1980年代，就有物理海洋學(xué)家想利用海水漲潮與退潮時(shí)造成的微弱電位差異，來量測潮流。不過，因?yàn)槌绷髟诟鞯氐淖兓町悩O大，加上技術(shù)上的種種困難，所以這個(gè)想法并未在各海域普及。

潛水員檢查位于英屬印度洋領(lǐng)地珊瑚礁上的海底電纜（Photo from CTBTO, CC BY-SA 2.0）

科學(xué)家對于海底電纜，尤其是越洋電纜所在的兩千米以下深海所知不多，只有間斷的采樣，而沒有長時(shí)間的監(jiān)測，借助裝設(shè)物聯(lián)網(wǎng)傳感器，能夠得到極有價(jià)值的信息。了解海水的溫度變化，就能更進(jìn)一步了解全球氣候變遷會如何影響海流循環(huán)。而海底壓力的改變，代表的是海平面高低的變化，可能作為海嘯等災(zāi)難的警訊。地震波就更不用說了，不僅能幫助地震示警，更能使人們更了解地質(zhì)結(jié)構(gòu)。在海底電纜上加上這些物聯(lián)網(wǎng)傳感器，就像在人體的皮膚上貼著心電圖的電極一樣，能夠以更大尺度來觀察海洋的脈動。然而，大多數(shù)海底電纜已經(jīng)鋪設(shè)了數(shù)十年之久，將電纜重新挖起裝傳感器，似乎不是個(gè)好主意，Barnes教授決定在2017年先進(jìn)行試驗(yàn)，埋設(shè)一段試驗(yàn)電纜，確定傳感器能夠在深海正常運(yùn)作，再尋求業(yè)界贊助，既然參與單位大多是聯(lián)合國相關(guān)組織，世界銀行也許能夠提供發(fā)展中國家類似的協(xié)助。

海底電纜鋪設(shè)船Stemat Spirit工作中 (Photo by Megasam4256?—?Own work. Licensed under CC BY-SA 3.0 via Wikimedia Commons)

在此同時(shí)，目前 Arctic Fibre Inc. 正在負(fù)責(zé)架設(shè)東京到倫敦的海底電纜，也將這個(gè)想法一并化為實(shí)際。由于這條電纜將通過加拿大的北極海域，該電信公司與Scripps海洋研究所的科學(xué)家John Orcutt合作，在電纜上加上溫度與壓力傳感器。Orcutt表示，這將有助于我們了解未來數(shù)十年北極海域的溫度與海平面變化。除此以外，Orcutt還希望能加上聲學(xué)傳感器，用來記錄極圈哺乳動物的聲音。從另外一個(gè)角度出發(fā)，通訊網(wǎng)絡(luò)也就成了海洋觀測網(wǎng)絡(luò)的最佳平臺。這是否能夠打造雙贏局面，為科學(xué)?—?產(chǎn)業(yè)合作建立新典范呢？就讓我們拭目以待吧！