超过 120 万公里的光纤电缆在地球上纵横交错,承载着全世界的电话、互联网信号和数据。但今年夏天,研究人员首次公布了在斯瓦尔巴特群岛西海岸通过光纤电缆探测到的蓝鲸和长须鲸的怪异声音。
现在,研究人员想要窃听一个更大的野兽——地球本身。
挪威科技大学 (NTNU) 电子系教授 Martin Landrø 表示,将全球光纤网络与卫星等现有遥感系统相结合,可以创建一个低成本的全球实时监测网络地球物理预报系统和中心负责人。
“这可能是一个改变游戏规则的海洋地球科学全球观测站,”他说。Landrø 是一篇关于此类系统如何工作的文章的主要作者,该文章发表在Scientific Reports上。
一根头发直径的微小变化
光纤电缆并不是什么新鲜事物。它们可能携带着您的计算机正在解码的信息,因此您可以阅读本文。
然而,发生变化的是可用于从这些网络中提取信息的工具。所讨论的工具有一个相当令人震惊的询问器名称。
询问器可以连接到光纤电缆网络,通过电缆发送光脉冲。任何时候声波或实际波浪撞击水下电缆时,光纤都会弯曲一点。
“而且我们可以非常精确地测量纤维的相对拉伸,”Landrø 说。“这项技术已经存在很长时间了。但它在过去五年中取得了巨大进步。所以现在我们能够使用它来监测和测量距离达 100 至 200 公里的声学信号. 所以这是新事物。
Landrø 的团队——包括来自挪威教育和研究共享服务机构锡克特的研究人员,以及提供审讯器的挪威阿尔卡特海底网络公司,在斯瓦尔巴特群岛最大的定居点朗伊尔城之间使用了一条 120 公里长的光纤电缆,新奥勒松 (Ny-Ålesund),这是该群岛最大岛屿西南海岸的一个研究前哨基地。他们在 2020 年对电缆进行了 44 天的监测,统计了 800 多条鲸鱼的叫声。
“朗伊尔城和新奥勒松之间的光缆,经过 5 年的规划和前期工作,主要由我部资助,于 2015 年投入生产,旨在为新奥勒松的研究界和大地测量站提供高和高的服务。弹性通信能力,”Sikt 国家 R&E 网络负责人 Olaf Schjelderup 在早些时候关于监测项目的文章中说。Schjelderup 也是这篇新论文的合著者。
“DAS 传感和鲸鱼观察实验展示了这种光纤基础设施的全新用途,从而产生了卓越、独特的科学,”他说。
技术很好,但范围仍然是一个限制。Landrø 说,希望随着技术的进步,它会变得更好。
Landrø 说:“虽然目前的询问器还不能超越通常用于长光纤电缆的中继器,但该技术发展非常迅速,我们希望能够很快克服这些限制。”
船舶、和奇怪的波浪模式
在检测鲸鱼叫声的过程中,研究人员还能够检测到船只经过或靠近电缆、一系列以及一种奇怪的波浪模式,他们最终意识到这是由于远处的风暴造成的。
Landrø 说,测量结果非常精确,以至于他们可以将测量结果与发生的每个确切事件相关联,包括阿拉斯加的大。
“当然,我们看到了很多船舶交通,还有很多,其中最大的来自阿拉斯加,”他说。“那是一场大风暴——我们在 120 公里的每个频道(电缆中)都看到了它。我们还看到我们可以探测到远处的风暴。”
该系统如何能够检测到船舶的一个例子涉及 Norbjørn,这是一艘杂货船,被发现穿过距离朗伊尔城约 86.5 公里的光纤电缆。研究人员能够根据船舶在电缆上的航迹来估计船舶的速度,然后可以使用船舶的自动识别系统 (AIS) 航迹对其进行验证。
1963 年的重要出版物
研究人员最初对他们在监测期间检测到的十几个波系列感到困惑。每个波浪事件持续 50-100 小时,波浪频率在事件期间单调增加。但最终他们意识到神秘信号是远处风暴发出的巨浪。
“这些是在海面上移动的物理海浪,”Landrø 说。
频率最低的波浪传播速度最快,其次是频率最高的波浪,最多可在 6 天后到达。这种模式在 1963 年得到认可,当时海洋学家沃尔特·蒙克 (Walter Munk ) 发表了一篇论文,描述了科学家如何通过测量波浪频率-时间图的斜率并进行一些计算来弄清楚风暴产生的波浪来自何处.
通过这些计算,Landrø 的团队确定了热带风暴爱德华多,该风暴距离墨西哥湾的斯瓦尔巴特群岛 4100 公里。他们还确定了巴西附近的一场大风暴,距离斯瓦尔巴群岛海缆 13,000 公里。
有关的更多信息
地质学家已经拥有一个传感器网络,可以帮助他们监测和测量,称为仪。Landrø 说,这些仪器很灵敏,可以提供大量详细信息。
然而,仪价格昂贵,而且它们的分布远不如世界上的光纤电缆网络。
光纤网络的一个缺点是它的信噪比较低。这意味着有很多背景噪音,而来自的信号与背景噪音相比并不那么清晰或强烈。
但光纤网络的优势在于它分布广泛,而且已经到位,这意味着它可以为现有的仪提供额外的信息。这个想法不是要取代现有系统,而是要对其进行补充。
“接下来的问题是,我们可以从一种信噪比较低但空间覆盖范围更好的方法中学到什么?我们如何利用这些额外信息,即使它的质量较低,来了解更多关于的信息及其属性?” 兰德罗说。
监控管道是否存在潜在破坏
还有一个问题是现有的光纤网络是否可以用于监测海底管道——鉴于 9 月下旬的爆炸损坏了 Nord Stream 1 和 2 管道,这一点尤为重要。
“我们能否使用这种光纤技术来监控和保护海底基础设施?这是一个重要的问题,”他说。
管道的挑战在于,当气体流过管道时,它们会产生噪音。
“有了背景噪音,我们必须描述自然变化的特征。然后,如果你有什么东西靠近那条管道,阈值是多少?你什么时候采取行动,你能检测到什么?我们不知道,”他说。“所以计划是对此进行专门的测试。”
最终,这个想法可能是对管道进行实时监控以确保它们是安全的。研究人员已经从斯瓦尔巴光纤网络获得了实时声学数据流。
智能推荐
-
《支付宝》2023.4.14神奇海洋科普问答答案2023-09-20 ,')“翻车鱼会变色吗?”这道题是支付宝神奇海洋的科普问答4月14日的问题,不少玩家还不知道这个问题的答案
-
神奇海洋7.27今日科普问答最新答案分享-支付宝神奇海洋科普每天问题答案大全2023-07-28 神奇海洋里有海洋知识科普学习中心,每天会更新不一样的问题,用户只要正确完成答题就可以免费领取奖励,而且科普问题的答案兔叽下载站花降小编每天都会更新,各位用户一键关注即可获取,非常方便。支付宝神奇海洋科普每天问题答案大全问题:以下哪种海洋植物以其螺旋状的外观和缠绕性生长而闻名?答案:螺旋藻知识拓展:螺旋藻以其螺旋状的外观和缠绕性生长而闻名。它们的细胞排列成螺旋状,使得整个植物体呈现出连续缠绕的形态,
-
地球存在能冻结整个海洋的物质吗 科学家:存在 但实现需要条件2023-08-27 地球存在能冻结整个海洋的物质,但是想要实现需要一定的条件。223年8月,科学家们在研究过程中偶然发现了一种神秘的冰,它被发现隐藏在地球深处的钻石冰冻水核中
-
老式台式电脑怎么连接宽带网络(电脑怎么连接宽带网络)2023-08-01 大家好,小裕来为大家解答以上问题。老式台式电脑怎么连接宽带网络,电脑怎么连接宽带网络这个很多人还不清楚,现在一起跟着小编来瞧瞧吧
-
手机网络模式在哪里找(手机网络模式)2023-08-31 大家好,我是小跳,我来为大家解答以上问题。手机网络模式在哪里找,手机网络模式很多人还不知道,现在让我们一起来看看吧
-
科学家对524公里的实时空中光纤进行实时环境传感2023-07-30 在一项新的现场试验中,研究人员表明,实时相干收发器原型可用于在悬挂在室外电线杆上的高压电力电缆上缠绕的524公里实时网络空中光纤上进行连续传感
-
网络对话作文(网络对话)2023-08-10 大家好,我是小跳,我来为大家解答以上问题。网络对话作文,网络对话很多人还不知道,现在让我们一起来看看吧
-
win10两台电脑共享一台打印机不可用怎么办2023-08-19 win1两台电脑同享一台打印机如何设置太平,两台电脑同享一台打印机如何设置的,很多网友不知道两台电脑同享一台打印机有哪些设置妙技,太平的方式是什么,接下来有兴趣的
-
手机无线网络信号差怎么解决好(手机无线网络信号差怎么解决)2023-09-09 大家好,小裕来为大家解答以上问题。手机无线网络信号差怎么解决好,手机无线网络信号差怎么解决这个很多人还不清楚,现在一起跟着小编来瞧瞧吧
-
已灭绝的十大海洋巨怪 第二牙齿多达百颗(庆幸已消失)2023-08-15 导语:世界上生计过的部分最大的生物生活在数百万年前,个中有十个最可怕的海洋怪物在海洋中游走,已灭尽的十大海洋巨怪分别是巨齿鲨,沧龙,滑齿龙,长颈龙,掠食者鱼龙,海
-
uu网络电话怎么用(uu网络电话好用吗)2023-07-28 大家好,小讯来为大家解答以上的问题。uu网络电话怎么用,uu网络电话好用吗这个很多人还不知道,现在让我们一起来看看吧
-
网络分什么类型(网络分为几种类型)2023-08-21 大家好,小裕来为大家解答以上问题。网络分什么类型,网络分为几种类型这个很多人还不清楚,现在一起跟着小编来瞧瞧吧