新浪科技訊 北京時間3月31日消息，據國外媒體報道，在距離北極不足320公裡的北冰洋中部，德國破冰船“極星号(Polarstern)”進入籠罩在黑暗之中的冰凍海面，科研人員一周多次接觸寒冷刺骨的海水和冰層，這裡潛在着四處覓食的北極熊，令人難以置信的是，大家已有兩個多月未看到太陽。
他們的任務是駕駛一艘機器人船在海冰之下探索北極最神秘的環境之一，這項工作充滿了各種挑戰，其中包括：風暴天氣、安紮帳篷和營地漂移等，但對進行此項科研工作的科學家而言，能夠收集前所未有的勘測數據，面對再大挑戰都是值得的。
2、圖中是海冰中凍結的海藻和海洋微生物。 探索北極海冰世界僅是MOSAiC探險活動的研究項目之一，MOSAiC是為期一年的北極科考活動，它有點兒像科幻小說家儒勒·凡爾納(Jules Verne)筆下具有傳奇色彩的探險活動。“極星号”破冰船航行時周圍的海冰都會凍結，它以鋸齒形航行軌迹在北冰洋中部航行2500多公裡，有時還會遭遇風暴和洋流。在航行過程中，數百名研究人員不斷地搜集北冰洋勘測樣本，分析北極氣候，采集冰樣，通過建立戶外實驗室網絡，能将勘測的自然生态系統從破冰船延伸至周邊50公裡的範圍。
膽小的人并不适合此次北極探險，在這種極端緯度地區，冬季溫度将驟降至零下46攝氏度，自從11月份看到過日落之後，會長達150多天看不到日出。由于海冰周圍潛伏着許多北極熊，對科研人員構成了一定的威脅，目前他們建立的海洋漂浮基地采用了一個複雜的北極熊防禦系統，其中包括：絆網、360度紅外掃描儀和六名武裝巡邏員。
在探險隊的第一站，德國阿爾弗雷德·韋格納研究所海冰科學家馬塞爾·尼古拉斯(Marcel Nicolaus)和伊爾卡·馬特羅(Ilkka Matero)幫助建立了一個“ROV綠洲營地”，這是MOSAiC冰封觀測網絡的4個主研究前哨之一。這裡的明星是一個迷你冰箱大小的機器人，裝備着傳感器、攝像機和機械臂，它通過一個海冰洞進入海洋。科學家在一年的時間裡每個星期都要操控這種系繩機器人在冰層之下穿梭。
3、ROV營地是建立一個基地帳篷，然後在裡面鑽探一個冰洞，将一個水下機器人放入冰水中，旁邊配備一個控制台，由兩名工作人員作為主、副操控員，他們坐在監視器屏幕前，使用控制器實時操控ROV水下機器人，并檢查傳感器的所有數據。 “這是我們第一次在冰層之下跟蹤季節循環變化，我們想看看情況如何，随着一年的氣候變化，它們将産生怎樣的影響。”
研究人員最感興趣的是冰層之下光照變化對生态系統的影響，在一年的觀測中，北極海冰之下從夏季光照至冬季完全黑暗，因為北極作為地球北半球的最，将距離太陽最近，也會最遠離太陽。海冰也經曆季節性變化，在春季和夏季，伴随着光照和溫度升溫，海冰逐漸融化變薄，而在秋季和冬季，海冰将變得更厚。
穿透海冰的光照數量塑造了北冰洋生态系統，該生态系統是以海水和海冰中的微小綠藻為基礎，因為ROV探測器将全年測量照亮和收集生物樣本，研究人員将看到漫長冬夜之後，當第一縷陽光再次出現時，北極海冰生态系統如何逐漸複蘇，散發生命活力。
4、圖中是研究人員正在監控水下機器人勘測作業。 海冰科學家馬特羅說：“即使少量太陽光線穿過冰層，也能啟動冰層藻類的生物産量，這些藻類生物是海洋食物鍊層，正是它們為浮遊生物等微小甲殼類動物提供食物來源，而浮遊生物是各種魚類和海洋無脊椎動物的食物。”
美國科羅拉多州立大學大氣科學家傑西·克瑞莫恩(Jessie Creamean)參與了MOSAiC探險任務的第一階段，她希望水下機器人勘測數據能夠幫助大家了解春季浮遊植物大量繁殖過程中如何産生氣溶膠，氣溶膠是懸浮的大氣微粒，它們是雲層的“種子”。研究小組在較南區域進行勘測，結果表明，海洋微生物對于北極雲層的形成至關重要，同時該情況也可能發生在北極中部區域，此前我們對此并不知曉。
傑西指出，目前我們正在探索北極海冰環境的一個關鍵環節——氣溶膠對雲層的影響，之前人們未深入研究過。
除了太陽光線之外，水下機器人還收集其他海洋環境數據，營養、鹽度等海洋環境因素會影響海冰之下的生命形式，同時，也揭示了冰層底部的重要信息。通過水下機器人的多波束聲納，可以繪制海冰底部起伏結構的3D圖像，科學家對海冰結構和周圍海水的性質研究，希望能更好地了解海冰如何變厚或者變薄，以及被多少積雪覆蓋的冰層更容易融化。
5、即将放入冰洞的水下機器人。 尼古拉斯稱，最終這些信息将輸入到模型之中，便于預測無論在季節性循環過程中，還是人類造成氣候變化的長期影響下，北極海冰在什麼時間、什麼位置最有可能融化。事實上，水下機器人收集的所有數據都可作為一種基準，幫助科學家了解海冰及其獨特栖息地是如何随着北極地區氣溫升高而變化。
“一旦我們能将不同的生物群落映射到不同的冰況，就能預測随着氣候轉暖，生物群落可能發生怎樣的變化。”
正如水下機器人(ROV)科學家在MOSAiC探險活動早期所了解到的，收集所有這些數據需要一定的耐心和适應能力。
ROV營地是建立一個基地帳篷，然後在裡面鑽探一個冰洞，将一個水下機器人放入冰水中，旁邊配備一個控制台，由兩名工作人員作為主、副操控員，他們坐在監視器屏幕前，使用控制器實時操控ROV水下機器人，并檢查傳感器的所有數據。2019年10月中旬，科學家将所有設備安裝完畢後，迎來了一場風暴，導緻海冰破裂，營地在海面上漂浮起來。最終研究人員不得不展開一項救援行動，其中包括駕駛一架直升機前往他們的野外營地，回收營地補給品。
之後一切都得重建，經過兩周的休整，這支研究小組于11月2日再次部署水下機器人潛水勘測。馬特羅說：“在接下來的兩周時間裡，行動非常成功，但是另一場風暴接踵而至，整個營地再次漂浮起來，這次研究小組設法在同一地點多呆幾個星期，然後繼續潛水，但在12月16日，冰層上又出現一道裂縫，正在穿過營地，最終研究小組被迫拆除所有科研設備，避免被海水浸泡。”
在聖誕節前夕，抵達MOSAiC第二站的新工作人員第三次建立“ROV綠洲營地”，随着冬季的到來，冰層變得更加堅硬穩定，令人欣慰的是，營地此後再沒有被調整。
尼古拉斯稱，這些後勤方面的挑戰和困難是北極工作必須面對的，他從上世紀90年代末開始一直在遙遠的北極地區進行實地勘測，不得不承認之前冰面作業帶來諸多麻煩。北極海冰比我們預想的更有“活力”，這裡是北極。
除了變幻無常的海冰之外，“北極土著居民”——海豹、北極熊，對我們構成了威脅。
正如海冰物理學家、ROV綠洲營地成員克裡斯蒂安·卡特萊恩(Christian Katlein)所描述的：北極海豹非常讨厭，它們經常咬斷水下電纜，為了防止海洋哺乳動物咬斷電纜導緻電力中斷，水下機器人和其他纜繩在不使用時儲存在一個金屬網箱中，這是迄今最為效的預防措施。
還有來自北極熊的威脅，目前研究人員還沒有危險的遭遇，11月9日，一隻北極熊在研究人員午餐時間漫步進入MOSAiC氣象研究營地，所有研究小組成員被迫撤離該冰面，整個下午的工作不得不取消。馬特羅解釋稱，我們的首要任務是确保北極熊對科學家未構成傷害，人身安全在北極勘測活動是放在第一位的。
盡管在北極進行科學研究會面臨許多挑戰，但對于ROV綠洲團隊而言，他們能夠收集到一整年的勘測數據，付出這些努力是值得的。卡特萊恩對北極探險活動非常樂觀，他表示，這是我的希望和夢想，北冰洋是一個非常好的勘測地點，這一點非常重要。他回憶在2019年10月的暮色中，當時的天空變成一抹粉紅色和橙色，太陽強烈的直射角度在冰面上呈現耀眼的藍色，但夜晚來臨時，你就會沉浸在一片漆黑環境，但這裡仍然非常美麗。
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