海底流浪者二號(Benthic Rover II)在海底工作的樣子。圖片來源:翻攝自 MBARI

海底 4 千公尺,一片寂靜黑暗,只有靄靄的海洋雪飄著。漸漸的,遠處有微弱的光亮傳來,2 束光線緩緩靠近,到了視線所及範圍,才發現原來是一台黃色的機器人,大小與小象相當,它有著凸凸長長的眼睛,像是掛著厚重眼鏡下的小眼睛。這輛機器車每走幾步就停下來,在原地踱了 2 步,停了好久好久,不知多久後,突然起身繼續往前,在靜謐的海底緩慢前進,直到海底黯淡,回復成完全的黑暗。

外貌跟瓦力有點相似的海底流浪者二號(Benthic Rover II)。圖片來源:翻攝自 MBARI

上述畫面中的機器人,是海底流浪者二號(Benthic Rover II,下簡稱流浪者),大小跟高爾夫球車差不多,但是它的腳是寬寬的履帶,所以帶點坦克 style。流浪者最矚目的外觀,就屬 2 顆像是呆呆眼睛的球狀物,那是它的浮動裝置,讓它看起來有點像知名動畫人物——瓦力。流浪者的任務是沉入深 4000 公尺的太平洋海底,在軟軟的沙泥中找尋深海碳循環的線索。

碳排放是近年來各國政府關切的問題,各國皆列出零碳排的目標期程。地球上有許多儲存碳的地方,它們使得在大氣中的碳減少。海底也是儲存碳的地方之一,但是因為深度太深,人類對海底儲碳的機制所知甚少,就派流浪者前往蒐集資料。

海底流浪者二號(Benthic Rover II)要沈降到海底了。圖片來源:翻攝自 MBARI

去吧!海底流浪者二號!

流浪者旅程的起點,是離南加州海岸 180 公里遠的地方,美國非營利海洋學研究中心「蒙特利灣水族館研究中心」(Monterey Bay Aquarium Research Institute)把它丟進海中,沒有綁著任何繩索,流浪者就自由地在海洋中沉潛,直到 2 個半小時後,才降落於海床。

火星上也有漫遊機器人,但是流浪者的任務比它艱鉅一點。海底的水很冷,鹽度高到具腐蝕性,並且由於上方有很多水壓在小小的流浪者身上,因此它承受著超高壓。再者,無線電波可以在太空傳送,從地球到火星的單趟傳送只需 20 分鐘;但是無線電波與水不相容,所以流浪者使用聲響信號溝通。

孤獨的海底機器人,在 4000 公尺下做什麼?

流浪者在海底做什麼呢?基本上就是在海床上停車,將它的 2 個氧氣感應器放進沙堆,測量沉澱物的生物活動,比如微生物如何消耗氧氣,並吐出二氧化碳。同時,流浪者也有螢光攝影機系統,能夠放射藍光,捕捉有機物中葉綠素發出的光。這讓流浪者了解多少有機物的碎屑是從水面飄下來,也就是所謂的「海洋雪」,降落在海床。

流浪者會在一個地方停滿 48 小時,接著才會前進 10 公尺。研究中心的電子工程師雪爾曼(Alana Sherman)表示:「它不會知道自己從懸崖上墜落,只會知道我得再前進 10 公尺。幸運的是,它附近沒有懸崖,我們利用簡單環境的優勢,讓機器人的指令更簡單。」流浪者就會這樣在海底獨自執行工作一整年,停車、測量、前進 10  公尺,堅定重複著單調的任務。

然而,仍有一個問題,流浪者的大腳丫,也就是它的履帶,把海床弄得一團亂。電子工程師雪爾曼表示海底軟爛又很多沙塵,所以才會把流浪者設計成履帶行動,因為如此就能平均分配機器人的體重,而不至於陷於沙泥。「即使它已經動得很慢了,要攪起大沙暴還是很容易。我們一直想要順著海流走,這樣就可以把攪亂的沉積物推向後方。」雪爾曼表示。所以在流浪者行進前,會利用感測器追蹤海流方向,並往那前進。

海底流浪者二號在海地前進的樣子,海床很多沙。圖片來源:翻攝自 Ariel Waldman

海底流浪者每一年重見光明一次

流浪者什麼時候能夠浮上水面,重見光明?換電池的時候。這個時刻,它的「眼睛」派上用場。

流浪者背後有 2 個鈦金屬球,大小大概是介於瑜珈球與海灘球之間,這是它的電池,容量能供應一年的任務。當要充電時,科學家傳送命令,讓流浪者解開肚子附近約 113 公斤的秤砣,然後像眼睛的飄浮裝置就會開始作用,帶著它往上漂浮。這個裝置由金屬製成,裡面有許多裝滿空氣的小小玻璃球,這樣的包裝就能防止這些玻璃泡泡因為水壓而破裂。

浮上水面的流浪者每過一年會與人類相聚,人類會下載它的資料,更換電池,確認有無其他問題。一切就緒後,他們再度放回流浪者,執行另一年任務。不過上一次科學家發現流浪者其中一具引擎故障,所以有帶回岸邊維修,這打斷了流浪者連續 7 年的任務,讓它喘口氣。

海底流浪者二號如何幫助我們了解碳排放?

流浪者的資料,讓科學家從大範圍的海床以及長時間的紀錄,了解深海。

舉例而言,海面上有很多浮游植物,先行吸收了碳。接著這些藻類被浮游動物吃下,當這些動物排泄時,這些富有碳的糞便變成海洋雪,緩緩在海洋下降。這些糞便有的會被吃掉,但剩餘的變成海床沉積物,鎖住碳,不讓它回到地球大氣裡。

加州的地表比起海洋正在急速升溫,而季風的成因就是海陸溫差,加劇的溫差讓季風更強烈。強烈的季風吹過海平面,也加速了海洋上下攪動,更多營養往上跑,餵飽了大量的浮游植物。從 2015 年到 2020 年,流浪者二號的螢光攝影機偵測到大量浮游植物沉降到海床。同時也發現氧氣的降低,意指海底的微生物忙著處理豐富的有機質。

這就帶來一個問題,理論上來說,越多有機物沈降,越多碳被帶到海底。但同時,海底的有機機制也在猛吃多出來的浮游自助餐,這項行為又會用掉更多氧氣,並排放二氧化碳,也就會酸化深海。而因為海洋不斷翻動,有些碳甚至可能會回到海洋表面,進入大氣。如此而言,地球的碳排放會因為加州的地表升溫,而造成什麼影響?流浪者蒐集的資訊,將能回答這些問題。

目前,流浪者還是持續在加州海岸工作中,由於價格昂貴、需要眾多工程知識,它至今還是少數能執行這種任務的機器人。雪爾曼說:「就像你是天文學家,你有全世界最好的望遠鏡,但你只能看一顆星星。」她期待更多科學家製作更多流浪者,一同探索海底的奇妙世界。

流浪者幫全人類的家做研究,你也來為自己的家盡一份心力!

快來填《宜居城市滿意度大調查》,為你的城市生活打分!

推薦閱讀

【台灣適用嗎?】波蘭科學家嘗試用大砲打空污,把 PM2.5 送到更高處對人類就無害!

【你通常怎麼減塑?】荷蘭垃圾「鯊」一次可捕食350公斤水上塑膠,但創新工具卻追不上垃圾生產速度

「韋伯」太空望遠鏡是何方神聖?這位浪漫的台灣天文學家,用白話文解釋給老婆聽!

參考資料

MBARIWireddigitimes

(首圖來源:翻攝自 MBARI