海底电缆承载着科学秘密

　　百检网资讯：隆隆声和潮汐在光纤中产生微小的、可检测的干扰。世界上的电缆可以形成一个庞大的网络，用于探测和海啸。这些话在到达你的眼球之前可能已经通过海底电缆飞行。数十万英里的光纤纵横交错穿过世界海洋，将电子邮件、Netflix节目和新闻文章作为光包穿梭。而且，从科学上讲，男孩那盏灯有一个故事要讲——与其说是关于陆地上发生的事情，不如说是关于在深处发生的事情。
　　上周在《科学》杂志上撰文，研究人员描述了他们如何使用一条3,600英里长的电缆在加拿大哈利法克斯和英国绍斯波特之间延伸来探测风暴、潮汐和。由于电缆位于海底，因此这种扰动会在光纤中产生微小但可测量的干扰，从而改变光穿过大西洋的速度。这些变化给出了或其他干扰位置的读数。
　　这种技术——干涉传感的一种形式——类似于另一种在研究人员中越来越流行的系统：分布式声学传感或DAS。在这里，科学家们通过地下(但未使用的)电信光纤电缆发射激光，并分析反弹回来的东西。如果汽车或人从头顶经过并干扰电缆，则该振动会将一些光散射回其来源。测量散射光传播所需的时间可以了解经过头顶的物体的大小。研究人员还在意大利的一座活火山埃特纳火山周围铺设了电缆，并使用DAS监测其隆隆声。
　　这项新技术利用了海底电缆中的一种称为中继器的设备。(它看起来像线中的轻微凸起。)在下面的地图中，它们用黄点表示。“通常每60到80公里，你就需要一个光学放大器，它本质上是接收入射光并将其放大，”英国国家物理实验室的计量学家、新论文的主要作者GiuseppeMarra说。“所以它们通过下一个跨度传播，然后有另一个放大器，你继续像这样到达另一边。”
　　每个中继器都会增强信号以确保它到达目的地而不会降级。因此，Marra和他的同事可以通过电缆发送他们自己的信号，并分析它到达每个中继器时的样子。与DAS不同，他们不是试图解析将微量光反射回其源的扰动，而是解析到达中继器的光的频率。“在没有扰动的情况下，我们得到稳定的信号：我们接收到的频率与我们发送的频率相同，”Marra说。但是如果有干扰，那个频率就会改变。
　　因为沿着这条跨大西洋电缆——以及任何其他海底电缆——有如此多的中继器，他们可以将其分成多个部分并监控每个部分的干扰。在左下角的图表中，您可以看到24小时内爱尔兰和英格兰海岸之间的一段电缆沿线的扰动。(右边的地图显示了电缆的位置。)注意每六个小时左右就会出现一次黄绿色的爆发。令人难以置信的是，这是两个大陆之间的潮汐，它们像吉他弦一样弹奏电缆。“当你涨潮时，你会朝一个方向流动，”马拉说。“电缆被‘扫频’，并产生这个信号。”
　　同样，当飓风拉里在2021年夏天横扫大西洋时，该团队检测到低频信号，进一步扫过电缆。
　　下图显示了沿大西洋中部的三个跨度检测到的。注意信号是如何在稍微不同的时间出现的。有了这些数据，研究人员可以对震源进行三角测量——秘鲁的——他们用其他科学家收集的数据证实了这一点。如图所示，波**击中S5(距离秘鲁*近的跨度)，然后是S4，*后是S3。
　　这种研究不需要对海底电缆进行任何修改，这意味着研究人员可以访问世界各地的庞大的现成传感器网络，跨越海洋并沿着海岸线运行。有电缆的地方就有潜在的数据。“这真的很有趣，因为这样你就可以询问海底的任何纤维，覆盖整个地球，”德国地球科学研究中心的地球科学家PhilippeJousset说，他没有参与这项新研究。(他在埃特纳火山上进行了DAS研究。)“对于全球学和了解地球结构以及监测大，这项技术非常棒。”
　　Marra认为这项技术可以进一步扩展。“这一切的重点是将水下基础设施转变为一个巨大的探测器，等等，”马拉说。“它可能成为一个非常强大的工具来测试事物。”
　　一个想法是将其用于海啸：如果未来的地球物理学家可以使用水下电缆实时探测，他们或许还能够监测海啸的压力如何沿着海底光纤传播并在数据中产生干扰。该信号的频率将不同于或潮汐的频率。
　　Jousset补充说，这将与DAS协同工作，而不是取代它。DAS非常敏感;反弹回来的光量是微乎其微的。所以它在较短的距离上获得了非常好的分辨率，但它只适用于大约60英里——除此之外，信号变得太弱。使用海底电缆的新技术覆盖的距离要远得多。但两者都可以用作预警工具：用于监测埃特纳火山等火山的早期喷发迹象并加快疏散警报的DAS，以及用于检测海啸和引发海啸的的长距离干涉感应。“所有这些技术将在了解地球和监测方面迈出一大步，”Jousset说。
　　如果这项技术足够灵敏，可以监测洋流，Marra说，它甚至可以帮助气候科学家研究洋流如何随着地球变暖而变化：“科学家们正在谈论墨西哥湾流正在放缓。如果是这样的话，你可以想象对世界气候的巨大影响。”