深海不只有大鳳梨，還有怪海綿

一九九○年代，冷戰終於結束，蘇維埃政府在海中布下的潛水艇威脅也隨之消散，於是海軍提供克拉克與其他專家機會，讓他們透過 SOSUS 的水下麥克風觀測、記錄大海裡的各種聲音。透過聲音頻譜——也就是 SOSUS 系統將接收到的聲音轉換為視覺圖像——克拉克無庸置疑地看到了藍鯨正在歌唱的跡象。

光是第一天克拉克就發現，單一個 SOSUS 感測器所記錄下的藍鯨叫聲比過去所有科學文獻所記載的加起來還要多。大海中充斥著鯨魚的歌聲，而這些聲音則來自無比遙遠的彼方。克拉克估算，記錄下他聽見的那股歌聲的感測器，距離聲音的主人有兩千四百公里之遠。藉由位於百慕達的水下麥克風，他竟能夠聽見遠在愛爾蘭的鯨魚歌聲。

於是他說：「當時我心想：『羅傑的想法沒錯。』我們實際上真的可以探測到橫跨整個海洋盆地的鯨魚歌聲。」對於海軍的分析專家來說，這些聲音就是他們每天工作都會遇到的正常現象，而這些聲音與工作內容無關，所以根本不會被標記在聲音頻譜上，也因此就被忽略了。然而對克拉克來說，這卻是令他茅塞頓開的驚人發現。

穩定規律的「歌聲」其實是一種探測手段？

雖然藍鯨與長須鯨的歌聲能夠跨洋越海，卻沒人知道鯨魚是否真的會在如此遙遠的距離下互相溝通；畢竟牠們很有可能只是在用極大的音量對附近的同類示意，只是音波剛好傳到了很遠的地方去而已。不過克拉克又指出，鯨魚會一次又一次地不斷重複同樣的音頻，甚至也會精準維持音與音之間的間隔長度。鯨魚會在浮出水面呼吸時停止歌唱，回到水中繼續歌唱卻也會落在剛剛好的拍子上。他說：「所以牠們唱歌並不是隨興而至的舉動。」這種現象令他想起了火星探測車為了傳送資料回地球所發出的那種重複的連續訊號。假如人類想設計出能夠跨越海洋進行溝通的訊號，大概也會想出類似藍鯨歌聲的形式吧。

鯨魚歌聲或許也有其他用途。牠們發出的每個音都能持續好幾秒，而其波長更是好比足球場的寬度。克拉克曾問過他在海軍的朋友，假如他有發出這種聲音的能力，可以拿來幹嘛？

「那我就能摸透整個海洋。」他的朋友如此回答道。這話的意思是，他能夠藉此刻畫出深海的地景，透過傳至遠方的次音波回音，他就能辨識出海底山稜與海床的位置。地球物理學家也肯定能運用長須鯨的歌聲來了解各處的地殼密度。那麼，鯨魚到底用這種聲音來做什麼呢？

克拉克從鯨魚的動作中看出了答案；透過 SOSUS，他發現藍鯨出現在冰島與格陵蘭之間的極地水域中，一路蜂擁直奔——還是該說是鯨擁？——熱帶地區的百慕達，旅途中一路歌唱。他也看過鯨魚在深海的群山間左彎右拐，在幾百英里間的深海地景之中蜿蜒前進。「看到這些動物的移動方式，就會感覺牠們大腦裡似乎有著以音波構成的海洋地圖。」他如此說道。

他也猜測，鯨魚在長長的一輩子裡，會不斷累積大腦中的聲音記憶，隨之擴增儲存在大腦裡的海洋地圖。克拉克也還記得，曾有位資深海軍聲納專家告訴他，大海裡每個地方都有它專屬的聲音。克拉克告訴我：「他們說：『讓我戴上耳機，我不用看就能直接告訴你現在位於拉布拉多還是比斯開灣的海域。』而我就想，假如人類累積了三十年的經驗就能做到這個地步，何況是演化了一千萬年的動物呢？」

漫長的迴響～不同時間尺度下的認知

不過關於鯨魚聽力的尺度，還是有令人費解之處。鯨魚的叫聲確實可以傳遞到很遠的地方，但卻也很花時間；在海裡，音波一分鐘只能傳五十英里（約八十公里）遠，因此假設一隻鯨魚聽見另一隻鯨魚在一千五百英里（約二四一四公里）之外發出的叫聲，這隻鯨魚得在半小時以後才能聽見對方的歌聲，就像天文學家觀測到的星光其實是恆星在很久很久以前散發出的光芒一樣。假如某隻鯨魚想探測五百英里（約八百零四公里）之外那座山的位置，牠得等上十分鐘才能接收到自己叫聲的回音，這感覺起來似乎有點荒謬。

然而各位想想，藍鯨在水面上的心跳一分鐘約為三十下，潛入水下後卻會下降至一分鐘只跳三次。這麼一想，鯨魚生命中的時間尺度想來一定與人類相當不同吧。倘若斑胸草雀能夠在單一個音裡就聽見以毫秒為單位的美麗音頻，也許藍鯨分辨同樣潛藏在聲音中的祕密訊號的時間尺度則是分或秒。若要想像鯨魚的生活樣貌，「你得發揮想像力，以完全不同的次元思考。」克拉克對我說道。

他認為這兩種體驗的差異應該就像先用玩具望遠鏡注視夜空，再改用美國太空總署架設在太空的哈伯太空望遠鏡一覽星羅棋布的壯麗星辰。一想到鯨魚，他的世界彷彿就變大了，不管是空間還是時間的尺度，都更加遼闊。

——本文摘自《五感之外的世界》，2023 年 8 月，臉譜出版，未經同意請勿轉載。

「數感盃青少年寫作競賽」提供國中、高中職學生在培養數學素養後，一個絕佳的發揮舞台。本競賽鼓勵學生跨領域學習，運用數學知識，培養及展現邏輯思考與文字撰寫的能力，盼提升臺灣青少年科普寫作的風氣以及對數學的興趣。

本文為 2018數感盃青少年寫作競賽 / 高中組專題報導類佳作 之作品，為盡量完整呈現學生之作品樣貌，本文除首圖及標點符號、錯字之外並未進行其他大幅度編修。

• 作者：耿元廷／永春高中

「航海王」是一部大家耳熟能詳的日本動漫，通常想要了解一部動漫的精隨，就要先了解它的故事設定是甚麼，地點、主角所存在的世界、時間以及主角和他的同伴們最終的目的是甚麼，了解了以上要點之後，讀者才會有身入其境的感覺，也才能體會作者真正想表達的意涵。

那就話不多說，先來介紹這部動漫吧。這部動漫到目前已經出了八百二十多集了（編按：此處指動畫集數），想要成為海賊王的魯夫踏上了航海之旅，為了就是尋找海賊們口中以及共同夢想的大秘寶「ONE PIECE」，這一趟旅程必定將會經過許多地方並經歷許多刺激的冒險。

在第517集到第578集中，魯夫一夥人將會到達「魚人島」展開新的冒險，顧名思義，魚人島是在大海中，跟大家想像的海龍宮是一樣的。在此，諸位看倌不免會有個疑問：「船要如何開到海中呢？」

先說明，魯夫他們的船不是潛水艇，因此需要鍍上一層「肥皂泡」才能潛到水底。想要通往位於海平面10000公尺以下的「魚人島」都必須在夏波帝諸島做準備，也就是請鍍膜的師傅幫忙在船的外部鍍上一層肥皂泡，肥皂泡會把整艘船包起來，類似防護罩的功能。

於是又就有一個疑問了——海水到底有多深？

有可能到 10000 公尺那麼深嗎？其實答案是有的，世界最深的海溝「馬里亞納海溝」深達10994（±40）公尺，所以在地點方面上是符合邏輯的。

接下來就是我最大的疑惑了：「肥皂泡所承受的壓力！」

我們都學過，一大氣壓力在每平方公分上所造成重量為 1033.6 公克重，大約是 1.034 公斤重，而在海中，每下降 10 公尺就會增加一大氣壓力。依此類推，當魯夫一夥人成功抵達魚人島時，他們所承受的壓力為 1001 個大氣壓力，也就是 1035.034 公斤重！而且這只是在一平方公分上！

至於魯夫他們的船「千陽號」到底有多大呢？讓我們來計算一下吧，首先，他們的船有三層樓加上一個地下室，草帽海賊團目前共有九個成員，七男二女。一樓有男生房、水族館、能量供應室；二樓有女生房間、保健室；三樓有圖書館、測量室、甲板、健身房、果園、花園，地下室是武器房，總共有六個倉庫。若是要計算千陽號的表面積，我們將它想成長方形的，底面積由六個倉庫來計算，一個倉庫大約三坪（裡面放的是小型的船），所以底面積大約18坪，由於船的構造是底部較窄、上部較寬，因此我們將底面積設為 20 坪（請將20坪想成 5×4 坪），一坪是 180公分×180公分，所以換算後為 180×180=648000 平方公分。至於側面有四層樓高，每一層樓算成250公分高，所以面積大約為 250×4×(180×5)=1000000 平方公分。接下來剩下船頭了，船頭的部分面積約為 250×4×(180×4)=720000 平方公分，因此總面積約為 (648000+1000000+720000)×2=4736000 平方公分。

整艘船到達魚人島時竟然可以承受 4736000×1035.034=4901921027 公斤重的力！

這個數字太驚人以致於無法表達它的威力，我們將這個數字換成實際物體，一隻成年大象最重可達 5000 公斤，所以千陽號外的肥皂膜當時就等於 4901921024÷5000=980384，約等於九十八萬零三百八十四隻大象站在上面。

若是數字還是太大，導致大腦無法想像的話，我們將實際物體換成世界體積最大、體重最重的哺乳類動物「藍鯨」，身長可達 33 公尺、體重可重達 200 公噸（200000公斤），所以換算後，4901921024÷200000=24509.60512，大約兩萬四千五百一十隻成年藍鯨，從動畫上來看，肥皂膜的厚度不超過 0.5公分……。談到這，我們不禁會想知道，人類史上到達海底最深是多少公尺？或者是說人造機器，包括有載人、無人機器？

答案出乎意料之外！在西元 1995 年，日本的「海溝號」在馬里亞納海溝進行了水深達 10970 公尺的潛航，創下了無人潛水器的最深下潛記錄。若是千陽號也是使用海溝號的金屬所製作而成的，想必這個地球已經沒有任何武器可以破壞它了吧！

相信在未來的科技會不斷的進步，但終究無法抵抗來自大自然的壓力。潛水艇目前最多只能下潛400到1000公尺，這個數字會因為製作潛水艇的材料以及海的鹽度所影響。人們若是想要親自看到10000公尺下的大海長甚麼樣子，不妨可以透過想像力來實現，想像力就是我們的超能力，或者你也可以像我一樣坐在電視前看著動漫，讓別人的想像力帶著你遨遊世界吧！

更多2018數感盃青少年寫作競賽內容，歡迎參考 2018數感盃特輯、數感實驗室官網及粉絲頁喔。

深海不只有大鳳梨，還有怪海綿。這個棲息在深海海床，有著垂直分支，像燭台般的奇異生物就是豎琴海綿（Chondrocladia lyra）。它並不像我們熟悉的海綿一樣友善－豎琴海綿不是濾食性，而是肉食性；藉著「燭台」上「魔鬼粘」似的倒鉤，捕捉游過的橈腳類動物（copepods），再由特殊的細胞，漸漸把獵物消化。

這些「燭台」分支除了攝食，還能繁殖。燭台前端的「芽苞」含有精莢（packets of sperm），成熟之後會釋放到海中。當精莢遇到另一隻豎琴海綿，會沿著燭台分支移動，直到遇到卵細胞才完成受精。

第一位發現這詭異生物的不是海洋生物學家，而是地質學家。2000年，研究人員在蒙特瑞灣水族館研究機構（Monterey Bay Aquarium Research Institute）中，遙控無人探測器探索北加州戈爾達海嶺（Gorda Ridge）時，在水下3300公尺深的泥平原發現豎琴海綿的「腳」。

資料來源：ScienceShot: Carnivorous Candelabra of the Deep. ScienceNow [ 6 November 2012]

科技大觀園相關文章:

• 海底熱泉生態系
• 奇妙的龜山島海底生態

身為一名訓練師，你真的了解你的寶貝們嗎？寶可夢圖鑑讀熟了沒？

其實圖鑑告訴你的比想像中的還多喔！每個星期周末跟著 R 編一起來上一門訓練師的科學課吧！來跟大家分析這些寶可夢們是如何使用科學力來戰鬥的。

在Y編的百般詢問之下（其實是我自我放逐~~~），R編決定來繼續「科學寶可夢」這個專題。儘管寶可夢有點退燒了，但這充滿空想、奇幻又可以用科學來驗證、討論的世界，對我們科學青年根本是個遊樂場~ 不是嗎？或許之後……還可以繼續不知道那裡的科學探險呢~

 你就只會看到一團光，然後就瞎了 #171 電燈怪

雖然我們上一位介紹的安瓢蟲就是以星光當成能源來過活的，但其實R編個人對寶可夢世界裡與「光」有關的寶可夢不抱太大的期待，因為……好像沒有哪隻寶可夢是以光出名的啊！沒想到過沒多久又發現了一隻不只和光有關，且單單從圖鑑敘述就知道牠一定強到沒朋友的寶可夢。

「電燈怪發出的光線之亮，就算是從 5000 米的水下發出也能傳到到水面上。」（金、葉綠、心金）

「如果深夜里從船上向漆黑的海望去，電燈怪所發出的亮光有時看起来就像星星一樣。」（藍寶石、鑽石、珍珠、白金、黑白…..）

「會放出刺眼的亮光眩暈對手，然后趁其無法動彈時將其整個吞下。」（銀、火紅、魂銀……）

各位觀眾，是 5000 米（公尺）啊！！！（注1）先別說在海底了，假設今天場景拉到了海平面上，5000 公尺的距離就像是你站在 101 某個樓層能夠平視看到新光三越站前店（如果沒有建築物擋住的話）頂的手電筒！這有可能嗎？R編覺得很難，但也不是沒機會。不過在此之前先讓我們再推一萬步，來追究一下電燈怪是怎麼發光的？

其實圖鑑上有提到這點：電燈怪就跟許許多多地球上的深海發光生物一樣，靠著身體中的細菌產生化學反應來制造亮光。生物之所以發光有各式各樣不同的理由，像是吸引獵物、溝通、尋找伴侶等等。這些生物有很大一部分居住在海中，而圖鑑裡也有說電燈怪是靠閃瞎獵物來捕食……這聽來蠻合理的，除了牠鮮豔的藍黃色以外，牠的外型甚至跟現實世界的鮟鱇魚幾乎一模一樣（注2）。

所以電燈怪發光是很合理的，但能在 5000 公尺外看到牠的亮光嗎？問題就在於，就算鮟鱇魚頭上的燈跟我們在地球眼睛看到的太陽光一樣亮，別說 5000 公尺了，在水裡連在 100 公尺內看到都很勉強；之所以會有這樣的現象，跟光在水中的物理有關。

水的密度比空氣大超過 800 倍，這對於光的傳遞來說是很不友善的一件事。在水下，光的傳遞會受到深度、視覺距離、水面的狀況影響等因素影響，但絕大部分的紅光在 5 公尺內會被吸收、橘光則是 10 公尺、黃光 20 公尺、綠光 30 公尺，最後藍光在 60 公尺身的時候就消失了，這時候的光基本上被吸收到剩不到 10%。（注3）

就算今天海水的狀況好一點，太陽光頂多也只能傳遞到水下 200 公尺，所以這段距離在海洋學上被稱為「透光帶」（Epipelagic）。這個範圍的海水居住著需要陽光的海洋生物，像是一些行光合作用的浮游生物。再往下到 1000 公尺深，叫做「中層帶」（Mesopelagic），這裡要行光合作用基本上已經不可能了，只有在最理想、風平浪靜、海水超級清澈的極少數情況下這裡才有一點點光，但少到讓人絕望。

然後在這之下的深海則叫做「深層帶」（Bathypelagic），再來是「深淵帶」（Abyssopelagic）（y編按：說好不提娜娜琪的……(R編再按:那啥?吃的嗎?)）。帶如其名，在這裡的生物別說看過光了，連ㄍㄨㄤ這個字怎麼拼都不知道。5000 公尺深就落在這裡，而電燈怪可以從這裡……散發出來連水面都看的到的光……！？

從深海中的LED燈開始，來大膽猜一下電燈怪能有多亮呢？

舉個例子給大家參考一下，曾經下潛到水下 10,000 公尺深、著名的水下載具深海挑戰者號上面裝有一個 2 公尺高的 LED 探照燈陣列（注4），雖然 R編找了很久找不到這 LED 探照燈陣列的功率或照度，但是根據製造者說法，這個探照燈在深海能看到 30 公尺外的地方……這也只有電燈怪的0.6%而已。由於實在找不到太多可靠或明白的資料，R編決定做個冒險的計算，就是使用平方反比定律，來試著計算電燈怪的光到底有多強，這下子我們可能會忽略很大一部分水的散射，導致我們的電燈怪會超乎預期的強。

反平方定律是一個推估物理量的分布或強度的定律，數值會按照距離源的平方反比而下降，最常被用在計算能量擴散（爆炸）或光與距離間的關係。舉個例子：如果今天我們在 2 公尺之外測量一個燈泡照度為 10 勒克斯（也就是每平方公尺 10 流明），那麼它在 1 公尺處的照度就是 (2/1)²x10=40 勒克斯。當然也可以放遠計算，而數字只會越來越趨近於零，但不會消失。

例如深海挑戰者號的LED燈在 30 公尺為照度剩 1 勒克斯（大概比滿月的晚上再亮一點點），那麼 5000 公尺外它的照度就只剩下 0.000036 勒克斯，比之前提過的星光還弱 3 倍。如果我們反過來推倒，假設今天我們在水面上看到電燈怪的燈光有 1 勒克斯，那麼實際上在海中的牠有多亮呢？

經過計算之後，在 30 公尺處電燈怪的照度就高達 27 萬勒克斯，這已經比正中午的太陽光還亮 2 倍以上了，如果我們再拉近點，距離電燈怪只有 10 公分，照度會來到 2.5×10¹⁰ 勒克斯，我們姑且就先以這個值當作電燈怪燈的照度好了。

電燈怪的燈，如果把它算成一個直徑兩公分的球好了，它的表面積就是 0.0013 平方公尺，乘上 2.5×10¹⁰ 勒克斯，我們得到光通量為 3000 萬流明，如果再進一步將電燈怪的發光能力換算成現今擁有非常優越轉化效能的燈泡，約 200 流明/瓦特，我們也可以把它類比成一個 15 萬瓦的燈泡。

我們要拿怎樣的手電筒比呢？別提了，我們直接跳到海岸救援直升機等級的探照燈，這類的探照燈少有 500 瓦，高則可以到 7000 瓦，而市面上能夠找到的最強探照燈光通量一台也不過才 50,000 流明而已了，在電燈怪的光面前，我們地球上的最頂尖的人造光都像螢火蟲一樣，除非我們集合起來（悟空說：請大家給我力量！），才能比過這隻小小的寶可夢。（注5）

而根據軍用閃光彈的原理，我們正常人只要看到每平方公分 0.2 瓦以上的光就會昏厥。如果我們今天想把電燈怪從深海打撈起來，會發生什麼事呢？我們會先看到一個像手電筒一樣的燈光出現在海面上，漸漸地越來越大、越來越亮，離水面幾百公尺的時候，整個海面已經像日光燈一樣閃亮，我們可以在海面上看到各種不同海洋生物的影子，然後一口氣大力拉上的瞬間，半徑大概 100 公尺內的人都會被瞬間閃暈，範圍之外的大概亮到眼睛都睜不開，而理所當然我們也看不到這隻寶可夢。（注6）

海中生物的話呢~~牠們如果有視力的話大概也會落得一樣的下場，反而是眼睛發育不完全的深海動物和完全沒有眼睛的底棲生物們等能夠逃過一劫……原來這就是為什麼電燈怪要住在海底下的原因啊~~真是要好好感謝電燈怪，請牠們盡量待在深海不要隨便造成視力浩劫啊~~

編注：

1. 這基本上就是全部的敘述了，說實在話「像星星一樣」和後面的閃瞎對手吃掉整個差很多啊~不會覺得這光絕對是有詐嗎？
2. 這很難說，因為我們只不過才探索極少部分深海而已，說不定哪一天我們真的能找到長得像藍色的布丁，臉上還有黃色斑紋的鮟鱇魚，但絕對不會長這麼可愛。其實現實世界有深海魚類的眼窩是真的會發光的，所以那圈黃色的說不定是發光器？
3. 雖然這順序有很大的不一樣，因為我們以上討論的是陽光照進海水的情況，但電燈怪可是相反~他是從海裡發出光，光源本身就在水中，不像太陽高高掛在天上，這中間少了非常多東西，如果有更懂類似知識的大大可以幫R編補一下。
4. 除了LED探照燈外，還有一個機械夾和許許多多的鋰電池、攝影機…..，沒有太多華麗的實驗設備，但靠著安全的設計和卡導演的駕駛，安全的探險回來。
5. 其實還有更有潛力的強大燈光存在，例如 Imax 投影機陣列、拉斯維加斯樂蜀飯店頂全世界最亮的探照燈、還有許許多多大概不能公布的軍事黑科技，極有可能夠和電燈怪並駕齊驅，但這些真的找不到什麼全面的資料。
6. 這還不包括可能發生的放熱、視網膜傷害等，只能說這樣的動物待在深海就好了。

參考資料：

1. 維基百科 （反平方定律、光視效能、照度、生物發光作用、深海）
2. 深海挑戰者號
3. Basic Principles of Light Underwater
4. How far does light travel in the ocean?
5. Lumens to watts calculator
6. What If? 如果這樣會怎樣
7. 空想科學讀本6