對於年輕人來說，我相信「深水炸彈」一詞並不會陌生，因為這近乎是每一個狂歡派對裡的必需品。但對於埋藏在深海裡的炸彈，大家又有沒有想過我們如何找出來？
這些未爆炸的軍備，我們稱之為 Unexploded Ordnance（簡稱 UXO），有可能是水雷，有可能是深水炸彈，也有可能是導彈。它們多數是第一次或第二次世界大戰遺留下來的產品，受到多年來沉積（即水流在流速減慢時，所挾帶的砂石、塵土等沉淀堆積起來）的影響，令它們埋藏在海床以下的地方。跟據 Euronews 的估計，單單在波羅的海亦有超過 30 萬的 UXO 埋在那裡。
二戰期間，桑德蘭水上飛機掛載的深水炸彈，圖／維基百科你也許會問，既然都已經埋藏了，何況我們仍然要處理他們？這是因為我們會在海底裡鋪設電欖、水管、天然氣輸送管等輸送系統，假如鑽探過程中不小心觸碰了它們已產生意外，或是在完成工程某一天突然爆炸而令輸電系統中斷，後果可真是不堪設想。因此，最理想的方法便是把他們全部找出來並繞道而行，或是安排專家把他們處理。
真正的大海撈針：用磁場把 UXO 吸出來！
要找到這些 UXO，最容易的方法便是使用金屬探測的方法，但由於普遍的金屬探測器的探測範圍是不超過 2 公尺的，我們很難把探測器貼近凹凸不平的水底前行（這大大增加了磨損探測器的風險），因此我們會選擇較間接的方法：磁強計（Magnetometer）。由於大部份的彈藥外層是用鐵形成的，而鐵是對磁非常敏感的，因此我們能夠在較遠的範圍便能察覺他們的存在。當在外勤工作，我們會以兩個磁強計為一組去作探測，令我們更準備知道其實際位置及大小。讓我們看看以下例子：
圖 1：磁強計的探測結果在圖 1 裡，假設我們知道標記「1」是一個 UXO 的位置，上圖的平行線為磁強計由左至右的移動路線，下圖為磁場沿路的變化。我們可以看見，當若果沒有任何金屬物件存在的話，兩個磁強計量度的數是相近的，亦即是該環境本身的磁場。但在 UXO 的附近，我們可以看到明顯的變化。藍色線代表航行路線的左方磁強計的量度值，燈色線代表右方，由於磁場強度會隨著距離而減少，因此很明顯這一個 UXO 的位置更接近藍色線，亦即是航線的上方。
我們可以透過兩者的差距估計其位置及大小，但為了確保其真實性，我們亦會在附近再次航行，假如也有磁場變異，這便是一個不會移動的金屬物品（撇除了船、飄浮中的海洋垃圾等的可能性）。
排除法：用側掃聲納窺探看不見的海底！
正如上文提要，磁場變異所告訴我們的，只是金屬物品的位置，但它亦有可能不是炸彈，也有可能不是埋在海床下，因此我們也會使用其他科學方法去驗證。其中一個便是側掃聲納（Side Scan Sonar） ，透過聲波反射的原理，我們可以看到海床的影像。假如海床是乾淨的，聲波傳送及接收的時間是一樣的，因此我們可以看到連續的晝面。但假如有異物在水中間或海床上，聲波便會被折射而形成黑影。讓我們看看以下例子：
圖2： 側掃聲納 圖片，紅色箭咀範圍代表沒有反射的區域，綠色箭頭範圖代表船與海底的距離 （圖片來源：Grothues et al., 2017）看看圖 2。燈色的部份是海床的晝面，中間白色的部份是船的航道，亦是側掃聲納的盲點，而黑色的部份則是有物件在海床上方而形成的聲波折射，讓我們能夠清楚看見它們的形狀。有時候我們亦會看到一些海洋垃圾，如車胎、單車等，而在上圖的左上方，我們相信是一些棄置的工業廢料。
當然你也可以爭論，在圖左上方的物件有機會不是死物，而是一種未知海洋生物，因此我們也會進行多次的側掃聲納，如果在同一位置並不能再看到它，那麼這是生物的機率便很高。假如在磁場異變的位置側掃聲納沒有探測到任何物件，這進一步證明其 UXO 的可能性。但假如有黑影在上方，我們也會透過黑影分析其大小是否吻合，並會憑經驗分析該物品會否存在金屬。
此外，在看側掃聲納，我們也很重視在磁場異變的位置附近有沒有刮痕，因為形成刮痕的原因多數是船上作業頻繁的地方，有機會是漁船拖網的地點，也有機會是大船拋錨起錨的地方，而這些動作均有機會接觸或移動了這些潛在的 UXO，產生危機。因此，這些地方都會是我們首要處理的地方。
筆者按：假如大家想看看其他用側掃聲納發現的東西，如沉船、飛機等，可以到這裡觀看。
萬無一失：Mission Completed !
當然，在取得數據時，我們也要儘可能減低人為因素而形成的影響。舉個例子，我們要確保磁強計遠離測量船，以免船上的儀器影響了磁強計。因此，我們並不會把磁強計綁在船底，而是把它們用纜索綁在船尾數十米以外的地方拖行。
另外，我們也要確保測量船要以均速航行，以確保所有數據都是一致的。最後，我們也要確保船上的 GPS 系統準確無誤，否則所有有可能是 UXO 的位置都是錯誤的。
完成以上的工序後，我們便會製作磁梯度圖（Magnetic Gradient Map），把剩餘下來的磁場變置點用其強度及大小表示出來，正如圖 3，再交給拆彈專家們處理。他們便會跟據他們的專業知識，加上該海岸的戰爭歷史，對比當時有可能參戰的國家、使用的武器及其金屬含量以找出存在的炸彈來處理。
要知道這些 UXO，單單在 2015 年在世界各地亦奪去了超過 6000 人的性命，因此這個科學命題可真是不容忽視！
圖 3：磁梯度圖。左邊是潛在 UXO 的位置而右邊則是它們的磁場強度的改變。（圖片來源：Salem et al., 2005）延伸閱讀：
參考資料：
- Salem, A., Hamada, T., Asahina, J. K., & Ushijima, K. (2005). Detection of unexploded ordnance (UXO) using marine magnetic gradiometer data. Exploration Geophysics, 36(1), 97–103.
- Han, S., Rong, X., Bian, L., Zhong, M., & Zhang, L. (2019). The application of magnetometers and electromagnetic induction sensors in UXO detection. E3S Web of Conferences, 131, 01045.
- Image scans gallery. EdgeTech. (n.d.). Retrieved January 5, 2022, from https://www.edgetech.com/underwater-technology-gallery/
- Grothues, T. M., Newhall, A. E., Lynch, J. F., Vogel, K. S., & Gawarkiewicz, G. G. (2017). High-frequency side-scan sonar fish reconnaissance by autonomous underwater vehicles. Canadian Journal of Fisheries and Aquatic Sciences, 74(2), 240–255.
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本文同時收錄於《科學史上的今天：歷史的瞬間，改變世界的起點》，由究竟出版社出版。
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