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究竟是科學大發現的神秘化石,還是撿到不知來由的標本?

阿樹_96
・2013/12/30 ・2716字 ・閱讀時間約 5 分鐘 ・SR值 513 ・六年級

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本文由民視《科學再發現》贊助,泛科學獨立製作

近來一則新聞:三葉蟲化石,虎頭山現蹤。在各大媒體都有類似的報導篇章,也引起不少討論。有人說:有許多網友認為學者不該這麼武斷,「從海裡冒出來的也有可能是啊」、「科學上有很多大發現,都是出自於直覺的不可能,所以…」看了不禁莞爾一笑,其實多數人不太清楚化石代表的意涵,而地質學家的採樣原則,更是十分嚴謹的。

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引用自維基百科三葉蟲條目的圖片,作者為Dlloyd,出產地點為中國湖南,體長2.3公分。

在了解地質學家採化石的工作之前,我們還是先談一下,化石是什麼:「你知道我們挖出來的暴龍骨骼化石,其實是石頭,不是骨頭嗎?」

我有許多非地質領域的朋友聽到這個說法,都覺得再神奇不過。維基百科上提到「化石就是生活在遙遠的過去的生物的遺體或遺跡變成的石頭」這句話是無誤的,跟一般生物死掉的殘骸不一樣之處在於,化石是被沉積物埋藏後,經過了成岩作用,大多時候性質都會因長時間的物理或化學作用而改變,只有外貌保留著。我們看到,只是和恐龍骨頭長的一模一樣的「石頭」。化石也不會只有動物的骨骼、外骨骼等堅硬部分會形成化石,植物也會成為化石,有時被置換成「矽化木」等石頭,而在地面上的印痕、移動的痕跡、甚至動物的「大便」都有可能會變成化石。

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適當的運用、解讀化石,便可以知道過去的地球發生了什麼事。我們可以知道過去的時候有哪些生物在這個世界上、而這些生物生長的年代、環境、氣候等資訊也能表露無疑。如果是現生生物的化石,我們就能比較環境的變遷,如果是與現生生物類似的生物,就可以用來研究演化的歷程,而如果是更久遠的生物,我們就可以將這些古生物與演化學研究追溯的更早。當然,有時會有一些化石可以幫助我們知道其存在地層的年代,但這往往不是化石本身能告訴我們的,而化石也從來不是一個最好的定年工具。

為什麼化石不能直接測定年代,其實從其成份與形成的過程來看就可以知道,化石已經經過了長時間的物理與化學作用,已非原始的生物組成成份,其成份應該是和周遭岩石一樣的,因此該測定的是化石所在岩層的年齡。一般都採用「放射性定年」來測定岩石的「絕對年代」,其原理就是利用岩石中某些元素的同位素產生放射性衰變來鑑定岩石形成年代,這種「放射性」當然和我們平常照射的x光、害怕的核電廠不太一樣,非常的微量、衰變也非常緩慢,以碳-14來說,它的半衰期有5730年,每過5730年,母元素就會少一半,所以到了5萬年後,母元素已經變得非常非常少,也就成了其定年的極限。不同的元素也會有不同的半衰期,像是從鈾衰變成鉛、鉀衰變成氬就可用來研究上億年的年代,只不過誤差也會變成是幾百萬年的等級。

雖然化石本身不能定年,但化石仍是建立地質年代表過程中不可或缺的重要的工具之一,如果生物的分布範圍廣、生存時間短,且特徵明顯好認,如果經過絕對年代分析其出現的地層年代後,就可以用作定年之用,譬如我看到三葉蟲,大概就不逃離古生代的範圍,我看到菊石,就知道這個地層可能是中生代,這類的化石我們就會叫他「指準化石」。上述這兩種化石尺寸為一般肉眼可見,另外一種更好的指準化石,那就是海洋中的微小生物「有孔蟲」,有孔蟲在地層的定年、環境的鑑定甚至應用在找尋石油等地質探索上有極大的貢獻。

顯微鏡下的有孔蟲照片,取自維基百科,原出處為USGS美國地質調查所。
顯微鏡下的有孔蟲照片,取自維基百科,原出處為USGS美國地質調查所。

只是,即使我們在利用指準化石來鑑定年代時,其主體是「地層」,而非探究化石本身,畢竟這些指準化石是已經知道其年代的物種,地質學者更感興趣的,是地層的位置、形態、上下邊界等資訊,這些才是真正重要的科學。所以平常在野外調查時,首要的任務是先辨認是否有「地層」存在,如果可以甚至先調閱相關的地質圖資料(不少教科書、地質調查所都會有),並且利用GPS定位、拍照、素描(因為素描可以描繪3D構造,且便於描述地層)等,如果有重要的岩石礦物、化石等物質,在敲下來之前還有兩件更重要的事:第一件事就是前述的拍照與記錄,唯有如此才能證明化石與礦物的採集處;而第二件事,則是「追蹤」,開始追尋該化石的地層,到底向何處延伸、甚至看上下層範圍,即使是有人為的建物阻擋,還是要一一標明。至於要不要敲下來帶回家,其實做完前述的工作,心理應該就有底了,而帶回家不是用作收藏,而是要作各種需要計量化的定年,多以放射性定年為主。通往過去的鑰匙不會只有一把,如果只出現一個證據,以科學的角度來看,我們理應先懷疑那個證據的合理性,而非用單一證據來推翻前人心血的結晶。

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很可惜的是,由三葉蟲這個系列的報導我們僅能知道,化石是來自桃園虎頭山的某處,不知道處於原先認定何處的地層,更不知道是否為原先存在於本地,抑或是後來隨著外地來的建材、失落的標本等人為的因素造成。地質學家或古生物學家的工作,就如同偵探或刑警一般,需要綜合各種不同的資料來剖析,抽絲剝繭的找出最接近真相的答案。隨著沒有其它的紀錄下,單單被搬離案發現場的「屍體」,第一手訊息早已被破壞,現在再來討論各種可能性,只剩一堆看熱鬧的人你爭我吵,即使是專業的地質學教授,也只能依他所學的告訴你:台灣真的沒有這麼老的沉積岩層。因此,無論是哪一家媒體的報導,也只是變成以科普作為包裝紙,但由於科學事實早已隨化石離開現場而消逝,實質內容只是一般社會或綜合的新聞而已。

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或許你會著迷於地質鎚的威力和帥氣,但實際上,量測與記錄才是更重要的關鍵。

「現在是通往過去的一把鑰匙」是地質學之父赫登的經典名句,也是許多學習地球科學的人們耳熟能詳的句子,這句話甚至也被編進中學的教科書中。依現今的自然現象,搭配上出土的各種地質紀錄,可以帶領我們走進地球的歷史,一探過去,然而若是拿錯鑰匙開錯門,你通往的,可能只是臆測的野史,而非地球的真相。別以為科學就是「什麼都有可能」的無限上綱,回過頭來,我們更要先審視所有已知的理論,檢驗其正確性。

牛頓說:「我看的比別人遠,是因為我站在巨人的肩膀上。」就算是當代的頂尖科學家,在科學面前也只是個小矮人而已,請別忘了科學該有的高度。

關於台灣地史的簡略,您可以看這篇:台灣的地史與「滄海桑田」的真正意義!

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延伸閱讀:火成岩年代測定

本文同時發布於作者部落格地球故事書

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阿樹_96
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地球科學的科普專門家,白天在需要低調的單位上班,地球人如果有需要科普時時會跑到《震識:那些你想知道的震事》擔任副總編輯撰寫地震科普與故事,並同時在《地球故事書》、《泛科學》、《國語日報》等專欄分享地科大小事。著有親子天下出版《地震100問》。

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快!還要更快!讓國家級地震警報更好用的「都會區強震預警精進計畫」
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/01/21 ・2584字 ・閱讀時間約 5 分鐘

本文由 交通部中央氣象署 委託,泛科學企劃執行。

  • 文/陳儀珈

從地震儀感應到地震的震動,到我們的手機響起國家級警報,大約需要多少時間?

臺灣從 1991 年開始大量增建地震測站;1999 年臺灣爆發了 921 大地震,當時的地震速報系統約在震後 102 秒完成地震定位;2014 年正式對公眾推播強震即時警報;到了 2020 年 4 月,隨著技術不斷革新,當時交通部中央氣象局地震測報中心(以下簡稱為地震中心)僅需 10 秒,就可以發出地震預警訊息!

然而,地震中心並未因此而自滿,而是持續擴建地震觀測網,開發新技術。近年來,地震中心執行前瞻基礎建設 2.0「都會區強震預警精進計畫」,預計讓臺灣的地震預警系統邁入下一個新紀元!

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連上網路吧!用建設與技術,換取獲得地震資料的時間

「都會區強震預警精進計畫」起源於「民生公共物聯網數據應用及產業開展計畫」,該計畫致力於跨部會、跨單位合作,由 11 個執行單位共同策畫,致力於優化我國環境與防災治理,並建置資料開放平台。

看到這裡,或許你還沒反應過來地震預警系統跟物聯網(Internet of Things,IoT)有什麼關係,嘿嘿,那可大有關係啦!

當我們將各種實體物品透過網路連結起來,建立彼此與裝置的通訊後,成為了所謂的物聯網。在我國的地震預警系統中,即是透過將地震儀的資料即時傳輸到聯網系統,並進行運算,實現了對地震活動的即時監測和預警。

地震中心在臺灣架設了 700 多個強震監測站,但能夠和地震中心即時連線的,只有其中 500 個,藉由這項計畫,地震中心將致力增加可連線的強震監測站數量,並優化原有強震監測站的聯網品質。

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在地震中心的評估中,可以連線的強震監測站大約可在 113 年時,從原有的 500 個增加至 600 個,並且更新現有監測站的軟體與硬體設備,藉此提升地震預警系統的效能。

由此可知,倘若地震儀沒有了聯網的功能,我們也形同完全失去了地震預警系統的一切。

把地震儀放到井下後,有什麼好處?

除了加強地震儀的聯網功能外,把地震儀「放到地下」,也是提升地震預警系統效能的關鍵做法。

為什麼要把地震儀放到地底下?用日常生活來比喻的話,就像是買屋子時,要選擇鬧中取靜的社區,才不會讓吵雜的環境影響自己在房間聆聽優美的音樂;看星星時,要選擇光害比較不嚴重的山區,才能看清楚一閃又一閃的美麗星空。

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地表有太多、太多的環境雜訊了,因此當地震儀被安裝在地表時,想要從混亂的「噪音」之中找出關鍵的地震波,就像是在搖滾演唱會裡聽電話一樣困難,無論是電腦或研究人員,都需要花費比較多的時間,才能判讀來自地震的波形。

這些環境雜訊都是從哪裡來的?基本上,只要是你想得到的人為震動,對地震儀來說,都有可能是「噪音」!

當地震儀靠近工地或馬路時,一輛輛大卡車框啷、框啷地經過測站,是噪音;大稻埕夏日節放起絢麗的煙火,隨著煙花在天空上一個一個的炸開,也是噪音;台北捷運行經軌道的摩擦與震動,那也是噪音;有好奇的路人經過測站,推了推踢了下測站時,那也是不可忽視的噪音。

因此,井下地震儀(Borehole seismometer)的主要目的,就是盡量讓地震儀「遠離塵囂」,記錄到更清楚、雜訊更少的地震波!​無論是微震、強震,還是來自遠方的地震,井下地震儀都能提供遠比地表地震儀更高品質的訊號。

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地震中心於 2008 年展開建置井下地震儀觀測站的行動,根據不同測站底下的地質條件,​將井下地震儀放置在深達 30~500 公尺的乾井深處。​除了地震儀外,站房內也會備有資料收錄器、網路傳輸設備、不斷電設備與電池,讓測站可以儲存、傳送資料。

既然井下地震儀這麼強大,為什麼無法大規模建造測站呢?簡單來說,這一切可以歸咎於技術和成本問題。

安裝井下地震儀需要鑽井,然而鑽井的深度、難度均會提高時間、技術與金錢成本,因此,即使井下地震儀的訊號再好,若非有國家建設計畫的支援,也難以大量建置。

人口聚集,震災好嚴重?建立「客製化」的地震預警系統!

臺灣人口主要聚集於西半部,然而此區的震源深度較淺,再加上密集的人口與建築,容易造成相當重大的災害。

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許多都會區的建築老舊且密集,當屋齡超過 50 歲時,它很有可能是在沒有耐震規範的背景下建造而成的的,若是超過 25 年左右的房屋,也有可能不符合最新的耐震規範,並未具備現今標準下足夠的耐震能力。 

延伸閱讀:

在地震界有句名言「地震不會殺人,但建築物會」,因此,若建築物的結構不符合地震規範,地震發生時,在同一面積下越密集的老屋,有可能造成越多的傷亡。

因此,對於發生在都會區的直下型地震,預警時間的要求更高,需求也更迫切。

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地震中心著手於人口密集之都會區開發「客製化」的強震預警系統,目標針對都會區直下型淺層地震,可以在「震後 7 秒內」發布地震警報,將地震預警盲區縮小為 25 公里。

111 年起,地震中心已先後完成大臺北地區、桃園市客製化作業模組,並開始上線測試,當前正致力於臺南市的模組,未來的目標為高雄市與臺中市。

永不停歇的防災宣導行動、地震預警技術研發

地震預警系統僅能在地震來臨時警示民眾避難,無法主動保護民眾的生命安全,若人民沒有搭配正確的防震防災觀念,即使地震警報再快,也無法達到有效的防災效果。

因此除了不斷革新地震預警系統的技術,地震中心也積極投入於地震的宣導活動和教育管道,經營 Facebook 粉絲專頁「報地震 – 中央氣象署」、跨部會舉辦《地震島大冒險》特展、《震守家園 — 民生公共物聯網主題展》,讓民眾了解正確的避難行為與應變作為,充分發揮地震警報的效果。

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此外,雖然地震中心預計於 114 年將都會區的預警費時縮減為 7 秒,研發新技術的腳步不會停止;未來,他們將應用 AI 技術,持續強化地震預警系統的效能,降低地震對臺灣人民的威脅程度,保障你我生命財產安全。

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水面艦如何找到潛水艇?潛水艇如何隱藏自己?——潛艦與反潛的捉迷藏
PanSci_96
・2023/11/25 ・5953字 ・閱讀時間約 12 分鐘

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潛水艇到底有多重要?

最近關於潛水艇的新聞可不少,首艘國造潛艦「海鯤號」下水典禮、中國 093 潛艇「疑似」失事、前陣子還有烏克蘭使用導彈與無人機成功襲擊俄羅斯基洛級潛艇的新聞,潛水艇的關注度一時間高了不少。

但是你一定好奇,潛水艇對國防來說,真的很重要嗎?還有,現代觀測技術那麼發達,在這些儀器的眼皮之下,潛艇真的還能保持隱形嗎?

反潛方怎麼找到藏匿海中的潛艦?

潛水艇以安靜、隱蔽著稱,有著極重要的戰略價值,不僅可以水下布雷、隱蔽投送兵力與物資;它難以被發現的特性,更是打擊水面艦的刺客,往往能讓敵人不敢越雷池一步。

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當然,要造一艘能潛在水下的潛艇肯定不簡單,畢竟如果在水面下出事了,很難立即取得救援,安全的要求遠高於其他載具。另一方面,以隱蔽為最高原則的潛艦,從引擎、外型、武器到主動聲納,都需要新科技的改進,來讓自己發出的聲音降到最低。

但潛艦與反潛就像臥虎捉藏龍,如果能隨時掌握這隻水中蛟龍的動向,潛艦的威懾力就會大幅降低,甚至能將其一網打盡。因此相對地,隱蔽的技術進步時,反潛的技術也有所突破,透過光學、聲學、磁場等技術,要讓潛艦原形畢露。

潛艦與反潛就像臥虎捉藏龍。圖/imdb

既然我們知道潛艦的隱蔽性是最高考量,現在我們就站在反潛方,來看看如何抓出一艘潛水艇。
主動偵查其實跟「通訊」很像,都是傳送一個訊息到目標物,再接收傳回來的訊號。只是通訊的訊號是對方主動回傳回來的。主動偵查呢,則是訊號碰到目標物再反射回來被我們接收。沒錯,這跟蝙蝠的回聲定位很像,只是一個在水面上,一個在水裡。

為什麼水中使用的是「聲納」而非「雷達」?

現代遠距無線傳輸的方式主要有兩種,電磁波通訊與聲波通訊。在水面以上,我們通常以電磁波傳輸,因為在空氣中這麼做最有效率,因此不論是無線通訊還是手機微波訊號,多是以電磁波的形式在傳輸。
可惜這個方法到水中就不管用了,為什麼呢?電磁波穿過水的時候會因為兩個原因,讓強度快速衰減。一是電磁波容易被水吸收,二是電磁波與水分子碰撞會產生散射,舉例來說,太陽光也是電磁波的一種,而太陽光就會因為在海水中散射,而讓海看起來是藍色。

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太陽光就會因為在海水中散射,而讓海看起來是藍色。圖/unsplash

這種電磁波衰減的程度有多少呢?具體來說,在最清澈的海水中,可見光每前進 1 公尺,亮度就會衰減 4% 。如果想使用無線電通訊,以一個頻率 1000 赫茲的電磁波來說,每向前進一千碼(大約 900 公尺),訊號強度就會減少 1300 分貝。這邊說明一下,「分貝 dB 」不只是聲音音量的單位,而是可以用在各種需要表達強度比例的單位。

電磁波每減少 10 分貝,就意味能量減小 10 倍。圖/PanSci YouTube

舉例來說,電磁波每減少 10 分貝,就意味能量減小 10 倍。在前進一千碼時減少 1300 分貝,就意味能量會衰退 10 的 130 次方倍,小到等於沒有。在實務上,通常電磁波的極限穿透距離就只有幾十到幾百公尺而已。相比之下,如果從電磁波換成低頻聲波,每一千碼的損失約為 0.01 分貝,跟電磁波相比起來可以說是幾乎沒有損失。

通常電磁波的極限穿透距離就只有幾十到幾百公尺而已。相比之下,低頻聲波可以說是幾乎沒有損失。圖/PanSci YouTube

因此在水中,大家聽到的不會是什麼「雷達」,因為雷達(RADAR)的全名是 Radio Detection and Ranging ,是使用電磁波偵查的技術。在水裡我們用的是「聲納」,是利用聲音當傳輸訊息與探知物體的手段。

此時蝙蝠的回聲定位使漆黑水底頓時明亮起來,聲波在海裡的傳播速度約為每秒 1500 公尺,只要計算我們發出的聲波與接收到聲波的時間差,我們就能辨別物體的距離。例如我們在聲波發出後的 10 秒後接收到反彈的訊號,就代表聲波來回走了 10 秒共 1 萬 5 千公尺的距離,我們和目標物就是這個距離的一半,也就是 7 千 5 百公尺。

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聲納裝載潛水艇上可以成為潛水艇的眼睛,裝在水面艦上,可以成為抓出潛水艇的掃描儀。潛水艇沒有聲納,姑且可以靠海圖小心航行,水面艦沒有聲納,面對潛水艇就只能海底撈針。

潛艦與反潛技術的發展

潛水艇在第一次世界大戰中開始展現出重要的戰略價值,其中最著名的潛艇戰就是德國的 U 艇和德國實施的「無限制潛艇戰」。當時德國的對手英國是個島國,因此便想到利用潛艦封鎖英國,無論是軍艦或商船一律擊沉,希望能拖垮英國的經濟。雖然德國最後未取得戰爭勝利,但潛水艇也確實擊沉了多艘協約國的船艦,立下的戰績是有目共睹。

最著名的潛艇戰就是德國的 U 艇和德國實施的「無限制潛艇戰」。圖/wikipedia

有鑑於此,反潛聲納的技術由此萌芽。第一個主動式聲納在第一次世界大戰期間,被著名物理學家朗之萬發明。 1915 年,第一個潛艇探測器「ASDIC」開始在英國海軍的艦艇上被運用。 1931 年,美國也發明了潛艇偵測裝置,並稱它為「SONAR」,顯然這名字取得比較好,也成為現在最常稱呼這種技術的名稱,聲納。

第一個主動式聲納在第一次世界大戰期間,被著名物理學家朗之萬發明。圖/PanSci YouTube

至此,水面艦就像開了白眼一樣,潛水艇終於無所遁形⋯⋯真的嗎?聲納既然已經發明了百年,為何潛水艇至今似乎仍保有隱蔽優勢呢?在科技發達的現代,聲納為何還是無法抓出所有潛艇?

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很可惜,事情沒有那麼簡單。當大家帶著最新科技和設備準備挑戰潛水艇這個可敬對手,卻突然被隱藏 BOSS 跳出來狠狠地打了臉,他就是:物理。

什麼是「陰影區」?潛艦能夠躲藏的位置?

讓我們回到大家都做過的實驗,準備一個透明杯子裝水,把筷子插入水中。因為光線在穿過不同介質的介面時,會因為速度改變而轉彎,所以筷子插到水杯中會出現偏折,水面上跟下呈現不同角度,看起來就像是被折彎了。

光線在穿過不同介質的介面時,會因為速度改變而轉彎,聲音也是。圖/wikipedia

聲音跟光一樣都是「波」的一種,因此在穿過不同密度的介質時也會產生折射,路徑出現偏折。你說道理我都懂,但海裡面只有水,哪來的不同介質?

還真的有,那就是隨著經緯度與深度變化,鹽分、水溫、密度都不同的海水。鹽分、水溫、密度的升高,都會導致聲速變快。而這三者在海中的各處都不會是固定的。例如在不同深度的海水中,深度 1000 公尺內上層海域的斜溫層,當深度越深離海面越遠,海水越得不到太陽的加溫,因此海溫快速驟減,而海溫的降低也會導致聲速降低。深度超過 1000 公尺以後的深海等溫層,溫度、鹽分的變化趨緩,此時壓力會隨著深度增加而增加,海水密度開始小幅度上升,因此聲速緩慢增加。

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每一處海水根據鹽分、水溫、密度不同,都會影響聲速。圖/PanSci YouTube

每一層有不同聲速的海水,就等於是不同的介質,聲波會在不同層的海水之間產生折射。類似的現象也發生在空氣中。在炙熱的沙漠或是天氣熱的柏油路面,偶而會因為空氣的密度分布不均,光線在不同密度的空氣間產生偏折,出現影像在空中出現的錯覺,也就是海市蜃樓的現象。

重點來了,在海裡的折射會是怎麼樣的呢?假設我們有一艘潛的足夠深的潛艇,海面附近的聲納發出一道聲音斜向海洋深處前進,根據決定折射角度的斯乃爾定律,當聲速上升,聲音會偏離介面的法線,偏向兩個液體的交界面。在海中的實際表現,就是聲音產生偏折,漸漸與海平面平行,當偏折的角度超過 90 度,最後甚至會向上偏折,產生全反射。

而斯乃爾定律也告訴我們,偏折的程度跟入射角有關,當角度超過臨界角時,才會產生全反射。根據這些聲波行進路線畫出來的圖,可以看到一塊聲波永遠到達不了的地方,這就是陰影區(shadow zone)。如果潛艇躲藏在這個位置,那麼水面上的敵人就永遠也無法透過主動聲納發現你。

根據這些聲波行進路線畫出來的圖,可以看到一塊聲波永遠到達不了的地方,這就是陰影區(shadow zone)。圖/PanSci YouTube

除此之外,從聲納路徑圖可以看得出來,在水中聲納走的路徑像是 U 字型一樣,會不斷在海面反射,在海中全反射。而線與線之間的空白處,是聲波不會經過的地方,也屬於陰影區。因此實際從水面偵測潛艦時,只有在碰到這些線的時候會收到該點的訊號,如果要抓出敵人,就要在獲知訊號時抓緊時間。

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如何減少陰影區範圍?

為了減少這些陰影區死角的範圍,也有一些有趣但複雜的想法,例如使用拖曳式陣列聲納,一個點不夠,那我就拉一排,減少盲區。或是透過小角度的海底反射,來覆蓋近距離內的更多範圍。然而這也不會只是畫一張圖那麼簡單,平常聲納就要過濾來自自身引擎的噪音,或是因為海底等非目標物的環境反射。多一次反射,就意味會多一道訊號反射到聲納中,要如何將這些訊號區分開來,判斷哪些是海床訊號,哪些是敵艦訊號,就各憑本事。

沒錯,就算有了聲納系統還不夠,海底資訊的掌握度和後期運算更是兵家相爭的關鍵。你想想,就算你知道聲音會隨著密度轉彎,但你知道眼前海域每個深度的實際密度嗎?如果你不知道這些資料,就算接收到訊號,你真的算得出敵艦的位置嗎?

舉例來說,冬天和夏天的海溫不同,聲音偏折的角度不同,能探查的範圍與死角就不相同。當你在不同緯度,不同海域作戰時,所需要的資料也不相同。

冬天和夏天的海溫不同,聲音偏折的角度不同,能探查的範圍與死角就不相同。圖/PanSci YouTube

台灣冬夏兩季分別受東北季風與西南季風吹拂,周圍又有黑潮、中國沿岸流等洋流影響,各層水溫隨季節變化影響劇烈,台灣海峽又因地形原因海流複雜,被稱為黑水溝。在此之上,能掌握好周圍的海流活動,除了能兼顧潛艦的航行安全外,也有助於提升潛艦的隱蔽性。

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潛艦與反潛的無數過招?

海洋的複雜性,構成了潛艦至今仍能維持隱蔽優勢的原因。而這場臥虎捉藏龍的對決到此還沒有結束,我們只介紹了第一招,後面大概還有 99 種招式等待要過招。例如潛艦關掉主動聲納後,如何靠被動聲納安全航行並鎖定目標?

除了透過聲納,搭載磁性探測儀的反潛機怎麼從異常磁場訊號中辨別海底的金屬潛艇?又或是水面上的聲納會被全反射,那麼改變深度的話是不是就能解決了?實際上,既然在海面上聽不見,反過來把聲納放進海中,放在海水密度最低的「深海聲道通道軸」這個如同光纖般的區域,就能清楚聽到來自遠方的聲音。

諸如此類的軍事科技對弈,就像其他科技一樣,對決永遠不會結束。如果你還有那些想了解的面向,不論是潛艦或是其他軍事科技,也歡迎留言告訴我們。

最後也想問問大家,你覺得潛水艇最大的戰略價值是什麼呢?

  1. 多一種隱蔽武器,多一種威嚇,提升敵人的作戰成本
  2. 突破封鎖線,在關鍵時刻打擊敵人的大型艦艇
  3. 間諜作戰,深入敵後蒐集電訊號與艦艇聲譜特徵,偷偷獲取情報

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參考資料

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跟蟲搶吃生魚片?脈衝殺蟲保鮮甜
胡中行_96
・2023/11/23 ・1912字 ・閱讀時間約 3 分鐘

在東京連吃了兩、三個月的紅肉生魚片,雪子懷念起關西的明石鯛。作家谷崎潤一郎筆下,刀口彈跳的海鮮、切面誘人的色澤,是長篇小說《細雪》角色的鄉愁,也是地區的飲食差異。[1]描寫產地、品種、質地、肉色和新鮮度,不僅止於文學,日本人對刺身的執著,還漫溢到 2022 年 3 月的《水產科學》(Fisheries Science)期刊。[2]

圖/Gustavo Fumero on Flickr(CC BY 2.0

海獸胃線蟲

海獸胃線蟲(Anisakis)與生魚片的緊密關聯,不亞於日本人。牠們寄生鯨魚、海獅等哺乳類動物,把卵排進海洋。甲殼動物先吞了卵,再被魚或烏賊吃下肚。隨著漁獲捕撈,食材未經烹煮,或者沒熟透的話,生猛的幼蟲便躍上餐桌。附著人類的食道、胃部和腸道,遊走於嘴跟喉嚨。有些人藉由咳嗽、嘔吐清理,甚至徒手拉出幾條。[3]海獸胃線蟲症(anisakiasis)雖然不至於將谷崎潤一郎《細雪》的典雅,[1]發展成伊藤潤二《魚》的驚駭,[4]但是喉嚨刺痛、消化道發炎,而找醫師開刀除蟲大概在所難逃。[3]

食品殺蟲技術

熊本大學的學者,跟福岡的水產、電子公司以及工業技術單位合作,想殲滅生魚片裡的海獸胃線蟲。他們回顧既有的殺法,大致歸納出兩類:鹽漬、浸滷等化學處理;與冷凍、加溫、乾燥、煙燻、輻射、電擊、提高水壓等物理手段。其中最常見的是冷凍,若以歐洲食品安全局(European Food Safety Authority)的標準,放在 –20 °C 的溫度下,長達 24 小時,不只海獸胃線蟲死了,冰晶也同時形成。解凍後,滴水、軟化,變性肌紅蛋白(metmyoglobin)還會使魚肉變為褐色。[2]

另外,過去已知瞬間釋放高電能脈衝電力(pulsed power)技術,[5]能取秀麗隱桿線蟲(Caenorhabditis elegans)和宿貝海蜘蛛(Nymphonella tapetis)的性命。研究團隊想知道,這招是否能避免冷凍的缺點,又可以謀害海獸胃線蟲。[2]

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實驗設計

既然要研究傳統美食的安全,必定得用道地食材。實驗不僅採用在日本海域捕獲的竹筴魚(Trachurus japonicus),平均 103 x 45 x 9.6 mm 的生魚片,連寄生蟲也講究出身。從長崎海岸白腹鯖(Scomber japonicus)的內臟,挑取海獸胃線蟲屬的新鮮 Anisakis pegreffii,保存於 4 °C,含 0.9% 氯化鈉的生理食鹽水中備用。[2]

a. 用肉膠把蟲封進魚片;b. 打叉處為塞蟲的位置;c. & d. 裝籃、泡水或鹽水,再通電。圖/參考資料 2,Figure 1(CC BY 4.0

缺乏捕魚送蟲的天然套裝組合,在魚肉裏頭埋入特定數量的海獸胃線蟲,就成了考驗耐性的手工藝:橫剖半開,塞進幼蟲活體,[2]外圍沾一圈俗稱肉膠(meat glue)的轉麩醯胺酸酶(transglutaminase),[2, 6]再闔起來(圖a & b)。黏合好的竹筴魚片,被擺進塑膠網籃,方便浸泡在水或鹽水裡通電(圖c & d)。[2]

實驗調整水中的鹽份,來改變導電程度,並控制脈衝次數、水溫等變因。以海獸胃線蟲的死活,還有竹筴魚刺身的外觀、氣味、質地,及魚腥或鮮味等,為最後的評鑑標準。由於剛被電過的海獸胃線蟲,可能有點呆滯,所以生命跡象的判定,得在電完 24 與 48 小時進行。被鑷子騷擾,卻動也不動的,就算死了。[2]

脈衝殺蟲的成效

實驗中,最高電流發生時,鹽水導電率 5 mS/cm;而生魚片的是 8 mS/cm。連續打個 500 發(80 μF–15 kV–1 Hz),處決海獸胃線蟲的奪命率,可達到全盤通殺,片甲不留。儘管研究團隊承認,對致死的詳細機制不甚瞭解,結果無疑是稱心如意:生魚片的彈性、硬度跟顏色,都較冷凍再退冰好,而且質地、氣息和口味,接近未經任何殺蟲處理的食材。他們相當看好此技術的商業價值,在論文結尾表示,要繼續提升殺蟲的效率,並嘗試運用在白腹鯖等其他魚類身上。[2]

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參考資料

  1. 平野芳信(02 JUL 2014)《從蝸牛食堂到挪威的森林:解讀日本近現代文學中的飲食象徵》遠足文化
  2. Onitsuka C, Nakamura K, Wang D, et al. (2022) ‘Inactivation of anisakis larva using pulsed power technology and quality evaluation of horse mackerel meat treated with pulsed power’. Fisheries Science, 88, 337–344.
  3. Anisakiasis FAQs’. (16 SEP 2020) U.S. Centers for Disease Control and Prevention.
  4. ค๊อกคาเทล(02 DEC 2011)「【心得】噁心的經典、經典的噁心‧《魚》(內有噁心成分,請慎入)」巴哈姆特
  5. Pulsed Power’. The University of Queensland, Australia. (Accessed on 19 NOV 2023)
  6. Bub EL, Schneider K, Carr C, et al. (22 JAN 2019) ‘Food Processing: The Meat We Eat’. Institute of Food and Agricultural Sciences, University of Florida, U.S.
胡中行_96
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曾任澳洲臨床試驗研究護理師,以及臺、澳劇場工作者。 西澳大學護理碩士、國立台北藝術大學戲劇學士(主修編劇)。邀稿請洽臉書「荒誕遊牧」,謝謝。