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地圖的歷史和故事

Gene Ng_96
・2014/11/14 ・1679字 ・閱讀時間約 3 分鐘 ・SR值 500 ・六年級

在到美國加州唸博士班前,我幾乎是不看地圖的,也並非是宅,是因為從前在新竹唸書時,出了校園能去的地方也就市區、南寮和青草湖,到了台北也幾乎只會到捷運能夠到的地方。可是到了米國,卻要自己開車,窮學生能省則省,當時GPS也不算便宜,所以把地圖背在腦海裡最實際。

從前我非常討厭地理,大概是因為這樣,所以跟著不喜歡看地圖吧。在中學時期,唸地理就只會一招,就是背多分。當時地理老師其實教得很不錯,所以我勉強還是唸了點書,可是有天背到一半,突然覺悟到,這種考過就忘的東西,有什麼意義?還不如去看武俠小說,至少可以學到江湖的賤招,所以期末完全拿零分⋯⋯

可是到了老外的地盤唸書,我卻愛上了地理,有事沒事就上維基百科讀史地的條目。在美國加入AAA(美國汽車協會),可以每年拿很多地圖,包括國家、州、郡縣、市鎮、國家公園等等的地圖。只要出遠門,就會事先要幾份地圖來作功課,幾張地圖總是佔據了房間的牆壁。在柏克萊唸書的強者我同學,甚至還從紐約帶回一個世界地圖的浴室簾幕,用小貼紙做標記將每個去過的國家做標記。

Google地圖推出後,觀看這個世界的方法,又進展了一大步。到了現在,地圖更是智慧手機必備的軟體,連過去出門前要作的功課也免了(只要沒遇到手機沒電或者網路塞車拉);不過成也地圖,敗也地圖,蘋果的iPhone就差點栽在他們的爛地圖上⋯⋯

對只要走過一次就能認路的人,我是很佩服。對過去連地圖都沒有,就敢上路到處冒險的探險家,更是五體投地。哥倫布(Christopher Columbus,1451—1506)出海前,連地球是圓的扁的都還不確定咧。如果哥倫布遇到穿越到過去的人,早知道印度那麼遙遠,不僅方向不對,中間還隔了美洲大陸,恐怕歷史就要改寫了吧。

《地圖的歷史:從石刻地圖到Google Maps,重新看待世界的方式》On the Map: Why the World Looks the Way It Does)這本好書,作者賽門.加菲爾(Simon Garfield)帶領我們進入中世紀的宗教奇想,十五世紀的地理大發現、十六世紀晚期的三角測量、十八世紀的經度確立、二十世紀的飛航與空中觀測,從穴居人首次在石頭上刻下地圖開始,從古董手稿、航海圖、地圖集,一直介紹到螢幕截圖以及手機App,用130張地圖穿越了一萬六千年的時空。

不管真正完美的地圖該是如何,真正在製作和使用地圖的,是人!地圖不僅是我們認識這世界的圖像,東南西北的位置以及其中出現的東西,就是我們對世界認知的重建。人與地圖的連結總是密不可分!《地圖的歷史》中也介紹了許多圍繞在地圖周遭的人們:自吹自擂的商人、吹毛求疵的測量員、天馬行空的哲學家、一擲千金的收藏家、不可輕信的航海家、初出茅廬的地球儀匠、緊張兮兮的館長以及貪得無厭的征服者等等,即充滿文藝情懷又帶有科技感。

地圖不僅是我們看世界的方式,也是窺視人類慾望和想像的窗口,所以《地圖的歷史》當然少不了藏寶圖、龍出沒地圖、謀殺案地圖、火星上的地圖。窮人與富豪地圖、電影地圖與藏寶地圖、獵捕章魚用的地圖、非洲詐騙地圖、南極洲地圖,還有那些烏有之地的地圖等等,讓我們瞭解到人類究竟想要從這世界找到什麼,並且認識到文明的興衰。

不過因為《地圖的歷史》寫了許多西方的歷史,對我們來說可能沒那麼平易近人,不過歷史中的人性,不論古今中外仍是一個樣啊!《地圖的歷史》雖然寫的是地圖的歷史(廢話XD),但其實也正是我們人類文明的歷史縮影啊!

書摘:

 

本文原刊登於The Sky of Gene

文章難易度
Gene Ng_96
295 篇文章 ・ 16 位粉絲
來自馬來西亞,畢業於台灣國立清華大學生命科學系學士暨碩士班,以及美國加州大學戴維斯分校(University of California at Davis)遺傳學博士班,從事果蠅演化遺傳學研究。曾於台灣中央研究院生物多樣性研究中心擔任博士後研究員,現任教於國立清華大學分子與細胞生物學研究所,從事鳥類的演化遺傳學、基因體學及演化發育生物學研究。過去曾長期擔任中文科學新聞網站「科景」(Sciscape.org)總編輯,現任台大科教中心CASE特約寫手Readmoo部落格【GENE思書軒】關鍵評論網專欄作家;個人部落格:The Sky of Gene;臉書粉絲頁:GENE思書齋


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如何從茫茫大海中,找到戰爭遺留的深水炸彈?——海底掃雷行動

Else Production
・2022/01/19 ・2597字 ・閱讀時間約 5 分鐘

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:

  1. 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.  
  2. 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.
  3. Image scans gallery. EdgeTech. (n.d.). Retrieved January 5, 2022, from https://www.edgetech.com/underwater-technology-gallery/ 
  4. 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.

本文亦刊載於作者部落格 Else Production ,歡迎查閱及留言

Else Production
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馬朗生,見習地球物理工程師,英國材料與礦冶學會成員,主力擔任海上測量工作,包括海床勘探、泥土分析、聲波探測等。