原本想在地中海底探測(cè)中微子，結(jié)果變成探測(cè)抹香鯨的發(fā)聲研究。這個(gè)跨領(lǐng)域合作研究的美妙意外結(jié)果，彰顯出全面性知識(shí)探究的潛在優(yōu)勢(shì)。

對(duì)意大利西西里島東部卡塔尼亞港的碼頭工人與水手而言，眼前景象相當(dāng)可疑。在2005年一2006年間，每個(gè)月一次，都會(huì)有兩名陌生人走到碼頭尾端的小木屋，打開門鎖，再拿出一個(gè)小盒子，之后再上鎖，直到下個(gè)月才會(huì)再出現(xiàn)。當(dāng)?shù)孛癖妼?duì)這兩人的行為充滿疑問，但這兩名陌生人總是保證不必?fù)?dān)心，聲稱自己是科學(xué)家，盒子里裝著計(jì)算機(jī)硬盤，儲(chǔ)存用水底麥克風(fēng)錄下的長(zhǎng)期聲音數(shù)據(jù)，而麥克風(fēng)安置于距海岸28千米遠(yuǎn)的地中海海底。瑞可班尼是意大利國(guó)家核物理研究所的粒子物理學(xué)家，他希望證明水底麥克風(fēng)能用來(lái)偵測(cè)來(lái)自遙遠(yuǎn)太空的中微子；帕文則是帕維亞大學(xué)海洋生物學(xué)家，在此協(xié)助瑞可班尼處理錄音內(nèi)容里的背景噪音。

但因?yàn)檫@些錄音數(shù)據(jù)的內(nèi)容，讓兩人決定來(lái)年重回舊地，不過這次角色互換，由物理學(xué)家協(xié)助生物學(xué)家，探尋的目標(biāo)也不再是中微子，而是抹香鯨。

這場(chǎng)意外經(jīng)歷源于近10年前，瑞可班尼參與意大利百位科學(xué)家組成的“地中海中微子觀測(cè)”項(xiàng)目，希望研究海中中微子。中微子自太空持續(xù)來(lái)到地球，帶來(lái)遠(yuǎn)方超新星生成等珍貴資料。這種基本粒子既不帶電，質(zhì)量趨近于零，也鮮少與其他物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，故研究中微子需要大型偵測(cè)器，而且規(guī)模愈大愈好。因此觀測(cè)站在西西里島南部外海水深3500米處，在2立方千米的海域裝設(shè)數(shù)千個(gè)光學(xué)偵測(cè)器，希望在中微子偶爾與水分子反應(yīng)時(shí)，光學(xué)偵測(cè)器就能捕捉其所產(chǎn)生的微弱光波。

瑞可班尼當(dāng)時(shí)則努力改善偵測(cè)效果，他表示，“理論上，高能中微子也會(huì)產(chǎn)生可偵測(cè)到的聲波，因?yàn)樵谒?，聲波傳?dǎo)能力優(yōu)于光線，聲波偵測(cè)器捕捉中微子反應(yīng)的幾率也較高”。沒有人知道這個(gè)理論是否行得通，但既然觀測(cè)計(jì)劃里也需要水下麥克風(fēng)為光學(xué)偵測(cè)器定位，觀測(cè)項(xiàng)目負(fù)責(zé)人便希望瑞可班尼進(jìn)行名為“海洋噪音偵測(cè)實(shí)驗(yàn)”的可

行性研究，地點(diǎn)就位于卡塔尼亞港以東水下2000米的測(cè)試位置。

嗓音控制

為了解相關(guān)知識(shí)，瑞可班尼前往法國(guó)巴黎參加中微子聲波偵測(cè)的工作，也立刻注意到人們討論時(shí)忽略了一項(xiàng)重點(diǎn)，他指出，“在場(chǎng)沒有人提及背景噪音，每個(gè)人似乎理所當(dāng)然地假設(shè)深海內(nèi)噪音很少，但當(dāng)時(shí)也沒有公之于世的數(shù)據(jù)可供參考”。瑞可班尼返回卡塔尼亞港后，碰巧得知當(dāng)?shù)氐囊粋€(gè)環(huán)保團(tuán)體邀請(qǐng)帕文前來(lái)演講，帕文于20世紀(jì)80年代早期率先使用海洋哺乳類數(shù)字錄音技術(shù)，亦是那一個(gè)領(lǐng)域的世界頂尖專家，最適合來(lái)解答瑞可班尼的疑問：究竟在深海2000米的環(huán)境里，背景噪音有多大?

由于數(shù)據(jù)有限，帕文無(wú)法輕易回答，他表示，“幾年前，深海錄音系統(tǒng)仍無(wú)法輕易取得”，他只能確定在深海中，絕不像中微子物理學(xué)家假設(shè)的那般寂靜。

瑞可班尼起先相當(dāng)驚訝，帕文所預(yù)測(cè)的噪音音量遠(yuǎn)高于中微子物理學(xué)家預(yù)測(cè)，不過這不代表中微子偵測(cè)便不可行，但“地中海中微子觀測(cè)項(xiàng)目”成員必須先詳細(xì)了解背景噪音后，才有機(jī)會(huì)找出其中的中微子訊號(hào)。

瑞可班尼于是邀請(qǐng)帕文加入海洋噪音偵測(cè)實(shí)驗(yàn)，長(zhǎng)期偵測(cè)西西里島海床聲音狀態(tài)，帕文雖無(wú)資金可支持計(jì)劃，仍允諾參與，畢竟這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)?zāi)茏屗M(jìn)入前所未見的深海，也能研究人類幾乎毫無(wú)所知的聲波環(huán)境，帕文尤其希望測(cè)量深海的噪音污染情況，認(rèn)為這種污染造成過往許多深海鯨類擱淺。

至2005年1月，瑞可班尼的團(tuán)隊(duì)在測(cè)試點(diǎn)安裝了4架高感度水底麥克風(fēng)，并用光纖電纜將數(shù)據(jù)傳回碼頭邊的硬盤，很快他們便開始獲得數(shù)據(jù)，至同年4月時(shí)，帕文便開始聽取第一份數(shù)據(jù)。

一如預(yù)期，帕文能聽見低回而一致的背景噪音，多數(shù)來(lái)自水流與船舶運(yùn)行，再加上不時(shí)出現(xiàn)可辨別的聲響，包括大型船只的渦輪、聲吶音波，甚至還有爆炸聲，但他特別注意到一種短促而規(guī)律重復(fù)的聲響，這是抹香鯨的呼吸系統(tǒng)擠壓空氣時(shí)的特殊聲音。帕文表示，

“抹香鯨可能以這種方式估計(jì)海深與獵物距離，就像蝙蝠使用回音一樣”。

偶爾聽到這種聲音并不令人意外，這是動(dòng)物所能制造的極大聲響，在水中最遠(yuǎn)可傳達(dá)20千米，意外之處在于這種聲響每個(gè)月都會(huì)出現(xiàn)，帕文指出，“抹香鯨在此區(qū)域并不常見，已知數(shù)據(jù)顯示當(dāng)?shù)仵r少見到抹香鯨群”，但這些研究通常只依據(jù)靠近海面的目擊或聲音記錄，“海洋噪音偵測(cè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目”的數(shù)據(jù)來(lái)自深海。這才是抹香鯨多數(shù)時(shí)候生活的環(huán)境，顯示這種動(dòng)物在當(dāng)?shù)氐臄?shù)量高于過去預(yù)期。

瑞可班尼與帕文持續(xù)錄音，直到2006年11月，水底麥克風(fēng)由光學(xué)偵測(cè)系統(tǒng)取而代之，但仍沿用同一條光纖電纜，兩位科學(xué)家則已累積超過600小時(shí)的錄音數(shù)據(jù)，雖然兩人并未偵測(cè)到任何中微子，但仍感到滿意。瑞可班尼表示，“我當(dāng)時(shí)只希望證明深海錄音可行，也可提供高質(zhì)量數(shù)據(jù)，我并未預(yù)期在此階段便偵測(cè)到中微子”；帕文則明白，這項(xiàng)工作所獲取的資料，也不只是背景噪音清單而已。

不過聽見抹香鯨是一回事，計(jì)算數(shù)量與得出可靠數(shù)據(jù)又是另一回事。原則上，可從聲波判別抹香鯨的大小與性別，且若海面聲波記錄亦出現(xiàn)在深海記錄之中，則可能估算抹香鯨的位置與行動(dòng)方向。帕文指出，“但要達(dá)成這項(xiàng)目標(biāo)，若不研發(fā)數(shù)學(xué)計(jì)算軟件，就得一項(xiàng)一項(xiàng)用手算”，帕文的團(tuán)隊(duì)因?yàn)闆]有研發(fā)經(jīng)費(fèi)，故只能選擇后者的計(jì)算法。

不過帕文認(rèn)為，數(shù)據(jù)已慢慢得出，抹香鯨在半數(shù)錄音的期間都曾出現(xiàn)，超過現(xiàn)有估算的鯨群規(guī)模。帕文的團(tuán)隊(duì)也從錄音之中，找出季節(jié)性規(guī)律與社會(huì)行為跡象，并在2009年9月的研討會(huì)中發(fā)表。帕文表示，“鯨群在春秋兩季較常出現(xiàn)，其他動(dòng)物也在相同時(shí)節(jié)遷徙，或許都屬于相似物種”。有時(shí)錄音里會(huì)出現(xiàn)異常且短暫的聲響，一般認(rèn)為具有特殊社會(huì)功能，也只有在雄鯨靠近雌鯨群時(shí)才會(huì)出現(xiàn)。帕文指出，這種聲響像是方言，不同鯨群的音調(diào)也有區(qū)別，“地中海地區(qū)最常見者為三加一的模式，三短聲后再加一聲”，但錄音顯示，二加一的組合頻率也高于預(yù)期，有可能顯示其他地區(qū)的鯨群恰好經(jīng)過地中海。

深海擾動(dòng)

瑞可班尼目前除了中微子物理學(xué)，亦很熱衷于生物聲學(xué)，并讓“歐洲海洋觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)”加入到研究中，發(fā)展地中海地區(qū)的深海探測(cè)站網(wǎng)絡(luò)，雖然該組織的重點(diǎn)在于地球物理學(xué)與氣候?qū)W，但已允諾資助名為“聆聽深?！钡挠?jì)劃，該計(jì)劃為期3年，自2011年3月起，再度于卡塔尼亞港外裝設(shè)4部水底麥克風(fēng)，聆聽鯨群發(fā)出的聲音。

這次錄音一次要連續(xù)一年，并使用運(yùn)算法取舍數(shù)據(jù)；麥克風(fēng)將定位在方形四角，研究人員詳細(xì)對(duì)比四部麥克風(fēng)的錄音數(shù)據(jù)后，就能判斷鯨魚的尺寸、速度及方向，也能更準(zhǔn)確估算鯨群規(guī)模與季節(jié)習(xí)性。未來(lái)這項(xiàng)計(jì)劃也打算在其他地點(diǎn)架設(shè)類似裝置，包括直布羅陀海峽附近的卡迪茲灣，帕文指出，“我們想要了解的一項(xiàng)重點(diǎn)，在于地中海的抹香鯨究竟是封閉族群，抑或是在各地海洋中悠游”。

瑞可班尼的團(tuán)隊(duì)也在持續(xù)進(jìn)行最后階段的大型中微子觀測(cè)活動(dòng)，若一切都能按照計(jì)劃，將在2020年之前開始，這項(xiàng)大型計(jì)劃也將包括聲波系統(tǒng)，縱然不是用來(lái)偵測(cè)，也要發(fā)揮定位功能。瑞可班尼現(xiàn)在已明白，深海中還有許多背景噪音，也認(rèn)為還需要更多數(shù)據(jù)，才能確定能否使用聲波偵測(cè)中微子，不過當(dāng)然前提是得先獲得更多經(jīng)費(fèi)。未來(lái)所得數(shù)據(jù)將提供給生物學(xué)家、地震學(xué)家及其他研究人員使用，帕文肯定會(huì)感興趣，想要研究的物種也不只有抹香鯨，還包括長(zhǎng)須鯨及喙鯨，這些鯨魚的低頻聲響最適合在深海中記錄。

瑞可班尼表示，“人類對(duì)深海海床所知甚微，還有許多值得研究的素材，我有預(yù)感只要我們能將水深3500千米的數(shù)據(jù)送上寬帶網(wǎng)絡(luò)，許多人一定會(huì)趨之若鶩”。