馬修·R. 弗蘭西斯

轟鳴聲中，一架攜有激光器的飛機(jī)沿著格陵蘭島海岸線低空飛行，最終懸停在一座冰川上空。光束從機(jī)腹射出，并在到達(dá)冰川表面后反射回飛機(jī)上的一個(gè)黑色盒子中。于是，光改變了原有速度，變得像蝸牛爬行一樣緩慢，冰川的流動(dòng)速度也得以實(shí)時(shí)記錄。依靠飛機(jī)對(duì)冰川逐點(diǎn)測(cè)量獲取的數(shù)據(jù)，科學(xué)家能夠完整地描繪出格陵蘭島冰蓋縮小的情況，并及時(shí)掌握南極洲和阿拉斯加海岸線上的冰蓋的融化情況。

實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)冰川的流速非常重要，上文提到的飛機(jī)和配套實(shí)驗(yàn)設(shè)備卻僅存在于人們的想象中。政府間氣候變化專門委員會(huì)的最新報(bào)告指出，到2 1 0 0年，融冰有可能使海平面上升1米，這勢(shì)必會(huì)殃及低海拔國(guó)家和數(shù)百萬沿海城市的居民。因此，了解冰川的融化情況可以幫助研究者預(yù)測(cè)未來。但是，大多數(shù)冰川每年僅緩慢流動(dòng)兩三千米，比普通人步行1小時(shí)的路程還短。即使是格陵蘭島流速最快的雅各布港冰川，每年也只流動(dòng)1 6千米，平均每小時(shí)僅1.8米左右。

目前，科學(xué)家尚未找到可以一次性測(cè)算出冰川流速的新方法。現(xiàn)有的方法都要分兩步完成——測(cè)量出冰川表面在前后兩個(gè)時(shí)間的位置，再根據(jù)其位移得出平均速度。過去，研究者將樁釘固定在冰川邊緣，然后在一定的時(shí)間內(nèi)重返此地勘察冰川的移動(dòng)情況?，F(xiàn)在，機(jī)載雷達(dá)可以測(cè)量出冰川的位置，但仍然需要再次返回實(shí)地才可計(jì)算出冰川的平均流速。美國(guó)科羅拉多大學(xué)博爾德分校的科學(xué)家特維拉·蒙恩主要依靠衛(wèi)星在格陵蘭島以及南極洲上空定時(shí)采集的數(shù)據(jù)開展研究，但測(cè)量結(jié)果仍無法一次得出。云情的變化會(huì)嚴(yán)重影響拍攝質(zhì)量。蒙恩表示，有時(shí)需要等待數(shù)月才能獲得某一區(qū)域的有效數(shù)據(jù)，而有些區(qū)域的信息根本無法獲得。

這種測(cè)量技術(shù)有著很明顯的缺陷。一方面，分步完成的數(shù)據(jù)采集技術(shù)需要耗費(fèi)雙倍的人力和物力;另一方面，冰川的移動(dòng)方向沒有規(guī)律可循，現(xiàn)有的追蹤測(cè)量技術(shù)無法提供冰川的準(zhǔn)確信息。蒙恩認(rèn)為，冰蓋的流動(dòng)速度極其重要，是計(jì)算冰川流失的一個(gè)關(guān)鍵變量。假如可以一次性獲得冰川流速的數(shù)據(jù)，那么數(shù)據(jù)量和精準(zhǔn)度都會(huì)大幅提高。

然而，冰川緩慢的流速為測(cè)量工作帶來巨大的困難。法國(guó)索菲亞· 安提波利斯大學(xué)（簡(jiǎn)稱尼斯大學(xué)）的物理學(xué)家翁貝托· 博爾托洛佐及其同事反其道而行之，以快制慢——在光速上大做文章。

在刺耳的警笛聲傳來時(shí)，聲波通過聚集產(chǎn)生高音。雷達(dá)槍（類似公路巡警使用的槍械）正是利用這種被稱作“多普勒效應(yīng)”的現(xiàn)象，向正在駛來的汽車射出無線電波并根據(jù)反射的波長(zhǎng)測(cè)算其行駛速度。速度越快，反射回來的無線電波越密集，波長(zhǎng)越短。然而一般的雷達(dá)槍無法用于測(cè)算很低的車速，博爾托洛佐及其同事正在研制能夠徹底解決這一問題的雷達(dá)槍。

他們先是將激光束一分為二，讓其中一束射向冰川之類低速移動(dòng)的目標(biāo)，根據(jù)多普勒效應(yīng)，其波長(zhǎng)會(huì)略微改變。這條改變了顏色的光束反射回來，在由許多長(zhǎng)螺旋狀染色分子構(gòu)成的液晶中與另一條光束合二為一。染色分子的形狀在光束的作用下發(fā)生改變，光速則變?yōu)榈陀?毫米/ 秒。

在高速下通常很難察覺兩條光束的波長(zhǎng)差，但是重新合成的光束通過延長(zhǎng)其光程距離使相互作用得到強(qiáng)化，在其低速經(jīng)過液晶時(shí)，人們即可測(cè)算波長(zhǎng)差和目標(biāo)物體的移動(dòng)速度。博爾托洛佐及其同事已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)室成功監(jiān)測(cè)到2×1 0- 1 4米/秒的超低速度，并足足堅(jiān)持了1秒。這對(duì)通常情況下每秒流速為百萬分之幾米的冰川而言已經(jīng)足夠。

相比其他慢光技術(shù)必須在極低溫條件下方可進(jìn)行，這種使光速變慢的新方法在室溫下即可操作，簡(jiǎn)單易行。這意味著實(shí)地運(yùn)用該技術(shù)以及由此衍生出的其他技術(shù)時(shí)，不再需要攜帶液態(tài)氮以及龐大的冷卻設(shè)備?？蒲腥藛T希望未來能開發(fā)出可嵌入飛機(jī)內(nèi)部的儀器，以監(jiān)測(cè)格陵蘭島冰川的流速情況。

蒙恩盼望這一天早日來臨。他說：“只要該儀器成功問世，我就能將其置入飛機(jī)、無人機(jī)或者衛(wèi)星體內(nèi)，這對(duì)我們的研究領(lǐng)域意義重大。這勢(shì)必會(huì)大大降低人類因?yàn)閷?duì)海平面上升的高度與速度缺乏了解而帶來的巨大風(fēng)險(xiǎn)。