“智慧”的海底电缆

今年最热的题材莫过于物联网（Internet of Things, IoT）了，让具有传感器的真实物体借助互联网彼此串连、互通，交换信息，也可以遥控其他物体运作。比如说家里的安全系统、以及可以节能又维持适温的智能空调，都是物联网几个著名的商业运用。既然可以物体可以借助互相链接变得更聪明 (smart)，那链接物体的网络本身，更确切的说，是互联网骨干的那些海底电缆，是否也可以变聪明呢？以专长海洋沉积物的加拿大维多利亚大学荣誉教授Chris Barnes为主席，结合国际电信组织（ITU）、世界气象组织（WMO）以及联合国教科文组织下的政府间海洋科学委员会（UNESCO/IOC）与各国研究单位的国际团队，决定在海底电缆上试试运气 。

目前世界上的海底电缆 (via Submarine Cable Map)

每一天，在波涛汹涌的海面下，上兆元的金钱交易、数十万张搞笑图片、几亿封即时消息…都透过错综复杂的海底电缆，在不同地区间穿梭。海底电缆铺设于海床表面，负责在各国间传输电信讯号，从一开始的电报，到近代的电话、网络等，以及现代的光纤电缆，传递讯号更快速。目前除了南极以外，各大洋都有海底电缆通过。“为什么我连不上Youtube！”当你在家里愤怒的摔鼠标，发现只有使用XX电信的衰鬼有类似的问题，很可能是因为连接美国的海底电缆发生故障（如这个数年前的新闻）。海底电缆肩负迅速传递庞大讯息的任务，本身却十分脆弱 — 渔网、地震、以及突如其来的浊流，都会对电缆有所损坏。此外，为了将讯息传递到遥远的他方，大约每七十公里左右就必须放置一个中继器，将讯号放大，避免讯号在传递的过程中逐渐丧失能量而减弱（当然，随着科技的进步，中继器间的间距得以逐渐增加）。

海底电缆上的中继器（Photo from Global Marine, CC BY-ND 2.0）

于是，Barnes想到一个点子：何不在中继器上放一些传感器，让海底电缆能顺便帮忙测量一些海洋物理数值（例如温度、压力、地震波）呢？这些信息可以透过网络实时回传给其他系统，海底电缆将不再只是传递两端的讯息，更自己产生了新讯息传递出去，成为物联网的一部份。这并不是海洋学家第一次打海底电缆的主意。早在1980年代，就有物理海洋学家想利用海水涨潮与退潮时造成的微弱电位差异，来量测潮流。不过，因为潮流在各地的变化差异极大，加上技术上的种种困难，所以这个想法并未在各海域普及。

潜水员检查位于英属印度洋领地珊瑚礁上的海底电缆（Photo from CTBTO, CC BY-SA 2.0）

科学家对于海底电缆，尤其是越洋电缆所在的两千米以下深海所知不多，只有间断的采样，而没有长时间的监测，借助装设物联网传感器，能够得到极有价值的信息。了解海水的温度变化，就能更进一步了解全球气候变迁会如何影响海流循环。而海底压力的改变，代表的是海平面高低的变化，可能作为海啸等灾难的警讯。地震波就更不用说了，不仅能帮助地震示警，更能使人们更了解地质结构。在海底电缆上加上这些物联网传感器，就像在人体的皮肤上贴着心电图的电极一样，能够以更大尺度来观察海洋的脉动。然而，大多数海底电缆已经铺设了数十年之久，将电缆重新挖起装传感器，似乎不是个好主意，Barnes教授决定在2017年先进行试验，埋设一段试验电缆，确定传感器能够在深海正常运作，再寻求业界赞助，既然参与单位大多是联合国相关组织，世界银行也许能够提供发展中国家类似的协助。

海底电缆铺设船Stemat Spirit工作中 (Photo by Megasam4256 — Own work. Licensed under CC BY-SA 3.0 via Wikimedia Commons)

在此同时，目前 Arctic Fibre Inc. 正在负责架设东京到伦敦的海底电缆，也将这个想法一并化为实际。由于这条电缆将通过加拿大的北极海域，该电信公司与Scripps海洋研究所的科学家John Orcutt合作，在电缆上加上温度与压力传感器。Orcutt表示，这将有助于我们了解未来数十年北极海域的温度与海平面变化。除此以外，Orcutt还希望能加上声学传感器，用来记录极圈哺乳动物的声音。从另外一个角度出发，通讯网络也就成了海洋观测网络的最佳平台。这是否能够打造双赢局面，为科学 — 产业合作建立新典范呢？就让我们拭目以待吧！