海上传说，发光之海的秘密，应用新型卫星去探索

利用昼夜波段传感器揭秘海上传说中的乳白色海洋

科学家正在应用新型卫星技术寻找海上传说中夜里发光的乳白色海洋

图 1 几个世纪以来，水手们一直在讲述黑夜中大片海洋发光的故事。(图片来源：史蒂文·D·米勒/NOAA)

"整个海洋就像一片被雪覆盖的平原，天空中几乎没有一丝云彩，然而天空看起来就像暴风雨在肆虐一样黑。这是一幕可怕的壮观景象，海水变成了磷，天空笼罩在黑暗之中，星星也熄灭了，似乎大自然正在为最后一场大火做准备。而我们被教导相信，这场大火将毁灭这个物质世界。" ——1854年，美国快艇 "流星号 "的金曼船长，在印度尼西亚爪哇岛近海发言

几个世纪以来，水手们一直在报告类似上述的奇怪遭遇，这些事件被称为乳白色海洋。它们是一种罕见的夜间现象，即海洋表面发出可以覆盖数千平方英里的稳定的亮光。归功于像金曼船长这样的19世纪航海家们丰富多彩的描述，乳白色海洋是民间海上传说的一个著名部分。但由于它们遥远且难以捉摸的性质，其极难研究，因此仍然只是民间传说的一部分，而非科学的一部分。

我是一名专研用于研究地球的卫星的大气科学教授，通过最新的一代卫星，我和我的同事们已经开发出一种探测乳白色海洋的新方法。利用这种技术，我们计划远程了解这些发光水域，并引导考察船前往，这样我们就可以开始调和超现实的故事与科学的理解。

水手们的故事

乳白色海洋中的生物发光是由一种细菌引起的。

图 2 乳白色海洋中的生物发光是由一种细菌引起的。(图片来源：史蒂夫. H. D. 哈德克/MBARI, CC BY-ND)

到目前为止，只有一艘考察船遇到过乳白色海洋。船员们收集了样本，发现了一种定居于水面上的藻类，名叫哈维弧菌的发光细菌菌株。

与发生在岸边的生物发光不同，被称为鞭毛藻的小生物在受到干扰时会发光，发光细菌的工作方式完全不同。一旦它们的数量足够大——每毫升水约有1亿个单个细胞时——一种内部的生物开关就很被打开，它们都开始稳定地发光。

发光细菌会使它们寄生的粒子发光。研究人员认为，这种发光的目的可能是为了吸引以它们为食的鱼。这些细菌可以在鱼类的肠道中大量繁殖，因此，当它们的数量大到主要食物供应无法满足时，鱼的胃就成了它们绝佳的第二选择。事实上，如果你进入一个冷藏的鱼柜并关闭灯光，你可能会注意到一些鱼发出蓝绿色的光芒——这就是细菌的光芒。

现在想象一下，如果数量巨大的细菌，分布在一大片广阔的海洋之上，都同时开始发光——这就形成了一片乳白色的海洋。

虽然生物学家对这些细菌了解较多，但导致它们大规模发光的原因仍然是个谜。如果生长在海藻上的细菌是乳白色海洋的主要原因，那么它们在任何时间、地点都会发生。然而，根据海面报告，全世界每年大约只有两到三次乳白色海洋出现，主要是在印度洋西北部和印度尼西亚海岸附近的水域。

图 3 研究人员在索马里海岸附近发现了一个乳白色的海洋事件，在这里可以看到左上角图片中的一个白色的漩涡。其他面板显示的是海面温度、洋流和叶绿素。(图片来源：史蒂文·D·米勒/NOAA)

卫星解决方案

如果科学家们想了解更多关于乳白色海洋的信息，他们就需要在乳白色海洋发生时赶到并了解它。问题在于，乳白色海洋是如此难以捉摸，几乎不可能对其进行采样。而这正是我的研究发挥作用的地方。

卫星为监测广阔海洋提供了一种实用的方法，但它需要一种能够探测到比日光暗淡约1亿倍的光线的特殊仪器。我和我的同事在2004年首次探索了卫星的潜力，当时我们使用美国国防卫星图像确认了英国商船SS 利马号在1995年报告的乳白色海洋。但是这些卫星传回的图像噪音很大，我们无法将其作为搜索工具。

我们不得不等待一个更好的仪器——昼夜波段——计划用于美国国家海洋和大气管理局的新卫星星座。新的传感器在2011年底投入使用，但当我们意识到昼夜波段的高灵敏度也能探测到空气分子发出的光时，我们的希望一开始就破灭了。我们花了数年时间研究昼夜波段图像，才能够解释我们所看到的东西。

最后，在2018年初的一个晴朗的无月之夜，索马里近海的昼夜波段图像中出现了一个奇怪的螺旋状特征。我们将其与前后两晚的图像作了对比。虽然云层和气光特征发生了变化，但 涡动仍然存在。我们发现了一个乳白色海洋! 现在我们知道如何寻找它们了。

图 4 爪哇岛沿海的这片乳白色海洋有肯塔基州那么大，持续了一个多月。(图片来源：史蒂文·D·米勒/NOAA)

揭开昼夜波段全部潜力的 "啊哈！"时刻是在2019年。我正在浏览图像，寻找伪装成乳白色海洋的云，这时我偶然发现了爪哇岛南部发生的一件令人震惊的事情。我看到的是一个巨大的漩涡，发光的海洋面积跨越了4万平方英里（10万平方公里）——大约相当于肯塔基州的面积。来自新传感器的图像提供了我从未想象过的细节和清晰度。我惊奇地看着这些光芒随着洋流慢慢地漂移和变化。

我们从这个转折点案例中学到了很多：乳白色海洋与海面温度、生物量和洋流的关系——这是理解乳白色海洋形成的重要线索。至于所涉及的细菌估计总量？大约有1000万亿个细胞——几乎是可观测宇宙中的恒星总数！

图 5 左边的两张图片是用旧的卫星技术拍摄的，而右边的图片显示的是昼夜波段传感器产生的高清晰度图像。(图片来源：史蒂文·D·米勒/NOAA)

未来是光明的

与旧技术相比，观看昼夜波段图像就像第一次戴上了眼镜。我和我的同事分析了自2013年以来拍摄的数千张图像，到目前为止，我们已经发现了12片乳白色海洋。大多数都发生在几个世纪以来海员们一直在报告的同一水域。

也许最实际的发现是乳白色海洋的持续时长。虽然有些只持续了几天，但在爪哇岛附近的那次却持续了一个多月。这意味着有机会在这些遥远的事件发生时，向它们部署考察船。这将使科学家们能够测量它们，揭示它们的完整组成、如何形成的、为何如此罕见，以及它们在自然界中的生态意义。

如果我真的像金曼船长一样，站在船的甲板上，向天空投下阴影，我就会跳入水中！

BY: Steven D. Miller

FY: 阿嘉

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