「聰明」的海底電纜

這幾天台灣剛好是台北電腦展 Computex，今年場中最熱的題材莫過於物聯網（Internet of Things, IoT）了，讓具有感應器的真實物體藉由網際網路彼此串連、互通，交換資訊，也可以遙控其他物體運作。比如說家裡的保全系統、以及可以節能又維持適溫的智慧空調，都是物聯網幾個著名的商業運用。

既然可以物體可以藉由互相連結變得更聰明 (smart)，那連結物體的網路本身，更確切的說，是網際網路骨幹的那些海底電纜，是否也可以變聰明呢？

以專長海洋沉積物的加拿大維多利亞大學榮譽教授Chris Barnes為主席，結合國際電信組織（ITU）、世界氣象組織（WMO）以及聯合國教科文組織下的政府間海洋科學委員會（UNESCO/IOC）與各國研究單位的國際團隊，決定在海底電纜上試試運氣 [1]。

目前世界上的海底電纜 (via Submarine Cable Map)

每一天，在波濤洶湧的海面下，上兆元的金錢交易、數十萬張搞笑圖片、幾億封即時訊息...都透過錯綜複雜的海底電纜，在不同地區間穿梭。海底電纜鋪設於海床表面，負責在各國間傳輸電信訊號，從一開始的電報，到近代的電話、網路等，以及現代的光纖電纜，傳遞訊號更快速。目前除了南極以外，各大洋都有海底電纜通過。

「為什麼我連不上Youtube！」當你在家裡憤怒的摔滑鼠、連上PTT後，發現只有使用XX電信的衰鬼有類似的問題，很可能是因為連接美國的海底電纜發生故障（如這個數年前的新聞）。海底電纜肩負迅速傳遞龐大訊息的任務，本身卻十分脆弱—漁網、地震、以及突如其來的濁流，都會對電纜有所損壞。此外，為了將訊息傳遞到遙遠的他方，大約每七十公里左右就必須放置一個中繼器，將訊號放大，避免訊號在傳遞的過程中逐漸喪失能量而減弱（當然，隨著科技的進步，中繼器間的間距得以逐漸增加）。

海底電纜上的中繼器（Photo from Global Marine, CC BY-ND 2.0）

於是，Barnes想到一個點子：何不在中繼器上放一些感測器，讓海底電纜能順便幫忙測量一些海洋物理數值（例如溫度、壓力、地震波）呢？這些資訊可以透過網路即時回傳給其他系統，海底電纜將不再只是傳遞兩端的訊息，更自己產生了新訊息傳遞出去，成為物聯網的一部份。

這並不是海洋學家第一次打海底電纜的主意。早在1980年代，就有物理海洋學家想利用海水漲潮與退潮時造成的微弱電位差異，來量測潮流 [2]。不過，因為潮流在各地的變化差異極大，加上技術上的種種困難，所以這個想法並未在各海域普及。

潛水夫檢查位於英屬印度洋領地珊瑚礁上的海底電纜（Photo from CTBTO, CC BY-SA 2.0）

科學家對於海底電纜，尤其是越洋電纜所在的兩千米以下深海所知不多，只有間斷的採樣，而沒有長時間的監測，藉由裝設感測器，能夠得到極有價值的資訊。了解海水的溫度變化，就能更進一步瞭解全球氣候變遷會如何影響海流循環。而海底壓力的改變，代表的是海平面高低的變化，可能作為海嘯等災難的警訊。地震波就更不用說了，不僅能幫助地震示警，更能使人們更瞭解地質結構。

在海底電纜上加上這些感測器，就像在人體的皮膚上貼著心電圖的電極一樣，能夠以更大尺度來觀察海洋的脈動。然而，大多數海底電纜已經鋪設了數十年之久，將電纜重新挖起裝感測器，似乎不是個好主意，Barnes教授決定在2017年先進行試驗，埋設一段試驗電纜，確定感測器能夠在深海正常運作，再尋求業界贊助，既然參與單位大多是聯合國相關組織，世界銀行也許能夠提供發展中國家類似的協助。

海底電纜鋪設船Stemat Spirit工作中 (Photo by Megasam4256 - Own work. Licensed under CC BY-SA 3.0 via Wikimedia Commons)

在此同時，目前 Arctic Fibre Inc. 正在負責架設東京到倫敦的海底電纜，也將這個想法一併化為實際。由於這條電纜將通過加拿大的北極海域，該電信公司與Scripps海洋研究所的科學家John Orcutt合作，在電纜上加上溫度與壓力感測器。Orcutt表示，這將有助於我們瞭解未來數十年北極海域的溫度與海平面變化。除此以外，Orcutt還希望能加上聲學感測器，用來記錄極圈哺乳動物的聲音。

從另外一個角度出發，通訊網路也就成了海洋觀測網路的最佳平台。這是否能夠打造雙贏局面，為科學—產業合作建立新典範呢？就讓我們拭目以待吧！


參考資料：
[1] Building a Smart Internet
[2] Submarine cable measurements of tidal current in the Irish Sea
[3] ITU: Monitoring climate change with submarine cables

作者：cot, Crystal