大海捞针，如何找到沉船“里斯本丸”

本文来自微信公众号：果壳 （ID：Guokr42），作者：瘦驼，编辑：luna，题图来自：AI生成

最近有一则新闻：《里斯本丸沉没》将代表中国内地，竞逐第97届奥斯卡金像奖“最佳国际影片”。

“里斯本丸”是什么？

这是一艘140米长、18米宽的日本商船，曾满载战俘，从香港驶向大阪。在开至中国舟山东极岛海域时，它被一枚鱼雷击中，开始下沉。日军将1800余名战俘预先关进船舱、又拒绝转移，导致仅有一半的战俘在中国渔民参与救援后幸运逃生。而里斯本丸号自己，在东极岛边沉睡近70年，一直未被后来者找到确切位置。

直到方励和他的团队出手。

大海捞针

一艘一百四十米长，十八米宽的钢铁巨物，放在陆地上的任何地方都是一件醒目的存在。

唯独躺在海底，它微不足道。人类作为一种整个进化史都发生在陆地上的生物，占地球表面积70％的海洋，是一种绝对陌生的环境。

我们花了差不多一万年的时间去探索海洋，直到最近一两百年才掌握了可以描述它的方法。

描述海洋，是一个难题。当我们用刻舟求剑来嘲笑自己对相对坐标和绝对坐标的迷惑时，很难体会到在罕有参照物的茫茫大海中定位的困难。精确计时技术的发明和天文观测知识的积累，很大程度上都要归功于航海家们对定位的需求。即便是有了天文定位导航技术，在大海上立即报出自己的坐标也不现实。

最近几十年，在花费千万亿把数百颗卫星送入太空之后，我们才终于有信心在卫星定位芯片的帮助下实现在海洋上的位置近乎实时的描述。卫星定位系统的实质也就是在地球上空构建了一套无死角的参照路标。

用户同时接收三颗以上卫星信号，测量出用户至三颗卫星的距离，结合卫星的空间坐标解算出用户的具体位置，这就是卫星定位法。

对于沉船而言，要找到它们最大的困难，就是搞清楚它们沉没前的最后坐标，越精确越好。别说是差一度，就是差一秒，也就是一度的三千六百分之一，实地位置的误差可能有几十米，要比沉船本身还要大。

很多古代沉船只有语焉不详的船难记载，在方圆几百千米可能都无肉眼可见差异的海面之下搜寻一个可能只有几十米大小的沉船残骸，“大海捞针”这个成语的始创者脑中的难度也不过如此。这种难度，也给了古往今来无数的寻宝故事创造了可能性。

在这一点上，里斯本丸还是幸运的。它缓慢地沉没，发生在日军其他船只的目击之下，加上事发地距离岛屿不远，因此里斯本丸沉船残骸的位置，有个相对精确的坐标。

但是这种原始报告的精度完全不足以让我们直接找到沉船。原始数据是不是有错误？沉船时船的姿态不同可能会导致残骸在海底散布的位置不同，它还是完整的吗？几十年过去，在洋流和潮汐作用下，它是否发生了位移？

目视

对我们陆地动物来说，寻找什么东西，最方便的就是借助视力。如果沉船的海域水深很浅，海水的透明度又高，利用飞机或者无人机从空中找到它们并非没有先例。

里斯本丸沉没的舟山东极岛海域位于大陆架之上，后来我们知道残骸就躺在海面三十米之下。在特别清澈的海域，会有不到百分之五的光线到达这里。

但是舟山也是世界上海水透明度最差的海域之一。长江在距离这里不远的地方入海，每年向东海输送数以亿吨的泥沙，随之而来的，还有总量巨大的营养物质，它们滋养了海中的单细胞藻类，这是让舟山海域成为世界级渔场的基础。泥沙和藻类，加上附近繁忙的航运——船只螺旋桨的不停搅动，让这里海水的透明度大部分时候不过只有四五米，最差的时候可以说伸手不见五指。

必须用别的不用看的办法。

第一步：找

里斯本丸跟大部分现代船舶一样主要由钢铁建造，能不能像用绳子拴上磁铁在水里捞废铁一样来找它呢？可以，不过不是用磁铁，而是把它当做一块磁铁。

任何具有铁磁性的物质，在地球的磁场里都会被磁化本身变成一块磁铁。这个磁场和原本的地磁场叠加，会造成磁场的波动，发现这个波动就能找到隐藏的家伙。不管它是地下的铁矿，还是敌人的潜艇或者是里斯本丸号残骸。

能发现磁场波动的仪器，叫磁探仪。它的工作原理非常复杂，要到量子层面才能充分理解。简化来描述，就是用光让氦或者某些碱金属的原子达到一种特定的状态，这种状态下的原子对磁场的变化异常敏感，并反映在对光的吸收和折射上。通过测量光线的变化就可以推算出磁场的变化。

这种极其灵敏的磁场检测仪器在上世纪六十年代投入实用。如今，它被广泛应用于遥感物探等民用场景和扫雷、反潜等军事领域。在反潜飞机上，磁探仪一般被安装在飞机长长的尾巴里，以避开飞机本身的磁场干扰。随着磁探仪设备本身和算法的进步，它也可以被装在无人机上进行作业。

磁探仪是反潜的装置之一丨风闻社区

2019年，《物探与化探》杂志刊发了一篇由自然资源部地球物理电磁法探测技术重点实验室等科研机构发表论文，题为《基于无人直升机平台的航磁系统集成与应用》，介绍了一种用无人直升机搭载的磁探仪系统。

在电影中我们可以看到，方励导演团队采用的磁探无人机与其非常类似。论文中介绍的无人机一次可以作业三小时，按照预设航线对感兴趣的海域进行拉网式的扫描。

方励导演团队的无人机磁探仪在重点海域发现了大型金属船舶的残骸，但是磁探仪只能解决有无问题，并不能产生足够分辨率的图像。它埋藏多深？具体形状如何？我们还是要“看到”。

第二步：见到

在水里“看”，要靠听。水对包括可见光在内的大部分电磁波都有极强的吸收能力，但是声波作为一种机械波，却在水中游刃有余。很多海洋生物都有非凡的听力，不少也掌握了主动产生定向声波，利用反射的声波在头脑中产生图像的能力。

只听，就是被动式声呐。发射声波接受反射波，就是主动式声呐。声呐的实用化离不开法国物理学家保罗·郎之万，他利用晶体的压电效应催生出了实用的把电和声波互相转换的“声波换能器”。这是一切声呐的基础。声呐是个外来词，音译自sonar（sound navigation and range/声音导航和测距），1988年全国自然科学名词审定委员会公布的《物理学名词》将其标准译名定为“声呐”，注意，可不是“声纳”。

主动式声呐的原理丨FreediveGreece

如果只是向海底发射一束声波，接收它的反弹信号，那就能实现声呐的最简单功能：测量深度。如果能向侧面发射一个垂直扇面的波束，加上自身运动的叠加，就能获得侧面的海底高低起伏数据，这就是侧扫声呐。侧扫声呐最适合用来做大面积普查，但是一般民用的侧扫声呐也只能对两侧几十至几百米的范围进行扫描。

用侧扫声呐发现疑似目标，如果需要精确成像，那就需要多波束声呐，通过同时发出的多束声波扫描，经过算法的模拟，就可以生成海底的高分辨率图像。影片中多次出现的那张里斯本丸残骸的图片应该就是多波束声呐的作品。

到这个时候，对人类而言，还没有实现真正的“眼见为实”。下一步来鉴证沉船身份的，就是潜水员或者水下机器人。有了前期磁探仪和声呐的工作，潜水员或者水下机器人才能安全且有效地在水下作业，船名牌或者其他有标志性的物件会给沉船身份盖棺定论。

说起来简单，在变幻莫测的海洋上组织这样复杂的科考工作，每一步都相当耗费时间和金钱。对于方励导演团队来说，找到里斯本丸，也只是第一步，去挖掘那些行将溶化在历史长河中的史实，是更困难的工作。

听说他们还在筹备挖掘马航MH370航班的秘密，从技术上那将是比寻找里斯本丸难几个数量级的任务。失踪的波音777虽然是大型客机，但是它的物理尺度大概只有里斯本丸的一半，重量更是只有不到二十分之一。不论飞机以何种方式坠海，都难以保持完整，大概率会严重碎裂。加上MH370航班疑似坠海的南印度洋是地球上水文资料最缺乏的海域，事故发生之后多国联合搜寻无果。但是看完了《里斯本丸的沉没》，我依然期待这个团队会带给我们什么样的真实。

本文来自微信公众号：果壳 （ID：Guokr42），作者：瘦驼，编辑：luna