2012年5月25日 星期五

西線無戰事的地下較勁: 戰爭與地球物理


各位親愛的讀者,由於本週費雪欠學術債太多,被催繳一堆審查文章意見以及投稿文章的回覆修正,因此暫停寫作一週。敬請原諒。上次談到中國地質學之父誰屬的問題,有人就問費雪說,那你知道地球物理之父是誰嗎?這可難倒了我,雖然我不知道地球物理學之父是誰,但是,費雪在美國修地球物理學時,老師卻曾經提到了地球物理的大爆發是與冷戰拖不了關係,所以今天就來談談戰爭與地球物理的關係。
大家都知道現在地球物理學運用很多感測器、網路陣列、以及數學與電腦演算模擬的技術,而這些技術,多數是在二次世界大戰以及冷戰時期經過英美蘇德等軍方大力的資助發展出來的。特別是在冷戰時期,研發這些技術的研究在得到大筆資金挹注下得到蓬勃發展,成就了地球物理的大爆發。
因此我們就先來說說現代地震學,現代地震學是利用佈設在地球各處的寬頻地震儀所形成的全球網路(或者也可以說是某種地震感測器陣列),運用所接收到的近震或遠震波的紀錄,配合電腦與數學軟體進行多種的演算,以訂出震源的位置、深度,以及規模,甚至是地震形成的應力與破裂面機制解算。這些現代地震儀軟硬體技術的發展,其實早期主要目的是為了了解鐵幕國家,像蘇俄以及中國等,地下核試爆的技術層次以及核設施位置深度所研發出來的。受到主要來自於軍方的資助,老美積極的在1960年代直接或間接經過技術援助,在全球佈設地震儀監測網,特別是圍繞在鐵幕國家周遭的國家。利用這些地震站接收到的地下核試驗的資料,就可以了解老共們到底玩多大的核子遊戲,是吹噓還是真有裡子。

  圖一  科學家利用鄰近北韓的地震站網路,偵測北韓2009年地下核試驗(http://geophysics.geo.sunysb.edu/wen/NK/ )

再來談談重力探測及磁力探測,當年美蘇等對立陣營國家,為了怕在核子戰爭中被對方的第一擊就殲滅,因此多在地下建立核子飛彈儲存發射窖,甚至是彈道飛彈移動隧道,所以有必要用衛星與偵查飛機為知道這些設施的分佈與深度及大小。但是光用偵查的照像方式是沒有辦法到地下巨大的設施的,因此,精密的重力量測就派上了用途了。探測原理是來自於萬有引力理論,簡單來說我們可以想像正常的一座山,由於質量很大,因此可以對感測器提供一定的重力,但是若是一座挖空的山,那提供的重力就比正常的要小,所以這種重力異常經過數學解算後,是可以提供推測地下挖空空間的大小規模的。另外,像磁力探測技術則是開發用來對付潛藏在海下幾百公尺的潛艇之用的,因為潛艇的外殼幾乎都是用金屬製成的,這樣的一個近似空心圓柱體的東西,在地球磁場中會被感應形成二次磁場,也會造成局部的磁力異常,因此可以被裝在飛機上的磁力感測器偵測出來。雖然這個磁異偵測的技術二次大戰就有了,但是隨著潛艇的消磁外殼材質越來越有進步,磁力感測器的靈敏度就越來越需要提高,這種魔道消長的遊戲就促成了地球物理探測技術的不斷進步囉。
圖二 利用重力異常偵測地下坑道的示意圖(http://www.popsci.com/technology/article/2010-07/locate-underground-threats-lockheed-taps-subterranean-gravity-signatures)



    另外還有很多的地球物理技術,也是幾乎都於來自軍方或國家安全的部門所提供的經費資助的。說一下題外話,費雪過去在念書時,進行的正是跟地球物理技術有關之研究,兩年的暑假時間都要去新墨西哥州的國家實驗室沙漠試驗場做實驗收集資料。第一年去的時候,因為當時剛好爆發了李文和事件(李文和是美國的台灣移民,當時被控洩漏核子相關敏感資料給中國,不過後來的發展卻說明是反共歧視下的犧牲品),結果因為身為台灣人,甚至被拒絕進入國家實驗室的低敏感室內設施,只能在沙漠裡的試驗場做實驗。第二年風頭過了才得以進入參觀。當時這個美國能源部資助的研究多年後來看,還是仍為很前端的研究。換個方向想,我們今天生活中的很多現代科技,也是拜冷戰之賜得已有大爆發的發展,最明顯的就是網際網路,其原來的雛形是來自於美軍建置的軍情傳遞網路。所以說,現在的地球物理學大爆發的發展,還要歸功於冷戰耶~~

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