倾听水下的声音

地球上的大部分区域都被水覆盖着，在这颗蓝色星球上，海洋一望无边，也深不见底。而世界上最深的海沟——马里亚纳海沟，最深处甚至达到了10900米。

其实从很早开始，人们就对水下世界产生了好奇：水下有什么声音呢？为了聆听水下的声音，历史上还真有人专门做过实验，这个人就是大名鼎鼎的达·芬奇。

“偷听”大海的声音

1490年的一天，达·芬奇去海边写生，潮起潮落的声音传到耳畔，他很好奇声音在水里听起来是不是和在岸上一样呢？于是，他制作了一根长管子，一端插进水中，耳朵贴在另一端，像偷听隔壁说话一样聆听着大海的声音。

可达·芬奇惊讶地发现耳畔听到的并非熟悉的海浪声，却像是什么东西在拍击海面。没过多久，他就看到远方驶来一艘大船，那拍击声正是船桨接触到水面时所产生的声音。

达·芬奇

达·芬奇将他的发现记录了下来，而这根“偷听”大海的管子，就是最早的水下声音探测设备。这也给了后人启发，于是有人利用类似的方法，测量出了水下的声速。

1826年的一天，瑞士日内瓦湖畔停泊了一艘小船。船上，瑞士物理学家科拉顿将一根长管插入水中，像达·芬奇一样仔细聆听着水中的声音；湖的对岸，法国数学家斯特姆正将一口绑在船头的大钟缓缓沉入水中，然后敲击大钟。水中的钟声传到对岸水下的长管里，科拉顿立刻记录下听到钟声的时间。经过多次实验和计算，他们最终得到声音在水中传播的速度是每秒1435米。

日内瓦湖水下声速实验

现代声呐诞生记

1883年，美国灯塔局模仿前人做法，将一口机械钟固定在灯塔所在的海面下，大雾来临之时，机械钟就在水下24小时持续不断地敲击；航船在船头安装水下收音器，船上的水手像达·芬奇一样，将麦克风一端插入水下，另一端管口对准耳朵，就能通过接收到的钟声判断出灯塔的大致方向。这种利用声音估测距离和方向的做法，可谓是现代声呐的早期原型。

灯塔下的导航钟图纸

但导航钟并非完美，1912年，震惊世界的“泰坦尼克号”沉没事件，给人们敲响了警钟。导航钟只能给固定目标做标记，对像冰山这种会移动的障碍物，根本没法使用导航钟。

所以，加拿大-美国物理学家费森登发明出了能够主动发声探测的“费森登振荡器”，这种发明不仅在船只导航方面大放异彩，还能用来测绘海底地图。

费森登振荡器

费森登

战争中的声呐

可惜“一战”爆发以后，振荡器被德国军方加以利用，变成了战争利器，制造了很多耸人听闻的平民伤亡事件。如“卢西塔尼亚号”沉没事件，就造成1195名乘客和船员的失踪、死亡。

“卢西塔尼亚号”沉没事件

为了应对横行无忌的德军潜艇，英国率先组建“反潜艇分队”，专门研究各种反潜技术。法国物理学家朗之万应用了老师皮埃尔·居里的研究成果，为新式水声探测器的设计提供了解决方案。

朗之万设计的水声探测器名字很有意思，叫“朗之万三明治”。原因是它的核心部件是两片钢中间夹一片石英，就像两片面包夹着火腿。“二战”爆发以后，盟军在此基础上不断改进水声反潜系统，最终打击了德军潜艇的战略优势。

朗之万

“大嗓门”的现代声呐

世界大战结束后，声呐技术继续发展。2012年6月24日，在马里亚纳海沟水下七千米处，我国“蛟龙号”载人潜水器利用声呐系统，成功与水面母船实现视频通话，并借由母船将信号传递给远在太空的神舟九号航天飞船，这一从深海到深空的信号传递，也在人类深海探测史上留下了浓墨重彩的一笔。

蛟龙号

声呐技术的发展历程，从帮助水面船只穿越迷雾，躲避冰山，再到深入水下去侦测潜艇，搜索鱼群，甚至是扫描海底深海通信，声呐技术的每一次飞跃，都让我们向海洋更深一层迈进。

健康提示：请出门戴口罩、勤洗手、多通风，少去人群密集处。

监制 / 田龙  主编 /刘铭 黄丽君

编辑 / 田楚韵 王立红 康寒 辛珂宇（实习）