我們對月球的測繪比對我們自己海底的測繪更為詳盡，但美國宇航局的 SWOT 衛星讓我們向前邁進了一步。利用海平面高度的微小變化來揭示水下特徵，研究人員繪製出了廣闊的、此前從未被發現的海底區域，其細節之豐富前所未有。

這張全球海底特徵地圖基於 SWOT 衛星的海平面數據繪製。紫色區域表示與綠色區域相比地勢較高的區域（例如海山和深海丘陵）地勢較低的區域。厄特沃什（Eötvös）是用於繪製這些地圖的重力數據的計量單位。圖片來源：NASA 地球觀測站

這些新地圖揭示了成千上萬座未知的水下山脈和丘陵，它們塑造了深海生態系統，併為地球的地質歷史提供了線索。憑藉這一突破，科學家們正在迅速繪製出完整的海底地圖，這比僅靠聲納測繪所能達到的目標提前了幾十年。

我們擁有的月球表面地圖比地球海底地圖更詳細。幾十年來，科學家們一直致力於改變這種現狀。如今，由美國太空總署（NASA）支援的研究團隊取得了重大進展，利用SWOT（地表水和海洋地形）衛星的數據，繪製了迄今為止最詳細的海底地圖之一。

準確繪製海底地圖至關重要，原因有很多：從安全航行和鋪設水下通信電纜，到瞭解深海洋流、潮汐以及板塊構造等地質活動。海底特徵，例如水下山脈（海山）和被稱為深海丘陵的較小構造，有助於控制熱量和營養物質在深海中的流動，從而為海洋生物的生存創造條件。

這張海底特徵地圖，例如墨西哥阿卡普爾科西南部的海山，基於 SWOT 的海面高度數據繪製而成。紫色表示相對於海山等較高區域（綠色表示）而言較低的區域。

儘管配備聲納的船隻可以捕捉到非常詳細的海底圖像，但目前只有約25%的海洋被以這種方式繪製過。為了構建更完整的海洋圖景，研究人員越來越多地轉向使用衛星。

由於海山和深海丘陵等地質特徵的品質比周圍環境更大，它們會施加略強的引力，從而在其上方的海面上形成微小且可測量的凸起。這些細微的重力特徵有助於研究人員預測形成這些凸起的海底特徵類型。

SWOT 是由美國太空總署 (NASA) 和法國國家空間研究中心 (CNES) 合作開展的一項研究，每 21 天覆蓋全球約 90% 的地區。通過反覆觀測，該衛星靈敏度足以捕捉到這些由地貌特徵引起的海面高度的細微差異，精度可達釐米級。斯克里普斯海洋研究所的地球物理學家大衛·桑德韋爾 (David Sandwell) 和他的同事利用一年的 SWOT 數據，重點研究了海山、深海丘陵以及大陸地殼與海洋地殼交匯處的水下大陸邊緣。

他們的測繪成果在全球地圖以及上下詳細視圖中清晰可見。重力降低的區域（紫色）與海底窪地相關，而重力增加的區域（綠色）則表示更大、更高地貌的位置。

這張印度洋海底特徵（例如深海丘陵）的地圖基於 SWOT 衛星的海面高度數據繪製。紫色表示相對於深海丘陵等較高區域（綠色）而言較低的區域。

此前的海洋觀測衛星已經探測到類似海底特徵的巨大版本，例如高度超過約1公里（3300英尺）的海山。SWOT衛星可以探測到不到該高度一半的海山，這有可能使已知海山的數量從4.4萬座增加到10萬座。這些水下山脈伸入水中，影響著深海洋流。這會使營養物質沿著它們的斜坡聚集，吸引生物，並在原本貧瘠的海底形成綠洲。

“SWOT衛星極大地提升了我們繪製海底地圖的能力，”桑德韋爾說。自20世紀90年代以來，桑德韋爾一直利用衛星數據繪製海底地圖，並且是負責繪製基於SWOT的海底地圖的研究人員之一，該地圖於2024年12月發表在《科學》雜誌上。

SWOT 的改進視角也讓研究人員對地球的地質歷史有了更深入的瞭解。

“深海丘陵是地球上最豐富的地貌，覆蓋了約70%的海底，”斯克里普斯海洋研究所的海洋學家、論文第一作者姚宇說道。“這些丘陵只有幾公里寬，很難從太空觀測到。我們很驚訝SWOT能如此清晰地觀測到它們。”

深海丘陵形成於平行的帶狀結構，如同搓衣板上的脊線，由板塊向外擴展。這些帶狀結構的方向和範圍可以揭示板塊隨時間推移的運動軌跡。深海丘陵還與潮汐和深海洋流相互作用，但研究人員目前尚不完全清楚。

研究人員幾乎提取了所有他們預計在SWOT測量中能找到的海底特徵資訊。現在，他們正專注於通過計算觀測到的特徵深度來完善他們對海底的描繪。這項工作是對國際科學界在2030年前利用船載聲納繪製整個海底地圖的努力的補充。“到那時，我們無法完成全部的船載測繪工作，”桑德韋爾說。“但SWOT將幫助我們填補這一空白，使我們更接近實現2030年的目標。”

美國宇航局地球觀測站地圖由 Michala Garrison 繪製，採用 Yu， Y. 等人（2024 年）提供的 SWOT 數據。視頻由美國宇航局科學可視化工作室製作。故事由噴氣推進實驗室的 Jane Lee 撰寫，並根據地球觀測站進行了改編。

編譯自/scitechdaily