在南極朝 137 公尺深的冰洞扔冰塊,會聽到什麼?

作者 | 發布日期 2020 年 02 月 19 日 7:45 | 分類 科技趣聞 , 自然科學 Telegram share ! follow us in feedly


最近有位科學家約翰‧安德魯‧希金斯(John Andrew Higgins)在社群媒體上傳一段有趣的影片。他們在南極冰蓋鑽了一個直徑 22 公分、深約 137 公尺的冰洞後取出冰芯,然後將一塊冰扔下去。

由於冰是逐年增加的積雪層形成,因此較低的積雪層比較高的積雪層更老,就像樹木年輪,透過鑽取底層積雪,可讓我們找到歷史的痕跡。因此,科學家會在南極冰蓋利用垂直鑽鑿,在冰蓋挖出冰洞,然後往下鑽到一定深度,取出如冰棍、所謂的「冰芯」。

希金斯與研究團隊在南極洲進行相關研究,因此也鑿了一個約 150 公尺深的冰洞,這個深度取得的冰芯,約是數千年前的歷史。透過冰芯中的空氣氣泡,也可讓科學家觀察當時的空氣樣本。

總之,取完冰芯後,希金斯拍了一段影片與大眾分享一個有趣的現象:他將冰塊扔進冰洞,讓大家聽聽看發出什麼聲音。不管你想像的聲音是什麼,你絕對會驚訝地發現絕不是你期待聽到的聲音。

這聲音聽起來,比較像看卡通影片的特效,一點也不像現實世界的聲音。為什麼會這麼奇妙,相信很多人都很想知道。因此團隊也 po 了解釋影片,並說明取得冰芯的過程。

可從影片看到,科學團隊主要利用一根長管,使用機器以長管鑽挖冰蓋。

影片從長管內部看往冰蓋鑽取的過程。因為越往下鑽取得的冰芯,歷史越久,因此通常都要鑽幾百公尺甚至到公里深。

最後將長管拉起,就可取得冰芯。

而聲音是從哪裡來的?團隊分析聲音可分為兩部分,第一是冰塊在冰洞移動產生的聲音,有點像把東西放在圓碗裡旋轉,會聽到像某個東西在旋轉,然後聲音越來越低沉。希金斯解釋聲調的改變,與冰塊在冰洞移動越來越遠有關,是都卜勒效應的影響。

都卜勒效應指的是,當聲波來源和觀察者有相對運動時,觀察者接受到波的頻率與波源發出的頻率並不相同的現象。例如當遠方急駛而過的火車鳴笛聲,越接近你聲音就越尖細(即頻率變高,波長變短),離你而去的火車鳴笛聲越低沉(即頻率變低,波長變長),就是都卜勒效應現象。

另一個很明顯的則是類似子彈的聲音,希金斯解釋是,因冰洞是圓形的,我們聽到的實際上是聲波在冰洞反射彈跳產生的聲音。

(本文由 T客邦 授權轉載;首圖來源:John Andrew Higgins