南极洲冰架融化有多快？NASA自主机器人在极地冰层下寻找答案
在波弗特海的冰天雪地里，NASA的JPL工程师测试了机器人原型IceNode，该机器人旨在测量南极洲冰架下的融化率--这是全球海平面预测的关键因素。最终目标是部署一支由这些自主机器人组成的舰队，利用最初为太空探索而设计的创新技术，从世界上最难以接近的地区采集关键数据。 这项计划的成功将彻底改变我们对气候变化导致海平面上升的认识。
2022 年，在密歇根州上半岛附近的苏必利尔湖冰面下进行实地测试时，一台遥控摄像机拍摄到了部署在冰面下的冰节点原型机。 机器人"起落架"的三条细腿将原型机固定在冰面上。 图片来源：NASA/JPL-Caltech
在阿拉斯加北部波弗特海一片风吹日晒、冰天雪地的偏远地区，来自南加州美国宇航局喷气推进实验室（JPL）的工程师们挤在一起，从厚厚的海冰层上一个狭窄的洞口向下窥视。 在他们的脚下，一个圆柱形机器人在寒冷的海洋中收集测试科学数据，它通过系绳与将其放入钻孔的三脚架相连。
这次测试为工程师们提供了一个在北极操作机器人原型的机会。 这也是向他们的项目（名为IceNode）的最终愿景迈出的一步：由自主机器人组成的舰队将在南极冰架下冒险，帮助科学家计算这片冰封大陆的冰流失速度，以及冰融化可能导致全球海平面上升的速度。
3 月，在阿拉斯加北部进行的一次实地测试中，一个机器人原型被放进冰层中，该机器人是为进入南极冰架与陆地交汇的水下区域而制造的。 JPL 正在开发名为"冰节点"（IceNode）的概念，用于测量融化率，从而提高海平面上升预测的准确性。 资料来源：美国海军/斯科特-巴恩斯（Scott Barnes）
如果南极洲的冰盖完全融化，估计全球海平面将上升 200 英尺（60 米）。 它的命运是海平面上升预测中最大的不确定性之一。 正如气温升高会导致地表融化一样，冰在与下面循环的温暖海水接触时也会融化。 为了改进预测海平面上升的计算机模型，科学家们需要更准确的融化率，尤其是在冰架--从陆地延伸出来的数英里长的浮冰板--下面。 虽然冰架不会直接导致海平面上升，但它们在冰盖流向海洋的过程中起着至关重要的作用。
科学家希望测量融化的地方是地球上最难以接近的地方。 具体来说，科学家们希望瞄准被称为"接地带"的水下区域，即浮冰架、海洋和陆地交汇的地方，并窥探尚未绘制地图的洞穴深处，那里的冰可能融化得最快。 对人类来说，上方不断变化的险恶地形非常危险，而卫星却无法看到这些有时位于一英里冰层之下的洞穴。 IceNode 就是为了解决这个问题而设计的。
这次实地测试是 IceNode 首次在极地环境中进行。 该团队希望有朝一日能在南极冰架下部署一支自主机器人舰队。 图片来源：美国海军/斯科特-巴恩斯
JPL气候科学家、冰节点科学负责人伊恩-芬迪（Ian Fenty）说："多年来，我们一直在思考如何克服这些技术和后勤挑战，我们认为我们已经找到了办法。我们的目标是直接在冰架下方的冰海融化界面获取数据。"
IceNode 公司的工程师们利用他们在设计太空探索机器人方面的专业知识，正在开发长约 8 英尺（2.4 米）、直径约 10 英寸（25 厘米）的机器人，其三脚"着陆装置"从一端伸出，将机器人固定在冰层底部。 这些机器人没有任何推进装置；相反，它们将在新型软件的帮助下，利用洋流模型的信息自主定位。
JPL 的"冰节点"（IceNode）项目是为地球上最难以接近的地点之一而设计的：南极冰架深处的水下洞穴。 其目标是直接在冰融化速度最快的冰海交界处获取融化率数据。 资料来源：NASA/JPL-加州理工学院运行策略和数据收集
机器人从钻孔或公海上的船只中释放出来后，将沿着冰架下的水流长途跋涉。 到达目标后，机器人将各自放下压舱物，然后上升，贴在冰层底部。 它们的传感器将测量温暖、含盐的海水上升融化冰层的速度，以及较冷、较新鲜的融水下沉的速度。
一系列冰节点设施将运行长达一年，持续捕捉数据，包括季节性波动。 然后，机器人将脱离冰层，漂回公海，并通过卫星传输数据。
JPL 机器人工程师兼 IceNode 首席研究员保罗-格里克（Paul Glick）说："这些机器人是一个平台，可以将科学仪器带到地球上最难到达的地方。它的目的是以安全、相对低廉的成本解决一个难题。"
虽然 IceNode 还需要进行更多的开发和测试，但迄今为止的工作还是很有希望的。 继之前在加利福尼亚州蒙特雷湾和苏必利尔湖冬季冰冻水面下进行部署后，2024 年 3 月的波弗特海之行提供了首次极地测试。 零下50华氏度（零下45摄氏度）的气温对人类和机器人硬件都提出了挑战。
这次测试是通过美国海军北极潜艇实验室两年一度的冰雪营进行的，冰雪营为期三周，为研究人员提供一个临时大本营，以便在北极环境中进行实地考察。
当原型机下降到大约 330 英尺（100 米）深的海洋中时，其仪器收集了盐度、温度和流量数据。 研究小组还进行了测试，以确定未来将机器人带离系绳所需的调整。
"我们对取得的进展感到满意。 我们希望继续开发原型，将它们运回北极进行未来的海冰下测试，最终看到整个舰队部署在南极冰架下，"格里克说。"这是科学家们需要的宝贵数据。 任何能让我们更接近实现这一目标的事情都是令人兴奋的。"
"冰节点"由 JPL 的内部研究与技术开发计划及其地球科学与技术局提供资金。 JPL 由位于加利福尼亚州帕萨迪纳的加州理工学院为美国国家航空航天局管理。
编译自/SciTechDaily
