在南极朝137米深的冰洞扔冰块,会听到什么?

最近有位科学家约翰‧安德鲁‧希金斯(John Andrew Higgins)在社群媒体上传一段有趣的视频。他们在南极冰盖钻了一个直径22厘米、深约137米的冰洞后取出冰芯,然后将一块冰扔下去。

由于冰是逐年增加的积雪层形成,因此较低的积雪层比较高的积雪层更老,就像树木年轮,通过钻取底层积雪,可让我们找到历史的痕迹。因此,科学家会在南极冰盖利用垂直钻凿,在冰盖挖出冰洞,然后往下钻到一定深度,取出如冰棍、所谓的“冰芯”。

希金斯与研究团队在南极洲进行相关研究,因此也凿了一个约150米深的冰洞,这个深度取得的冰芯,约是数千年前的历史。通过冰芯中的空气气泡,也可让科学家观察当时的空气样本。

总之,取完冰芯后,希金斯拍了一段视频与大众分享一个有趣的现象:他将冰块扔进冰洞,让大家听听看发出什么声音。不管你想象的声音是什么,你绝对会惊讶地发现绝不是你期待听到的声音。

What does a 9 inch ice core sound like when dropped down a 450 foot hole? Like this! Credit to@peter_nefffor the idea and@Scripps_Polar,@sciencejenna,@GeosciencesPU,@US_IceDrilling, and @paleosurfacefor the execution!pic.twitter.com/pW7LxKdbUB

—John Andrew Higgins (@blueicehiggins)February 7, 2020

这声音听起来,比较像看卡通视频的特效,一点也不像现实世界的声音。为什么会这么奇妙,相信很多人都很想知道。因此团队也po了解释视频,并说明取得冰芯的过程。

Here’s the story on this crazy sound (V1), plus the basic science@blueicehiggins, myself, & others do studying past climate with#Antarcticice cores. 🇦🇶🧊❄️pic.twitter. com/QAtjcxXXGh

—Peter Neff (@peter_neff)February 8, 2020

可从视频看到,科学团队主要利用一根长管,使用机器以长管钻挖冰盖。

视频从长管内部看往冰盖钻取的过程。因为越往下钻取得的冰芯,历史越久,因此通常都要钻几百米甚至到公里深。

最后将长管拉起,就可取得冰芯。

而声音是从哪里来的?团队分析声音可分为两部分,第一是冰块在冰洞移动产生的声音,有点像把东西放在圆碗里旋转,会听到像某个东西在旋转,然后声音越来越低沉。希金斯解释声调的改变,与冰块在冰洞移动越来越远有关,是都卜勒效应的影响。

都卜勒效应指的是,当声波来源和观察者有相对运动时,观察者接受到波的频率与波源发出的频率并不相同的现象。例如当远方急驶而过的火车鸣笛声,越接近你声音就越尖细(即频率变高,波长变短),离你而去的火车鸣笛声越低沉(即频率变低,波长变长),就是都卜勒效应现象。

另一个很明显的则是类似子弹的声音,希金斯解释是,因冰洞是圆形的,我们听到的实际上是声波在冰洞反射弹跳产生的声音。