Page 47 - 海洋科學序列教材G3-G5初階海洋素養

科學內容背景

光線
海洋的水層，光線足夠可供光合作用的水層，稱為「光照層」（photic zone）或「上層帶」（epipelagic
zone），這也是大部分海洋生物棲息之處。在清澈乾淨的熱帶海域，光照層向下延伸到 200 公尺深。
在其他海域，光照層可能只達 100 公尺深或更淺，因為懸浮物質或細小生物反射或吸收了光線。其實
還有光線穿透光照層以下，但是光量不足發生光合作用，此層稱為「弱光層」（twilight zone）或「中
水層」（mesopelagic zone）。中水層的深度，從 200 公尺到大約 1000 公尺深。1000 公尺以下，
已經沒有任何光線可以穿透，四周可說是漆黑一片。沒有光線的水層從 1000 公尺到 6000 公尺（19685
呎）以下，生物光是唯一的光源。

探索海洋：水下滑翔機

在水中滑翔
紐澤西州羅格斯大學，正以前所未有的方式觀察海洋、監測海洋。研究人員透過遠距水下遙控滑翔機
這種創新科技，成功地擴展海洋科技的限制。這樣的水下載具，能在水下 300 呎深處上下運動，一次
航程持續超過一個月。羅格斯大學建立的水下滑翔機群，數量約 20 艘—機體小、有機翼、形狀如同
魚雷，長度約 5 呎。滑翔機前進的動力，來自浮力的改變，這樣讓滑翔機可以上浮或下沉。機翼驅動
機體前進，如同空中的滑翔機一般，尾翼的舵則有助於讓機體朝正確方向前進。水下滑翔機每隔幾個
小時就會浮上海面傳送蒐集到的資料，這時尾翼會探出海面發送電訊給衛星，衛星再傳送給紐澤西州
的科學家。滑翔機在傳輸電訊的同時，也會接受任務控制人員的指示，以執行新任務。如果水下滑翔
機沒有接獲任何指示，就會照著既定行程執行任務。隨後，水下滑翔機把儀器資料傳送到實驗室，電
腦轉譯資料讓科學家識讀。這項水下科技已經萌芽，除了羅格斯大學，華盛頓州的華盛頓大學與加州
大學聖地牙哥分校的克里斯普斯海洋研究所，近幾年也嘗試水下滑翔機的「飛行」任務。迄今水下滑
翔機行進最遠的任務，是橫渡大西洋的航程，距離為 7000 公里。

為什麼可以在水下飛？
大部分的水下載具，例如潛水艇，利用轉動的推進器產生驅動力量。推進器驅動的載具，讓航行速度
快捷，但是需要大量能量來維繫速度。小型載具，例如水下滑翔機，也可以攜帶足夠電池來轉動推進
器，但是電力最多維持幾天而已。上述的水下滑翔機，使用另一種驅動原理，也就是改變浮力—滑翔
機改變整體密度，有時密度比周圍的海水大，有時比較小。密度的改變，讓滑翔機能在海中浮起又下
沉。滑翔機靠著活塞往前或往後的運動，藉此調整體積的大小。你可以把物體的質量除以體積，就能
得到密度。由於水下滑翔機的質量不變，只需改變體積就能改變密度。只要體積改變一點點（半杯水
的體積），就足以讓滑翔機在海中上浮或下沉。滑翔機在上下運動的過程，機翼提供前進的力量，作
用如同空氣中滑翔機的機翼，這也是為什麼這種水下載具要稱為滑翔機了。但是空氣中的滑翔機受重
力吸引，在下降的過程方能前進，而水下滑翔機在上浮或下沉的過程都可以前進。

過去五年來，羅格斯大學的海洋工程師以及海洋科系學生，執行水下滑翔機的任務超過 130 次。水
下滑翔機執行任務的海域，大多在世界各地海岸附近，航程持續 30-40 天，距離不到 1000 公里。
2009 年 4 月 27 日，羅格斯大學的學生與科學家，從紐澤西州海岸放下水下滑翔機 RU-27。來自美國
與西班牙的學生，共同定期追蹤滑翔機動向，殷切期待滑翔機能夠穿越大西洋，抵達西班牙海岸。終

46 海洋科學序列教材
—G3-G5 初階海洋素養