自從1970年，科學家首次開發(fā)出代替銅纜的光纜以來，僅在美國就安裝了數(shù)百萬公里的光纖。如今，支撐電話、電視和互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)的光纜網(wǎng)絡(luò)層出不窮。它們通過在細線玻璃中反射光線來傳遞數(shù)據(jù)。這種“深色光纖”可以重復(fù)做成低成本的地震傳感器。

埋在加州帕薩迪納城市地下的光纜顯示，路易斯安那州巴吞魯日的南方大學和A&M學院成為玫瑰游行中的“最響”樂隊。 圖自NICK TRE. SMITH

新年伊始，美國加州理工學院地震學家詹中文加入了加利福尼亞帕薩迪納市數(shù)十萬觀眾的行列，參與一場盛大的玫瑰花車游行。詹中文抱著年幼的女兒，望著行進的樂隊和花車經(jīng)過。彼時，兩根比頭發(fā)還細的光纖深埋地下，正在記錄整個游行的震動過程。

2019年11月，帕薩迪納市政府準予詹中文團隊使用兩條“深色光纖”，每條光纖長約37公里。研究人員連接了近紅外光激光器的一端。研究發(fā)現(xiàn)，大部分的光都沿著光纖向下傳播，但是一小部分被玻璃中的缺陷反射。研究人員測量了反向散射光到達儀器的時間。“你會聽到這些缺陷的回聲。”詹中文說。

通過隨著時間的推移重復(fù)進行這些測量，并尋找回聲時序的變化，研究人員可以推斷出將纖維的單個米長部分拉伸了幾十億分之一米的振動時間。“突然之間，你就擁有了成千上萬個傳感器。你所需要做的就是獲得連接一臺儀器的許可。”詹中文說。這種技術(shù)被稱為分布式聲波傳感，最初是20世紀80年代美國軍方為探測潛艇開發(fā)而成，現(xiàn)在它被擴展到研究任何與振動有關(guān)的事物。

一個明顯的案例是用于地震監(jiān)測，但分布式聲波傳感也可以用于研究水穿越冰川和水坑的流淌過程。萊斯大學地球物理學家Jonathan Ajo-Franklin就使用分布式聲波傳感技術(shù)來跟蹤阿拉斯加州費爾班克斯附近的永久凍土融化。

詹中文和同事決定利用玫瑰游行來測試帕薩迪納市的網(wǎng)絡(luò)。他們記錄了行進樂隊和彩車經(jīng)過時的地震信號。不久前，研究小組在《地震學研究快報》上報告說，“最響”的游行隊伍來自路易斯安那州巴吞魯日的南方大學和A&M學院。

詹中文和其他研究人員設(shè)想，未來分布式聲音傳感或?qū)o處不在。它不僅可以用來監(jiān)測地震，還可以用來記錄交通模式，揭示地下管道的緩慢泄漏，以及確定外來侵入者。“你可以把它放在柵欄周圍，如果有人試圖鉆到柵欄下面，你可以檢測到震動。” Ajo-Franklin說。

這樣的愿景在不久的將來就會實現(xiàn)，目前像洛杉磯這樣的大城市已經(jīng)擁有數(shù)萬公里的光纖。“如果我們能把其中的百分之幾轉(zhuǎn)換成地震傳感器，那就是百萬個傳感器。”詹中文說。