چطور می‌توانیم کیلومترها زیر پهنه یخی جنوبگان را ببینیم

من یک یخچال شناس رادیویی هستم. یعنی که من از رادار برای مطالعهورقه‌ها و کوه‌های یخی استفاده می‌کنم. مثل بیشتر یخچال شناس‌های امروز، من بر روی مشکلات برآورد وضعیت اینکه چقدر یخ‌ها قرار است در آینده در افزایشسطح آب دریا نقش داشته باشند کار می‌کنم. پس امروز، می‌خواهم در مورد اینکه چرا سخت است که افزایش سطح رابا ارقام نشان دهیم، و چرا فکر می‌کنم که با تغییر نگرشدر مورد تکنولوژی رادار و آموزش علوم زمین، ما بیشتر می‌توانیم کسب کنیم. زمانیکه دانشمندان درباره افزایشسطح آب دریا بحث می‌کنند، این طرح را نشان می‌دهند. از ورقه‌های یخ و مدل‌های آب و هوابرای تولیدش استفاده می‌شود. در سمت راست، دامنه تغییراتسطح دریا را می‌بینید که تا صد سال آینده رااین مدل‌ها پیش بینی می‌کند. برای درک بهتر، اینجا سطح فعلی آب دریاست، و این سطح دریا بالاتر از حدی که بیش از ۴ میلیون نفر رادر شرایط آسیب تغییر مکان قرار می‌دهد. پس از نقطه نظر برنامه ریزی عدم اطمینان در این نمودار همین حالا هم بالا است. هرچند، فراتر از آن، این نموداربا ستاره و اخطاری همراه است، "... مگر اینکه پهنه‌های یخ درغرب قطب جنوب فرو بریزد." و در این صورت، ما می‌بایست در مورداعداد قابل توجهی بالاتر صحبت کنیم آن‌ها کاملاً خارج چارت قرار می‌گیرند. و دلیل اینکه ما این احتمال را جدی بگیریم این است که ما از نظرتاریخ زمین شناسی می‌دانیم که دوره‌هایی در این تاریخ وجود دارد که سطح آب دریا خیلی سریعتراز امروز افزایش یافت. و حالا نیز نمی‌توانیم در نظر نگیریم احتمال آنکه در آینده چنین چیزی رخ ندهد. پس چرا نمی‌توانیم با اطمینان بگوییم بخش قابل توجهی پهنه‌های یخیدر مقیاس قاره ای فرو خواهد پاشید یا نخواهد پاشید؟ برای این منظور، ما مدل‌هایی نیاز داریم که می‌شناسیم و شامل تمام فرایندها،شرایط و فیزیک باشند که در فروپاشی مانند آن دخیل باشند. و آن سخت است که بدانیم، زیرا آن فرایندها و شرایط دارند در زیر کیلومترها یخ رخ می‌دهند، و ماهواره‌هایی که ماننداین تصویر را تولید می‌کنند، برای دیدن آن نابینا هستند. در واقع، ما مشاهدات جامع‌تریاز سطح مریخ داریم نسبت به آنچه در زیر ورقه یا پهنه یخی جنوبگان رخ می‌دهد. و این حتی چالش برانگیزتر استچراکه ما به این مشاهدات در ابعاد بسیار بزرگزمان ومکان احتیاج داریم. از نظر مکان، این یک قاره است. و به همین ترتیب که در قاره آمریکای شمالی کوه‌های راکی، اورگلیدز و دریاچه‌های بزرگمنطقه‌های بسیار متفاوتی هستند، همچنین سطوح زیرین مناطق جنوبگان. و از نظر زمان، ما می‌دانیم که پهنه‌های یخی نه تنها در طول هزار سالو قرن‌ها تکامل پیدا می‌کنند، بلکه درمقیاس سالهاو روزها هم تغییر می‌کنند. پس آنچه ما می‌خواهیم مشاهدات در زیر کیلومترها یخ در مقیاس قاره‌ای است، و ما به آن‌ها همیشه نیاز داریم. پس چطور می‌توانیم انجام دهیم؟ البته ما هم کاملاً نسبتبه سطح زیرین نابینا نیستیم. در ابتدا من بیان کردم که یخچال‌شناس رادیویی هستم، و دلیل آن این است که رادار هوابرد نافذ در یخ وسیله اصلی ما است برای دیدن درون ورقه‌های یخی. پس بیشترین داده‌ها توسط گروه مابا استفاده از هواپیما گردآوری شده است مانند هواپیمای دی سی۳ در جنگ جهانی دوم، که در واقع در نبرد آردنن شرکت داشت. شما می‌توانید آنتن زیر بال آن را ببینید. این‌ها برای انتقال سیگنال‌های راداربه درون یخ‌ها استفاده می‌شوند. و بازتاب‌ها که بازمی‌گردندحاوی اطلاعاتی هستند درباره اتفاقاتی که در زیرو درون لابه یخ رخ می‌دهد. در حین این رخدادها، دانشمندان و مهندسان در هواپیما برای هشت ساعت متمادی حضور دارند، که اطمینان یابند رادار درست کار می‌کند. و فکر می‌کنم که در واقع یک تصور غلط درباره این حوزه کاری وجود دارد، جاییکه مردم تصور می‌کنند دانشمندانبه پنجره خیره نگاه می‌کنند، در مناظر تفکر می‌کنند، در مفاهیم زمین شناسی آن و وضعیت پهنه‌های یخ. ما در واقع شخصی را از BBC از برنامه"سیاره یخی" در این پروازها داشتیم. و او ساعتها صرف فیلمبرداریاز ما کرد که پیچ‌ها را می‌چرخاندیم. (خنده) و سالها بعد درواقع داشتم با همسرم آن برنامه را تماشا می‌کردم، و صحنه‌ای مثل این آمد،و من گفتم چقدر زیباست. و او گفت، "مگر در آن هواپیما نبودی؟" (خنده) گفتم، "بله، اما من داشتمبه صفحه نمایش رایانه نگاه می کردم." (خنده) پس وقتی در مورد این گونهحوزه کاری فکر می‌کنید، در مورد چنین تصاویری فکر نکنید. در مورد این تصاویر فکر کنید. (خنده) این یک تصویر راداری است که یک نمای عمودی از ورقه یخی است، شبیه یک برش کیک. لایه درخشان در بالای آن سطح ورقه یخ است، لایه درخشان در ته آنبستر سنگ خود قاره است، و لایه‌های بین آن یک جور شبیهحلقه‌های درخت هستند، که در آن اطلاعات دربارهتاریخ ورقه یخی قرار دارد. و شگفت انگیز است کهاین خیلی خوب کار می‌کند. رادار‌های قابل نفوذ در زمین که برای بررسی زیرساخت‌های جاده‌هاو کشف زمین معدن‌ها استفاده می‌شوند برای نفوذ تا چند مترزیر زمین تقلا می‌کنند. و اینجا ما با دقت به درونسه کیلومتر یخ نگاه می‌کنیم. و دلایل پیچیده جالبو الکترومغناطیسی برای آن هست، اما فعلا بگذارید بگوییم که اساسایخ هدف مناسبی برای رادار است، و رادار کلا وسیله ایده‌آلیبرای مطالعه پهنه‌های یخی است. این‌ها خطوط پرواز اکثر آن مدرن‌ترین نقشه‌هایسیستم رادار صوتی هوایی است که از سرتاسر جنوبگان گردآوری شده. این نتیجه دهه‌ها تلاش قهرمانانه تیم‌هایی از کشور‌های مختلفو همکاری‌های بین المللی است. و وقتی آن‌ها را کنار هم می‌گذارید، تصویری مثل این بدست می‌آورید، چیزی که قاره جنوبگان در واقع بدون تمام آن یخ‌ها بر روی آن دیده می‌شود. و شما می‌توانید تنوع قاره‌ای رادر این تصویر ببینید. قسمت‌های قرمز آتشفشان‌ها یا کوه‌ها هستند؛ و مناطقی که آبی هستند اقیانوس باز است اگر ورقه‌های یخی حذف می‌شد. این همان مقیاس فضایی بزرگ است. هرچند، تمام این تصویرکه دهه‌ها طول کشید تا تولید شود تنها ثبت یک لحظه از سطح زیر یخ است. این به ما هیچ نشانه ای نمی‌دهد که چطورپهنه یخی در طی زمان در حال تغییر است. حالا ما بر روی آن کار می‌کنیم،چراکه آشکاراست که برای اولین مشاهدات راداری کهاز جنوبگان گردآوری شده از فیلم‌های نوری ۳۵ میلی‌متری استفاده شد. و هزارها حلقه از این فیلم در آرشیو موزه موسسه تحقیقات قطب اسکات در دانشگاه کمبریج بودند. پس تابستان گذشته، منیک اسکنر مدرن فیلم را برداشتم که برای دیجیتالی و بهتر کردن کیفیتفیلم‌های هالیوود توسعه داده شده بود، و با دو تاریخ شناس هنر، به انگلستان رفتیم و دستکش پوشیدیم، و تمام آن فیلم‌ها راآرشیو و دیجیتالی کردیم. پس دو میلیون تصویر با وضوح بالا تولید شد و گروه ما هم اکنون آن‌ها راتحلیل و پردازش می‌کنند برای اینکه با شرایط کنونیپهنه یخی مقایسه کنند. و در واقع در مورد آن اسکنر --من درباره آن از یک کارمند بایگانی در آکادمی هنرو علم تصویر متحرک شنیدم. پس می‌خواهم از آکادمی تشکر کنم -- (خنده) که این امکان را فراهم کردند. (خنده) و به همان اندازه که خارق‌العاده است که ما می‌توانیم ببینیم چه اتفاقی در زیرورق یخی در ۵۰ سال پیش رخ داده، این هنوز فقط ثبت یک لحظه بیشتر است. و به ما مشاهدات تغییرات در مقیاس سالانه یا فصلی نمی‌دهد، که می‌دانیم مهم است. پیشرفت‌هایی هم اینجا داشتیم. این سیستم‌های رادار زمینی تازه هستندکه در یک نقطه قرار دارند. پس ما این نوع رادارها رابر روی پهنه یخی قرار می‌دهیم و یک دسته باطری ماشین را دفن می‌کنیم. و هر بار آن‌ها را ماه‌ها یا سالهادر آنجا باقی می‌گذاریم، و آن‌ها یک پالس به درون ورقه یخی می‌فرستند هر چند دقیقه یا چند ساعت. پس در طول زمان به شمایک مشاهده مستمر می‌دهد -- اما در یک نقطه مکانی. پس اگر شما آن تصویربرداری را با تصاویردو بعدی که هواپیما فراهم کرده مقایسه کنید این فقط یک خط عمودی در آن تصویر است. و این جایی است که در این حوزه هستیم. ما می‌توانیم انتخاب کنیم بینپوشش خوب یک تصویر فضایی با هواپیما و رادار صوتی و پوشش موقتی در یک نقطه با رادار صوتی زمینی. اما هیچکام آنچه ما می‌خواهیم رابدست نمی‌دهد: هردو در یک زمان. و اگر ما آن را می‌خواهیم، احتیاج به روش‌های کاملاً جدیددر مشاهده پهنه یخی داریم. و به طور ایده‌ال، آن روشهاباید بسیار کم هزینه باشند که ما بتوانیم اندازه‌گیری‌های زیادیبا سنسور‌های زیادی انجام دهیم. البته، با سیستم‌های رادار موجود، گران‌ترین محرک هزینهبرق مورد نیاز است که سیگنال‌های رادار را ارسال کند. بسیارعالی بود اگر ما می‌توانستیمسیستم‌های رادیویی موجود را بکار بریم یا سیگنال‌های رادیویی موجوددر محیط را استفاده کنیم و خوشبختانه، تمامحوزه ستاره شناسی رادیویی بر این حقیقت استوار است که در آسمانسیگنال‌های رادیویی واضحی وجود دارند. و خورشید ما یکی از اینسیگنال‌های درخشان است. پس، درواقع یکی ازهیجان انگیزترین چیزهاییکه اکنون گروه من انجام می‌دهد تلاش برای استفاده از انتشار رادیوییاز خورشید به عنوان سیگنال رادار است. آین یکی از محل‌های آزمایش در بیگ سور است. آن لوله PVC زیگورات شکل یک آنتن ایستادهاست که دانشجویان من در آزمایشگاه ساختند. و ایده این هست که مادر بیگ سور بیرون می‌ایستیم، و غروب را با فرکانس‌هایرادیویی نگاه می‌کنیم، و بازتاب‌های خورشید رااز روی سطح اقیانوس نمایان می‌کنیم. می‌دانم که دارید فکر می‌کنید که«در بیگ سور که کوه یخی نیست.» (خنده) درست است. (خنده) اما معلوم شده استکه با یافتن بازتاب خورشید از سطح اقیانوس و آشکار سازی بازتاب از روی پهنه یخی بسیار به هم شبیه هستند. و اگر این روش جواب بدهد، ما می‌بایست بتوانیم همان قوانیناندازه‌گیری را در جنوبگان بکار بریم. و این دور از دسترس به نظر نمی‌رسد. در صنعت لرزه‌نگاری فناوریمشابهی توسعه یافته و استفاده می‌شود، و قادرند ازانفجار دینامیتبه عنوان منبع شروع کرده، از طنین لرزش‌های محیطیایجاد شده در محیط استفاده کنند. و رادار‌های دفاعی تمام مدت از سیگنال‌هایتلویزیونی و رادیویی بهره می‌برند، پس احتیاج ندارندکه سیگنال رادار را بفرستند و موقعیتشان را آشکار کنند. چیزی که من می‌گویم این است کهاین روش شاید جواب بدهد. و اگر اینطور باشدبه سنسور‌های بسیار ارزان احتیاج داریم تا بتوانیم شبکه‌ای از صدها یا هزارهااز آن را بر روی پهنه یخ بکار ببریم و تصویربرداری کنیم. و اینجاست که ستاره‌های تکنولوژی واقعاکنار هم قرار گرفتند که به ما کمک کنند. آن سیستم‌های رادار اولیهکه در موردشان صحبت کردم توسط مهندسان با تجربه درطی سالها پیشرفت داده شدند با خدمات و امکانات ملی با کمک وسایل تخصصی گران. اما پیشرفت‌های اخیردر حوزه نرم افزاری رادیو، ساخت سریع و جنبش خودکفایی در تکنولوژی، آن را بسیار ممکن ساخته کهتیمی از نوجوان‌ها در آزمایشگاه من در طول چند ماه کار کنند و نمونه رادار آزمایشی بسازند. البته آن‌ها نوجوان نیستند، آن‌هادانشجویان کارشناسی استنفورد هستند، اما نکته پابرجاست -- (خنده) و این توانایی‌های تکنولوژیکیبه ما اجازه داده موانع بین مهندسان تولید کننده وسیله و دانشمندانیکه از آن بهره می‌برند را بشکنیم. و با آموزش دانشجویان مهندسی که مثلدانشمندان زمین‌شناس فکر کنند و دانشجویان زمین شناسیکه مثل مهندسان فکر کنند، آزمایشگاه من فضایی را فراهم کرده که مامی‌توانیم حسگرهای راداری قابل تغییر بسازیم برای هر مشکلی که داریم، آن‌ها برای هزینه پایین وکارایی بالا بهینه شده‌اند برای آن مشکل. و این قرار است روش مشاهده مادر پهنه یخی را کاملا تغییر دهد. ببینید، مشکل افزایش سطح آب دریاو نقش پوسته یخ در این افزایش بسیار مهم است و تمام دنیا را تحت تاثیر قرار می‌دهد. اما این دلیلی نیستکه من روی آن کار می‌کنم. من برای فرصت تعلیم و تربیت دانشجویانی بسیار باهوش کار می‌کنم، زیرا باور دارم که تیمی از افراد نخبه جوان، بسیار با انگیزه و بسیار مشتاق، می‌توانند بیشتر چالش‌های جهان را حل کنند، و فراهم کردن مشاهدات لازمبرای تخمین میزان افزایش سطح دریا تنها یکی از مسائلی است که آنهامی‌توانند حل کنند و حل خواهند کرد. متشکرم. (تشویق)