🙌🏽 🤦🏿 ✋🏾 挑战者深渊有多深：测量深度 🙇🏻 👦🏽 🐉

“我们必须了解我们深处的全部深度”（C）DMB

问候，亲爱的！

令我惊讶的是，到月球的距离以毫米精度测量。即使通过径向速度法发现系外行星，恒星速度的测量精度也达到0.97m / s。但是，例如，挑战者深渊的深度以±10米的精度确定。
为什么一切都这么用水复杂？

我们正在削减这个问题。就像蛋糕上的樱桃一样：一种应用程序，用于在水中以不同密度层可视化声音在水中的运动，并在github和在线计算器上提供源代码。

让我提醒您，确定深度恰好有两种基本方法：

绳=）
, . , . : , ( ) , .
— .

在今天的最后一段中，我建议将其整理一下。

我喜欢一直考虑到这种情况。总体来说，马里亚纳海沟，特别是挑战者深渊-这是地球深度限制的局面。许多影响变得很明显，并且只有在很深的地方才清晰可见。

因此，测量深度的故事源于“挑战者”号-HMS挑战者号，其名称是海洋中最深的凹陷。顺便说一下，在这里，他~~在照片中~~：

1875年春天，探险队用绳索测量了深度，不少于8184米。顺便说一下，Perelman在“娱乐物理学”中描述了用绳索测量深度的问题，以及诸如船只漂移和洋流之类的明显问题：绳索遇到水的摩擦，蠕动，像蛋白质分子一样扭曲，并且在一定深度后不会掉下来~~-它不接受水~~。

从那时起，人们再也没有闲着了.1952年，HMS Challenger II已经测量了Mariana海沟的深度：

用炸药，手动秒表，负载20公斤的电线，~~撬棍和胶带~~以及第一声纳，测量了10900米。后处理后，结果减少到10632 m，歧义度为±27米。

在我以前的一篇文章中，我挖掘或探究了海洋探索的历史，我提到了传奇的苏联研究船Vityaz-我将邮票的图像用作KDPV：

1957年，Vityaz测量了我们深度的最深深度- 11034米。在1,500 m / s的恒定声速下，在声纳范围的极限处进行测量，然后采集瓶装水样品以建立温度和盐度曲线，随后从中获得11034米的值。尽管无论是关于Mariana Trench的结果如何，现代专家都对此表示怀疑。

进一步在1960年，来自的里雅斯特的水上航行员报告了使用10,911米的机载压力传感器进行的测量，而护送船只使用炸药的深度为10,915 ±20米。早在1976年，借助回声测深仪，它们的接收值为10933 ±50米。

所有这些±20和50来自何处？一个有思想的读者很可能很早以前就意识到我在开车-水中的声音速度取决于温度，盐度和压力，即从介质的密度。

温度和盐度曲线是参考深度的一组测量值。
而且，温度和盐度都无法远程测量-您需要在海洋的正确位置“放置”温度计和电导率仪。最好沿垂直线并通过每个仪表进行多次测量。

一些配置文件如下所示：

Ioffe院士，2005年3月30日，
Google地图上的测量站点，

美国研究船OCEANUS，2010年4月10日，
Google地图上的测量位置，
顺便说一下，在这个大洋洲上甚至还有一个摄像头。NOAA号 “ RONALD H. BROWN”号

船，2001年10月20日。在Google地图上的测量位置

测量最深点的历史并不贫乏

在1992年（似乎！），东京大学探险队的参与者像1957年的同胞一样，以1,500 m / s的恒定声速测量了深度，但由于某种原因没有收集温度和盐度剖面。相反，他们更正了1980（！）Year表中的数据，得到的值为10933 m，而没有显示错误。日本海洋科学技术研究机构（JAMSTEC）

的Keirei探险队早在2002年就进行了研究，目的是使用相当先进的多波束回声测深仪找到最深的深度。他们收到了10920±5 m的值。他们收集了大量轮廓，但是电导率温度计的故障迫使他们在两年前使用了轮廓。
日本人有时会倒霉。

以后的测量

2008年，来自夏威夷大学的研究人员在如此美丽的Kilo-Moana上

使用Kongsberg Maritime 的多波束回声测深仪EM 120进入了10903米的深度。

2010年，美国新罕布什尔大学萨姆纳分校的科学家使用同一挪威人的新型EM 122模型，在一个点上的深度为10944 ±40 m （在Google地图上的位置）。

到底

使用回声测深仪确定深度的不确定性是以下因素的结果：

, , ( 1°1° 140 ), , , , . ..)
— , — , , , , — .

在这里，我可以想抚摸的只有一个因素-温度和盐度的轮廓，或者在我们的情况几乎是一样的-声速剖面。
只是在视觉上进行评估：效果如何？

我们接受这样的假设，即我们的声音几乎就像是乒乓球中的球-它完全是垂直传播的，它完全从底部反弹，船是静止的，底部是均匀的。我们测量时间没有错误。唯一使我们感到困惑的是声速剖面的存在。
它将如何影响所测量的深度？

在这种情况下，我们的模型可以用一个简单的公式描述：

s = \sum v (t_{i}) Δ t

$s=\sum{v(t_i)\Delta t}$

哪里

是声音路径

s

$s$

v (t_{i})

$v(t_i)$ 是第i个时间间隔中的声音速度，其持续时间

Δ t

$\Delta t$ 。

如果我们减少

Δ t

$\Delta t$ （但我们不能），那么它涉及到高中物理的积分：

s = lim_{Δ t \to 0} \sum v (t_{i}) Δ t

$s=\lim_{\Delta t\rightarrow 0}{\sum{v(t_i)\Delta t}}$

s = \int v (t) d t

$s=\int{v(t)dt}$

此外，根据测得的声音传播时间（从辐射开始到反射信号的接收），我们需要：

以相等的时间间隔大致估计深度（精确到十或两米）
从现有剖面中插入（如果需要）估计深度的温度和盐度
在其上计算声音的速度，并相应地计算出声音在该深度传播一段时间间隔的路径。

出于这些（和其他）目的，我拍摄了图书馆，在本文的第一部分中谈到了这个图书馆。目前，它是在C / C＃/ Rust / Matlab / Octave / JavaScript中实现的。

声音的速度是根据Chen和Millero的公式计算的。我喜欢它，是因为压力会直接测量，而不是像其他模型中那样测量深度。另外，此模型的参数范围涵盖了几乎所有合理的情况。

例如，对于第二轮廓是在得到该点2010年4月10日，通过声速标准值获得的深度与通过上述计算获得的深度（传播时间为5秒（往返））之间的差为18米：3750对3768.3米，并在6秒内增加到32米。
不幸的是，我没有马里亚纳海沟的资料，而且总的来说，我还没有遇到深度超过6000米的资料。但是，如果我们假设在4-5 km的深度后参数略有变化，并且声速主要是由于压力而变化，那么事实证明，对于所讨论的深度，相差约420米，从回声测深仪发出信号的时刻到反射接收的时间更长。 14秒

作为演示材料可用：

一个在线计算器，您可以在其中手动输入配置文件，也可以使用三个（可以说是硬编码）之一。

由于我对JavaScript真的一无所知，因此我可以轻松地通过 C＃进行可视化。我将项目放在GitHub上。
我知道每个人都知道，但是经验表明，最好直接链接到Release。

应用程序窗口如下所示：

默认情况下，传播时间为5秒，从北太平洋到某种类型的剖面图只有13点。

在右侧有4列，每列中（当然，在按下ANIMATION按钮之后），声音开始以不同的速度传播：

首先-1500 m / s（淡水标准值），
— , ,
— ,
—

在MMTimer上以0.01 s的周期开始显示，并且模拟以相同的周期进行。

在“配置文件”菜单中，您可以选择三个演示配置文件之一（其中没有几个要点），还可以从世界海洋数据库下载由我撕毁的多个配置文件，该数据库由NOAA精心收集。
这些配置文件采用 CSV格式，除其他外，还包含有关测量地点，时间，国家/地区，管理机构以及制造该船只的信息。我在“谁以及如何探索海洋：分解NOAA基地”一文中对此进行了更详细的介绍。

绝对是为了懒惰（我后悔，我是一样的），我将GIF动画放在一起，但是GIF在各处的显示方式都不一样，因此“完全存在效果”将不起作用：

在撰写有关玛丽安娜海沟研究的历史评论时，我使用了詹姆斯·加德纳及其同事的文章。我强烈建议那些感兴趣的人。在那里，似乎很难测量深度时所描述的困难。

聚苯乙烯

我要感谢所有在上一篇文章中投票的人。对于这一出现，已投109票-伙计们，这是给你的！反对的那两个人-对不起，我听了多数意见。

PPS

传统上，我将真诚地（对我来说这不是一个空洞的词），我感谢错误消息，建设性的批评，有趣的问题和讨论。

挑战者深渊有多深：测量深度