編者按：本文是兩部分問答的第一部分，該問答來自一次圓桌會議，詹姆斯·卡梅隆在會議上與伍茲霍爾海洋研究所（位於馬薩諸塞州科德角）的研究人員討論了深海科學。
今年三月，電影製作人兼水下探險家詹姆斯·卡梅隆從他創紀錄的馬裡亞納海溝挑戰者深淵（太平洋表面以下11公里）之旅歸來後，宣佈捐贈他的潛水器深海挑戰者號給伍茲霍爾，科學家們計劃利用其尖端技術來幫助進一步瞭解海溝中的生命。
深海挑戰者號抵達伍茲霍爾後的首要任務是：將為其定製的燈光、成像裝置和高畫質3D攝像機安裝到伍茲霍爾的涅柔斯號遙控潛水器上，為後者在2014年2月或3月潛入10公里深的克馬德克海溝（位於紐西蘭北島東北端外海）做準備。克馬德克海溝比卡梅隆探索過的挑戰者深淵地點淺一公里，但涅柔斯號的任務對於理解在海溝（地球上最惡劣的棲息地）中進化出的奇特生物、生態系統和地質活動至關重要。
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與卡梅隆的圓桌討論於四月在紐約市舉行，參與者包括：伍茲霍爾深海生物學家、該機構Hadal Ecosystem Studies (HADES) 專案的首席研究員蒂姆·尚克；伍茲霍爾國家深海潛水設施主任安迪·鮑文；伍茲霍爾總裁兼主任蘇珊·艾弗裡，以及一些記者。
在第一部分中，卡梅隆和伍茲霍爾的研究人員討論了使深海挑戰者號能夠將他帶到地球最深處的科技進步將如何為理解在廣闊的未探索海淵帶深度（即六公里以下）的生命解鎖新的可能性。討論還涉及即將到來的涅柔斯號任務以及伍茲霍爾希望在世界最深、最冷的海溝之一的底部發現什麼。卡梅隆還描述了他駕駛深海挑戰者號歷史性航行至馬裡亞納海溝挑戰者深淵的經歷。
在第二部分中，卡梅隆討論了 1960 年代的探索時代——無論是進入太空還是海洋深處——如何激發了他作為電影製作人以及後來的深海先驅和科學倡導者的職業生涯。
[以下是採訪的編輯稿。]
您為什麼將深海挑戰者號捐贈給伍茲霍爾？
詹姆斯·卡梅隆：對我來說，這是一個無限更好的結果，而不是讓它閒置，直到我完成接下來的兩部電影，並且可能在五六年後的科技界出現，那時它已經過時了，或者已經找到了其他解決方案。
[在 2012 年 3 月挑戰者深淵載人探險塵埃落定之後]，我的幻想目標是整個科學界都希望能夠使用它。不幸的是，在 1960 年代和 70 年代深海探索的鼎盛時期存在的那種資金，如今更難獲得了。因此，我們不得不尋找一種方法，使這項技術能夠有益於海洋學界。我們想出了一個讓我們所有人都很高興的方案。
就[未來深海挑戰者號的任務而言]，我認為我們都不想排除任何可能性。我們可能會考慮在某個時候再次將其出海，並在時機成熟時出去嘗試為之尋找一些資金。更直接的目標是將潛水器的技術轉移到海洋學界的主流中。
在不再次出動深海挑戰者號的情況下，它將如何有益於深海科學？
安迪·鮑文：這目前正在進行中。部分技術將轉移到我們的涅柔斯號水下遙控載具中，該載具將在[克馬德克海溝]中開展一項科學調查專案，特別是使用作為深海挑戰者號計劃一部分開發出來的攝像機。
卡梅隆：這些攝像機的由來很有趣。我們知道深海挑戰者號將快速穿過水柱，以便我們擁有儘可能多的海底停留時間。但這意味著，如果我們想將攝像機放在吊杆上，以便能夠看到潛水器及其周圍區域，那麼攝像機必須非常小，而我想要高畫質和 3D [功能]。我之前的 HD [或高畫質] 3D 潛水器攝像機重約 180 磅，它安裝在一個 150 磅的雲臺機構上。嗯，所有這些都必須放在吊杆上，這顯然不可能在重量和空間都受限的小型載具上實現。
所以我給我的工程師們提出了一個挑戰，即設計出比我們之前的攝像系統小几個數量級的裝置，並且必須在兩倍的深度下工作。這讓你在難度方面超出了標準，但他們從感測器級別開始構建攝像機。[兩個安裝在鈦合金外殼中的攝像機重約四磅半] 我們將其安裝在一個四磅的雲臺上。你可以將其中幾個放在涅柔斯號上。
當深海挑戰者號在六月抵達時，伍茲霍爾還將用它做什麼？
卡梅隆：我花了七年時間建造深海挑戰者號的工程師團隊將與伍茲霍爾的工程師分享他們的經驗和知識，反之亦然。
我不期望建造一支深海挑戰者號艦隊。那是一艘非常特殊的載具，服務於非常特定的目的。但是，如果你能夠將潛水器上的各種系統抽象出來，形成不同的外形，你可能會最終將其中一些整合到用於海淵帶研究的[自主水下航行器]中。其中幾個在海溝中穿梭，開始為你帶來更好的科學回報。
我沒有對[深海挑戰者號的技術如何使用]設定任何限制或約束。我認為我們同意暫時不鋸開潛水器。
2014 年克馬德克海溝探險的具體科學目標是什麼？
蒂姆·尚克：我們希望帶領涅柔斯號進行為期六週的太平洋克馬德克海溝探險，以探索海洋海淵帶區域的一部分，這些區域在很大程度上是未知的。關於這些區域的絕大多數資訊來自 1950 年代的兩次航行[丹麥的加拉提亞號和蘇聯的維тязь號探險]，這相當令人尷尬。我們只有一個目錄，上面列出了一些透過拖網捕撈上來的物種的名稱。在 2000 年代，有幾次航行探索了海淵帶深度，並帶回了一些樣本，每個樣本都非常寶貴。[例如，來自馬裡亞納海溝的沉積物樣本中含有高度活躍的細菌群落，儘管那裡的環境承受著極端壓力，幾乎是海平面壓力的 1100 倍，根據 3 月份自然地球科學報告。]研究[還]顯示了海溝深處存在碳食物來源，這是我們以前不知道的。[大眾科學是自然出版集團的一部分。]
世界各地有七個機構和 10 位科學家[參與了克馬德克探險，作為海淵帶生態系統研究(HADES)計劃的一部分]，他們致力於回答六個主要問題，包括生物多樣性方面有什麼，它們以什麼為食，以及它們如何在隔離狀態下進化。
卡梅隆：我認為概述一下海淵帶深度在生物學和地質學方面究竟有多麼不為人所知是很有趣的。關於海底的大部分知識都來自在水柱上方數英里處拍攝的影像，而且這是一個相對粗略的資料集。所以你必須下去看看並進行實地驗證。很少進行過這種觀察。正如蒂姆所說，只有幾次航行。
尚克：最重要的是，我們希望帶回樣本並研究它們在生物技術中的用途。根據我們迄今為止看到的海淵帶樣本，這些動物分泌的酶對人類非常有益。有些酶正在用於治療阿爾茨海默病的試驗。現在我們也在尋找抗體、抗癌、抗腫瘤特性。所有這些都取決於你如何才能很好地儲存這些動物並將它們[活著]帶上來，這是我們現在無法做到的。[活體樣本已成功從不超過約 1.4 公里的深度帶到水面。]
卡梅隆：當壓力被消除時，它們的生物學功能就會失效。但是你潛得越深，你能攜帶的裝置就越少。將一個壓力容器帶到海淵帶深度[可以使標本在被帶到水面時保持存活]需要一件重型裝置。
根據我們目前所知，海溝底部的生命是什麼樣的？
尚克：人們認為海溝是這些靜止的沉澱物，但它們是非常動態的地方。那裡發生著大量的摩擦和斷裂[在海底]。那裡會積聚沉積物，水會從這些沉積物中擠出來，然後向上滲透並與岩石相互作用。很多地震，這意味著海底有很多斜坡。我們還認為，在這些海溝中存在泥火山，沉積物隨著時間的推移而堆積，具有其獨特的化學成分。
透過 HADES 計劃，我們正試圖研究從每 1000 米深度到最大 11000 米深度的所有深度。我們認為海溝與海洋的其他部分完全不同。不知何故，當您到達海溝時，海底食物來源的稀缺性會增加。它變得越來越少，直到你到達深海平原。然後，當你潛得更深時，可用的食物來源會增加。我們不知道這是為什麼。也許是海溝的地形將這些東西帶入。無論如何，我們認為這正在支援海溝棲息地中的巨大多樣性。但是，如果你只是放下投放式攝像系統，就很難了解這些情況。
卡梅隆：有一個合理的假設是，[海淵帶地區的地質活動]可能是生命的搖籃，這需要加以研究。
鮑文：這幾乎就像你在回顧過去。海溝是瞭解我們一直無法見證的[生物和地質]過程的視窗。
尚克：我們迄今為止研究過的[來自海淵帶地區的]微生物非常多樣化。它們具有多種功能，並且[它們依靠包括甲烷、氫氣和硫化物在內的化學物質生存]。那裡的一些節肢動物體內有纖維素消化酶。它們可以消化木材。其他動物表現出巨型症的跡象[它們比淺水區的同類動物大得莫名其妙]。一種理論是，你所處的深度太深，以至於你無法摺疊你的蛋白質，因為你的細胞被擠壓得太厲害了。你必須有一種使自己變大的方法，而你擁有專門的酶來做到這一點。另一種理論是，你必須讓自己變得更大才能發揮作用，而且我們知道它們擁有這樣做的酶。但是，如果你沒有大量的食物來源，你就無法變得巨大，這又表明那裡有大量的食物，比我們想象的要多得多。對於每一種解釋，都有如此多的例外情況，以至於沒有任何一種解釋奏效。問題遠多於答案。
海洋探索已經進行了幾十年，為什麼研究海溝中的生命仍然如此困難？
卡梅隆：我們正處於海淵帶深度技術的尖端。當你潛入 6000 米以下時，一切都會改變。[從工程角度來看]，在那個深度，你的浮力、壓力容器、壁厚等方面的效能-收益比已經改變。載具往往變得非常重且難以管理。這會提高你的功率預算和成本，而且這不是一個小問題。人們認為，既然你可以到達地下四英里，那麼額外的三英里應該不是什麼大問題。但是你會遇到材料科學的極限，你實際上必須創造新的材料來製造載具，使其具有與在水柱較高處執行的載具相同的靈活性和成本因素。這就是海淵帶深度仍然相對未被探索的原因。
您作為電影製作人的成功與深海探索息息相關，從深淵開始，一直延續到泰坦尼克號以及關於製作這部電影的紀錄片。您是如何為潛入挑戰者深淵做準備的？
我們在悉尼開發了[深海挑戰者號潛水器]，然後我們計劃在關島附近的挑戰者深淵進行潛水。我們想證明潛水器可以到達海洋中的那個地點，不一定是因為最深處是科學上最有趣的地方，而是因為一旦你證明你可以去任何地方。在前往關島的過程中，塔斯曼海[變得]非常洶湧。因此，我們開始尋找一個可以靠近陸地的深水區，以阻止在一年中的那個時候由信風驅動的大洋湧浪的傳播。我們在新不列顛島和新愛爾蘭島之間尋找，那裡有新不列顛海溝[延伸]五英里深，足夠我們進行海上試驗，然後再前往挑戰者深淵。
這本應是技術海上試驗，我們有一個完整的科學團隊計劃在關島與我們會合，他們來自斯克裡普斯研究所、夏威夷大學，甚至還有關島大學和噴氣推進實驗室——都是我認識的人。結果發現關於新不列顛海溝底部有什麼的資料非常少，他們都想早點來，看看那裡有什麼。所以我們的海上試驗實際上最終變成了科學潛水，我們在那裡帶回樣本，這很好，因為無論如何我們都需要有一項活動來專注於此。
您能描述一下您歷史性的挑戰者深淵潛水嗎？
卡梅隆：我懷疑我的脈搏上升了多少。也許是在我們移走[水面上的]浮筒時。我專注於任務。我有一個多頁的清單，圍繞時間和深度、指標以及我必須做的事情進行組織。我必須按特定順序啟動系統，因為球體可能會過熱。潛水器的最大問題之一是熱通量。駕駛員球體非常小，而且裡面塞滿了大量裝置和我。如果我在水面開啟所有裝置，我就會被烤熟。我真的會像水煮三文魚一樣。所以我有一整套協議，可以根據需要將裝置上線。挑戰者深淵潛水的獨特之處在於，我完成了清單上的所有內容，清單一直帶我到達新不列顛海溝的底部，然後我就沒事可做了。我還有 9000 英尺要走。
我在兩米吊杆的末端安裝了一個小型立體高畫質攝像機。我只是將攝像機對準我開啟的一個聚光燈。聚光燈會照亮水柱中的顆粒物。我可以分辨出，如果我速度快或慢，透過聚光燈的[浮游生物]顆粒物看起來會是什麼樣子，精度為半節增量。當我下降到 29000 英尺以下時，我的高度計停止了。“雪”在 29000 英尺處消失了，[高度計]讀數變為零。水只是清澈見底。
下降時，我以 5.2 節的速度離開水面，基本上以零速度到達海底。我著陸時看到的第一件事是其他一些載具的軌跡，這可能是[伍茲霍爾的涅柔斯號，它曾在 2009 年去過挑戰者深淵]。你遠離那個[著陸]點，那裡幾乎什麼都沒有。你沒有看到動物在原位活著時的行為方式。
為什麼深海探索對您如此重要？
卡梅隆：記住這些海淵帶海溝的總面積大於美國，大於澳大利亞，這是有好處的，所以它基本上就像一個從未被探索過的、就在地球上的大陸。很多人認為我們生活在一個後探索時代——一切都已被看到，一切都已被繪製出來。我們是如何設法進入 21 世紀，卻恰好錯過了一個大陸？因為我們就是這樣做的。答案顯而易見：這是地球上最難到達的地方。從技術角度來看，它是最具挑戰性的操作場所。我會提出這樣的論點，我曾參與過太空機器人技術，現在又參與了全海洋深度技術，這是一個比建造太空硬體要求更高的環境，因為應力要大得多，大約是 1000 倍。