受困：研究人員將把他們的船凍在北冰洋冰層中一年

每年秋季，北極都會經歷一場徹底的蛻變。當太陽最後一次沉入地平線以下——直到春天才會再次升起——冰冷的海景變得昏暗，氣溫驟降，海冰膨脹成堅固的堡壘，厚到任何破冰船都無法穿透。研究船隻紛紛向南逃離，急於避免在這個可怕的季節被困住。但今年，科學家們——以及一些幸運的記者，包括我——將大膽地反其道而行之。

九月下旬，我們將從挪威特羅姆瑟啟航，向東沿著西伯利亞，然後向北前往北極。我們的船長將駕駛我們進入一大片冰蓋，並關閉船的引擎——註定讓它凍結在原地，冰層迅速變厚。這艘船將在北冰洋的控制下被冰封整整一年。

這項名為 MOSAiC（北極氣候多學科漂流觀測站研究）的任務的目標是更好地瞭解為何世界頂端地區升溫速度如此驚人——是較低緯度的兩倍。“北極是全球變暖的中心，”德國阿爾弗雷德·韋格納研究所的氣候科學家和 MOSAiC 協調員馬庫斯·雷克斯說。然而，研究人員並不完全理解其中的原因。這項耗資 1.5 億美元的任務——首次對北極中部進行為期一年的研究——旨在改變這種狀況。

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一些勇敢的冒險家曾嘗試過這樣的命運，但都失敗了。1893 年，挪威探險家弗裡喬夫·南森將他的船“前進號”固定在冰中，希望它能載他前往北極。但是，當他清楚地意識到自己永遠無法到達北極時，他放棄了任務，滑雪數百英里到達陸地。儘管如此，“前進號”還是完整地穿過了北極冰蓋，最終到達了開放的北大西洋。“如果你願意的話，我們正在追隨巨人的腳步，”科羅拉多大學博爾德分校和美國國家海洋和大氣管理局的大氣和海洋科學家馬修·舒佩說，他十多年前構思了 MOSAiC 任務。

這次遠征將是迄今為止歷史上規模最大的一次。在任何時候，大約有 60 名科研人員將在研究破冰船“北極星號”上工作；他們將盡可能地透過海運或空運往返穿梭。總共有來自世界各地的約 300 人將在冰上進行研究。他們將觀察北極系統的各個方面：漂移的冰、漂浮的雪、漩渦的海洋、和煦的大氣、以它為家的生命以及這些屬性相互作用的方式。

但首先，科學家們必須找到完美的冰蓋。雖然很容易將北極冰蓋想象成一個固定的厚冰塊，但它實際上是由較小的冰蓋組成的馬賽克，它們互相推擠——互相推撞、互相滑到對方下面並破裂。導航員將尋找一塊既年輕又堅固的冰蓋。選擇能夠承載“北極星號”穿越北冰洋中心的合適冰層至關重要。

為了確定最佳起點，阿爾弗雷德·韋格納研究所的氣候科學家托馬斯·克魯彭仔細研究了 13 年的冰蓋資料，發現研究人員需要在北緯 85 度左右和東經 130 度左右的冰蓋中困住這艘船，目標日期是 10 月[見插圖]。在一年多的時間裡，冰蓋應該會帶著船隻向北越過北極，然後向南到達格陵蘭島和斯瓦爾巴群島之間的開闊水域，距離起點大約 1,000 英里。至少，這是希望。路徑可能會隨著冰冷海洋的突發奇想而變化，將科學家們帶向俄羅斯水域（他們需要特殊許可才能收集資料），帶向加拿大海岸（那裡的冰層又厚又老，科學價值較低），或者正北方（那裡的醫療後送變得更加困難）。“我們必須能夠在探險期間隨時調整我們的計劃，”雷克斯說。

實地考察

任務負責人認為潛在的回報非常值得冒險。“這是一個非常難得的機會，可以進行一個大型的跨學科實驗，並且持續整整一年，”達特茅斯學院的工程學教授唐納德·佩羅維奇說，他曾在北極中部進行過大量的實地考察，但都只是短期考察。“這樣做的好處是可以觀看整部電影。” 以前，科學家們主要在夏季對該地區進行短暫的觀察。看到海冰的整個年度週期最終可能會讓研究人員更好地理解迫使北極以如此驚人的速度變暖的動力，這一過程被稱為北極放大效應。

這些動力學的一個例子是冰的量。當反射性冰融化並讓位於開闊的海洋時，黑暗的海水會吸收更多的陽光，從而以惡性迴圈的方式更快地融化周圍的冰，從而加速變暖。現在冰層變薄了，它在春季融化的時間更早，並使問題長期存在。然而，任何冰層厚度的測量都存在高度不確定性。衛星可以輕鬆繪製北冰洋海冰覆蓋量的圖表，2019 年 7 月，海冰覆蓋量比平均水平低了驚人的 726,000 平方英里。然而，這幅圖景只是二維的。為了收集三維資料，一些新的衛星配備了特殊的雷達，可以測量冰層厚度。但是，它們經常被冰上的積雪所迷惑，導致厚度誤差高達 1.6 英尺。MOSAiC 的科學家們將能夠在衛星飛越頭頂的同時測量冰層厚度。透過比較這些資料，他們可以校準衛星測量結果，從而改進未來幾年的估計。

其他共同加速變暖的迴圈，以及一些實際上減緩變暖的迴圈，肯定也在起作用。熱量很可能從較低緯度輸送上來。雲層在冬季充當遮陽傘，遮擋陽光照射冰層，在夏季充當毯子，為冰層保暖，但科學家們正在研究這些效應是否在所有季節都相互平衡。微生物也同樣附著在海冰上，在那裡它們吸入和撥出溫室氣體，但科學家們不確定它們的範圍或活動可能會發生怎樣的變化。研究人員甚至不知道最小的生物體如何在隆冬時節生存。他們將研究所有這些因素以及更多因素。

一旦“北極星號”凍結在原地，研究人員將爭分奪秒地在甲板上、船旁的冰面上以及距離船隻 30 多英里的不同冰蓋上安裝一系列儀器——所有這些都要在極夜來臨之前完成。但即使天空變得黑暗，他們仍將繼續不停地監測船附近的儀器並進行進一步的實驗。科學家們將釋放氦氣球來研究天氣，鑽入冰層採集樣本，放飛無人機隊以更好地瞭解大氣，將網放入冰層和海洋中以闡明生態系統，用雷達掃描雲層等等。

僅僅是將如此多的儀器和人員裝載到一艘船上就將是一項挑戰。“我們所有人將如何容納在一起真是令人難以置信，”羅德島大學的海洋學家布萊斯·盧斯說，他將在今年冬天晚些時候訪問“北極星號”。“仍然在玩搶椅子的遊戲。”

這些將公開發布的發現應該會為未來幾年創造大量資料。科學家團隊已經在熱切期待結果，以便他們能夠更新他們的氣候模型，更好地預測我們不斷變化的世界。一個目標將是北極放大效應。另一個目標將是極地渦旋，它從西向東圍繞北極流動。相對溫暖的北冰洋會削弱渦旋，使其向南膨脹，並將寒冷的空氣帶入北美和北歐——許多科學家是這樣認為的。MOSAiC 最終將提供必要的觀測資料，以填補氣候模型中的空白，並更好地評估這種聯絡。

未知領域

這次航行將在許多方面充滿挑戰。船上的每個人都將受到網路限制（並且無法觀看 Netflix！）。他們與世界其他地方唯一的物理聯絡將是計劃每隔幾個月抵達的船隻和飛機，以補充食物和燃料，同時輪換乘客。在冬季，科學家們將不得不在黑暗中進行艱苦的實驗，在幾分鐘內就會導致凍傷的低溫下，並時刻注意北極熊——更不用說冰層中可能出現的裂縫。如果儀器損壞，將沒有五金店。在夏季，研究人員將不得不應對炙熱的陽光，陽光會灼傷他們的眼睛、鼻孔內部甚至口腔頂部。

難怪這項任務要求參與者身體健康。我將在船上待六個星期——足夠長的時間來體驗“北極星號”凍結在冰中並報道儀器的安裝情況，但與許多科學家相比時間很短。儘管如此，我仍然不得不接受多次侵入性醫學檢查，在此期間，我的主治醫生檢查了我的血液檢查、尿液樣本、肺部和心臟，並廣泛詢問了我的病史。將在北極漂流度過整個冬季的科學家必須完成安全培訓課程，其中包括學習如何爬上漂浮筏、穿著救生服跳入冰冷的水中以及撲滅船上的火災。許多人選擇參加槍支課程，學習如何保護自己免受北極熊的侵害，即使每天都會有武裝警衛在天文臺周圍巡邏以防範這些熊。（我將在極夜開始後不久乘坐第二艘破冰船返回挪威。）

危險有很多，但最大的風險可能就是天氣。在 1997 年早期的一個名為北冰洋表面熱量預算的專案中，該專案發生在北極較低地區，研究破冰船上的科學家們忍受了可怕的暴風。一場暴風將冰蓋撕裂成碎片。“人們乘坐划艇從一個地點到另一個地點，”佩羅維奇說。該地區很快又結冰了，但是當第二場暴風襲擊時，先前分離的冰塊擠壓在一起形成冰脊，其中一個冰脊將一個裝滿雪地摩托的車庫抬升到空中 12 英尺。大約 100 名科學家衝到冰面上搶救它，只有一輛雪地摩托報廢。如果類似的暴風襲擊 MOSAiC，研究人員將不得不盡最大努力保護儀器，並可能找到新的冰蓋。

儘管如此，研究人員仍在不斷前進——既是出於瞭解北極的迫切需要，也是出於冒險的樂趣。在開始報道我們的旅行之前，我將北極描繪成一片荒涼的荒原——一片會對我的心理造成嚴重損害的荒原。但是，當我問佩羅維奇 1997 年在破冰船上生活是什麼感覺時，他以孩子般的欣快感回應，這減輕了我的擔憂。“它本身就是一個仙境，”他說。“那裡沒有樹木，但有冰脊。那裡沒有鮮花，但有各種你能想象到的藍色融水池。那裡沒有狗或貓，但有北極熊和海豹。那只是一個非常豐富的環境。”