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“想象一下，你站在一棟三層樓的樓頂，將一支自動鉛筆的筆芯放下去，讓它擊中地面上的一枚硬幣的中心。這就是我們必須做到的。”
2011年3月11日14時46分，一場9級地震襲擊了日本東北太平洋沿岸，距離東京東北231英里。這是日本有史以來最強烈的地震，東北地震引發了40.5米的海嘯，使日本主島向東移動了八英尺，並造成數萬人死亡。當一個國家試圖重建生活時，每個人都在問“為什麼？”
正是這個問題促使日本海洋地球科學技術機構的齋藤三明加入了一項研究考察，該考察將十個不同國家的科學專業知識結合在一起，在日本的科學鑽探船“地球號”上進行。 “地球號”在日語中意為“地球”，是世界上最大的研究船，重達57,000噸，長210米。
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“地球號就像日本的宇宙飛船！”齋藤描述道。
然而，“地球號”的任務不是探索地球之外的世界。“地球號”有能力在海底鑽探驚人的7公里，其目的是揭開我們星球在海面之下隱藏的世界。該船是綜合海洋鑽探計劃的主要平臺之一；這是一個致力於透過探索海床下的環境來了解地球的國際海洋研究計劃。東北地震發生一年後，“地球號”起航，從地震發生的精確地點取回岩石樣本。透過觀察震源處的地質構造，科學家們希望能夠揭示重要資訊，以幫助我們瞭解重大地震事件。
這項調查尤其重要，因為東北地震的規模令人驚訝。這不僅是因為該事件是自1900年有記錄以來第五大強烈的地震，而且是因為沒有人預測到它會那麼大。
日本位於所謂的“環太平洋火山帶”上，對地球的震動並不陌生。在東北地震發生的地方，太平洋所在的岩石板塊試圖鑽到日本大陸板塊的下方。通常，這種運動每年以8.5釐米的速度向前蠕動，但有時板塊會因為被頑固地抵抗這種運動的鎖定岩石區域後面積累的壓力而突然滑動。這種滑動被認為是地震，其震級取決於移動的面積大小和移動的距離。研究該地區的地震學家認為，這些滑動應該是相對較小的，但實際情況是50米的位移，猛烈撞擊了北太平洋海溝，引發了海嘯。如此大的滑入太平洋海溝的情況以前從未見過，科學家們也無法解釋其發生的原因。
海溝的問題在於，它們的定義要求它們很深。“地球號”在開始調查海底以下的情況之前，必須將其鑽桿向下延伸近7公里，穿過海洋；這個深度將使其成為有史以來最深的海洋鑽探作業。
當鑽桿延伸到水中時，“地球號”利用衛星GPS訊號控制的推進器和來自海底的聲波來保持其在鑽探勘探過程中的位置。由於鑽探需要將近兩個月的時間才能完成，因此即使在高風或海流中，該船也必須能夠保持靜止。
在過程的第一階段，一個寬大的鋼管被植入海底，作為鑽井入口。僅憑壓力就足以將井口推入海床的頂層，之後船隻和海底之間的管道被收回，以便將鑽頭連線到它們的底部。這時，挑戰變得更大；井口的直徑為50釐米，位於“地球號”漂浮位置以下7公里處。將鑽頭放入那個洞中，正是齋藤將之比作自動鉛筆和硬幣的難題。
“這是一個非常非常困難的情況，”他解釋說。“在日語中，我們稱之為‘神技’或‘上帝之舉’。”
錯誤意味著團隊不得不三次執行這項不可思議的技術壯舉。第一次將井口放置到海底時，下降管道未能斷開，操作必須從頭開始。第二次，鑽頭進入新的井口，但管道斷裂了。第三次嘗試中，光纖通訊系統失效，使“地球號”的團隊陷入盲目。這注定不是一次膽小者的探險。
一旦開始鑽探，過程的第二階段就開始了；即找到板塊滑動導致地震的地點。當管道插入海底時，安裝在其長度上的感測器將資訊流傳送回“地球號”上的科學家。其中一項讀數是岩石中發現的自然輻射水平。如果在滑動位置出現預期的岩石破碎情況，則可檢測到的輻射水平會升高。這應伴隨著岩石電阻率的降低，因為破碎的頁岩含有更高的水含量，而水含量是比固體材料更好的導體。最後一個線索是轉動鑽頭所需的力的大小。恆定的扭矩意味著岩石很容易移動到一邊，表明鑽頭正在穿過一個低摩擦、易於滑動的區域。
在海底以下820米處，即時返回船上的資料顯示，一個明確的區域完全符合上述標準。“地球號”到達了地震滑動帶。
雖然這些感測器提供了關於滑動條件的有用資訊，但科學家真正需要的是親眼看到岩石。即使在找到滑動點之後，將岩石提取回船上也是一項危險的操作。鑽頭的中心是空心的，以便將材料巖芯取入管道並拉到表面。然而，由於岩石的脆弱性，10米的推進可能只會產生1米或2米的巖芯，這使得關鍵樣本很有可能完全被遺漏。當鑽頭接近滑動處時，“地球號”的工程師開始將推進量減少到2米步長。
“我們不想空手而歸，”齋藤回憶說，“地球號”團隊在檢查拉到船上的巖芯時感到焦慮。“人們依靠我們來了解這是如何發生的。”
時間不多了。在為期54天的考察的第51天，該團隊目睹了一場非常不同的壯觀事件；日環食，月球和太陽完美對齊，但月球的視大小小於太陽，在天空中留下了一個預言般的火環。
“它就像一根金色的鑽桿，”齋藤開玩笑說。“我們認為也許我們仍然可以做到這一點。”
在6個小時內，他被證明是正確的。當第17個巖芯被拉上船時，該團隊終於看到了板塊邊界的破裂表面。
“我們稱之為奇蹟巖芯，”齋藤在描述團隊的反應時說。
在實驗室分析中，答案終於開始出現。滑動點的材料由80%的蒙脫石組成；一種具有保溼作用並可作為潤滑劑的粘土礦物。這是一個驚人的發現，並解釋了低摩擦測量結果。東北地震之所以如此具有災難性，是因為板塊相遇處的礦物成分使其能夠相互滑動，從而發生了撞擊太平洋海溝的超調。
儘管這提供了他們正在尋找的答案的大部分內容，“地球號”團隊尚未完成。僅僅一個月後，“地球號”返回震源地點進行一項更雄心勃勃的測量；即滑動點的溫度測量。
在地震期間，滑動板塊之間的摩擦使溫度飆升至300或400度。即使在事件發生一年後，這種巨大的升高也是可以檢測到的，併為發生巨大滑動時的條件提供了新的證據。由於埋在海底深處，熱量有很多洩漏的機會，這項測量是“地球號”最精細的測量，觀測站直到去年4月才完成分析。科學家們目前正在仔細研究這些資料，這是有史以來首次記錄到大地震發生一年後的資料。
對於“地球號”而言，任務已經完成，但其挑戰仍在繼續，因為它正前往首次探索地球地幔。對於參與巖芯提取的科學家來說，他們對大地震起源的研究仍在繼續，但這次又增加了有史以來收集到的最雄心勃勃的樣本之一。