动物学家通常使用全球定位系统 ( GPS ) 标签跟踪从信天翁到斑马的动物，然后通过卫星返回它们的数据。然而，海洋生物学家的日子却不好过，因为海水对无线电信号来说是非常不透明的。这使得无法接收GPS信号或将收集到的任何数据传输回基地。
这并不能阻止人们标记海洋生物。如果所讨论的物种是不时出现在地面上的物种，则可以将收集和存储在标签中的数据以突发方式发送到卫星，或者可以在经过一次单程旅行后将标签发送到地面设定期限。如果携带标签的动物被渔船捕获，标签也可能被收回。 （Fisherfolk 通常每个标签返回其家庭实验室获得几百美元的报酬。）
但是，这些方法都不能准确跟踪携带标签的动物的位置。由于这些和其他原因，因此拥有 GPS 的海洋等效物将是有用的。现在正在部署一个。位于马萨诸塞州的伍兹霍尔海洋研究所希望用声波信标填充海洋，这些信标将通过广播信号来模拟 GPS 卫星的作用，这些信号可用于在水下时对接收器的位置进行三角测量。
乒乓
海洋分为不同的层，具有不同的温度和盐度。在第二次世界大战期间，美国海军科学家表明，其中一些层充当了声波导。他们称它们为“声音固定和测距”（ SOFAR ）频道。在其中一个通道中发出的声音在上下层之间产生回声，从而停留在通道中——这种效果类似于光在光纤中的传输方式。如此受限制，声波可以传播数百公里，然后才变得过于衰减而无法检测。
伍兹霍尔部署的 SOFAR 发射器，俗称该机构，是一吨重的浮标，系泊在相关航道的适当深度。他们每 12 小时广播一次 32 秒长的定位信号，称为“乒乓”。 Pong 之所以如此命名，是因为它们类似于声纳“pings”，但频率较低（300HZ 而不是 18kHZ）。在典型条件下，可以在 1,000 公里外捡起乒乓球。通过收听来自多个信标的乒乓声，接收器可以计算其位置。
目前部署的两个 SOFAR 发射器的现有接收器安装在可测量温度、盐度和其他物理变量的自由浮动仪器包上。但计划是今年再部署两个发射器，未来几年还会部署更多发射器，目的是“使”整个美国东海岸，远至马尾藻海。与此同时，人们正在努力将接收器缩小到可以轻松连接到鱼上的程度。
罗德岛大学的 Godi Fischer 是尝试这种接收器收缩的人之一。他的最新产品现在正在被称为滑翔机的潜水无人机上进行测试，长 24 毫米，直径 11 毫米，重量仅为 9 克。这使得它足够小，可以附着在一系列海洋生物上。即使接收者不在 SOFAR 通道中，Fischer 博士说这些通道中的泄漏量也足以让它在大约 100 公里的距离处接收到信号。每个标签只需 200 美元。
Woods Hole 的海洋生态学家 Simon Thorrold 将成为这些标签的热切采用者。他计划在今年晚些时候将它们附加到金枪鱼和箭鱼上。这两个物种在商业上都很重要，而且它们的行为还没有被正确理解。箭鱼遵循日常模式，在黎明潜水，白天在 800 米深的地方度过，然后在晚上再次上升到水面附近。但没有人知道是什么驱使他们这样做。
Thorrold 博士怀疑这可能与鱼与所谓的中尺度特征相互作用的方式有关。这些是数十公里的环流，持续一个月左右。特别是，一种称为暖芯涡流的特征可能对猎物种群至关重要。绘制箭鱼与涡流相关的移动方式可以揭示海洋生态系统的运作方式。 Thorrold 博士说，这些发现可以帮助渔民和环境，通过帮助确保只捕获所需类型的鱼，从而最大限度地减少所谓的禁止或非商业物种的副渔获物。
再往下走，他希望追踪大西洋鲑鱼。这可以揭示“海洋阶段死亡率”——从淡水产卵地进入深海但未能在以后的生活中返回它们自己产卵的鱼的数量。他还希望一劳永逸地解开大西洋鳗鱼产卵地点的谜团。
鳗鱼的生命周期与鲑鱼相反。它们在海上产卵，然后幼崽游回淡水中度过大部分时间。大西洋鳗鱼在马尾藻海附近的某个地方产卵，这一点从一个世纪前进行的工作中得知。但究竟发生在哪里仍然不清楚。
SOFAR 发射器的应用也将超越动物学。 Melissa Omand 是 Fischer 博士在罗德岛的同事，专门研究水下机器人。她开发了她称之为 Minions 的小型水下漂浮物。他们的目的是跟踪海洋中碳的运动。
辛勤的奴才
每个 Minion 都配备了智能手机中的摄像头，以及 Raspberry Pi 微处理器。它使用这些来监测统称为海洋雪的有机物小颗粒（主要是鱼粪）。这些雪从地表落到海洋深处，在那里它腐烂得如此缓慢，以至于它可能会持续数千年。这使它成为一个重要的碳“汇”，它以一种不会导致全球变暖的形式储存该元素。携带菲舍尔博士标签的廉价小黄人舰队可以更好地了解洋流和海洋中的碳运输。 Omand 博士说，这可能会指导寻求在海洋深处隔离碳的项目。
Woods Hole 之类的 SOFAR 信标的售价约为 100,000 美元，外加部署成本。因此，只需花费一颗 GPS 卫星，就可以安装数千颗卫星。令人惊讶的是，没有军事上的对等物（尽管美国国防部的一个研究机构 DARPA 正在研究一种名为 POSYDON 的产品）。而且，由于伍兹霍尔是一个科学机构，因此最初的应用是科学的。不过，与 GPS 一样，一旦基础设施到位，人们也可能会为它找到商业就业机会。未来几十年人类将如何利用海洋的确切方式还有待观察。但是拥有合适的导航信标肯定会有所帮助。
原文： https://www.economist.com/science-and-technology/gps-for-the-oceans/21808966