《现代海洋科学》回顾了对海洋科学的发展作出突出贡献的12位科学家，引人入胜。每一章包括科学家和取得的成就、个人性格、遇到的专业困难以及最有价值的贡献，正文后附生平年表及扩展阅读等参考文献。

《现代海洋科学》附有40幅黑白图片和插图及学科发展年表、扩展阅读。“发现与发明的里程碑”系列丛书描述了人类对科学技术的认识、探索和革新的探求，是学生、教师和广大读者的必读科普书籍。

本书是其系列中的一部，书中讲述的10位科学家都是海洋科学研究的佼佼者，他们创造并使用多项技术建立了深海海洋科学。

《现代海洋科学》是一本既有趣又好看的书，书中讲述的10位科学家都是海洋科学研究的佼佼者，他们创造并使用多项技术建立了深海海洋科学。从他们的事迹中，不但能够看到对知识的渴求，而且他们的勇敢、智慧和创新的精神都让我们深受鼓舞，所以，希望能够让更多的人了解他们，也希望读到此书的人都能有所收获。

前言

鸣谢

简介

 迈向学科化的初步

 科技效益

 世纪中的革命

 意想不到的世界

 外部和内部空间

1.深海的挑战——怀韦尔·汤姆生和“挑战者”号探险

 争论

 独特的提案

 苛刻的计划

 亲历者说：从兴奋到厌倦

 充满冒险的航行

 凯旋

 其他科学家：约翰·摩瑞

 学科的建立

 生平年表

 扩展阅读

2.半英里之下——威廉·贝比和深海潜水球

 收藏家、旅行家、作家

 生态学和冒险

 对深海的渴望

 建造深海潜水球

 首次潜水

 亲历者说：水爆炸

 一个奇异的世界

 分道扬镳

 激励后世

 相关链接：指导后辈

 生平年表

 扩展阅读

3.高度和深度——奥古斯特·皮卡尔德、雅克·皮卡尔德和深海潜水器

 天才双胞胎

 高空研究

 第一个深海潜水器

 的里雅斯特

 其他科学家：雅克·伊弗斯·库斯托

 加入海军

 准备潜入最深处

 水下珠穆朗玛

 寻找失踪的潜艇

 湾流之下

 相关链接：塞翁失马

 具有冒险精神的三代人

 生平年表

 扩展阅读

4.永远无法愈合的伤痕——布鲁斯·希森、玛丽·萨普和绘制海底地图 

 从化石到海底山脉

 战争带来的职业

 其他科学家：莫瑞斯·尤因

 新式地图

 “不可能”

 环绕地球的伤痕

 其他科学家：阿尔弗雷德·韦格纳

 艺术品

 不仅是绘图员

 生平年表

 扩展阅读

5.创造与破坏——哈里·赫斯和板块构造理论

 山脉

 地壳传送带

 地磁震荡

 撼动地质学界

 社会效应：地球运动塑造人类生活

 板块构造理论革命

 相关链接：其他星球上的板块

 一个富有影响力的职业

 生平年表

 扩展阅读

6.深海中的河流——亨利·斯托梅尔和洋流

 吵闹的童年

 湍急的流水

 分析表层洋流

 反向流

 大传送带

 全球研究和局部研究

 社会效应：全球变暖和大洋环流

 大范围调查

 生平年表

 扩展阅读

7.飞越海洋——阿林·文和阿尔文号

 水下测深

 小海豹

 建造潜水器

 科学成果：轻型塑料

 阿尔文号启航

 搜寻炸弹

 沉没的潜艇

 法美中大洋海底研究工程

 海底驮马

 未来趋势：他们能到达多深

 生平年表

 扩展阅读

8.管虫与泰坦尼克号——罗伯特·巴拉德及水下探险

 加利福尼亚梦想家

 潜艇提倡者

 意料之外的绿洲

 黑烟囱

 亲历者说：一个陌生的世界

 从潜艇到机器人

 争论焦点：出席还是“远程呈现”

 寻找“泰坦尼克”

 水下考古学家

 争论焦点：应该怎样处理“泰坦尼克”号

 探险家和教育家

 生平年表

 扩展阅读

9.水与火——约翰·德莱尼和海底火山

 与爆炸的不解之缘

 令人兴奋的火山爆发

 古微生物

 相关链接：冰冷月球上的温热海洋

 黑烟囱露出水面

 东北太平洋时间序列水下网络试验

 激情和智慧的火花

 相关发明：亨利·斯托梅尔的水下网络

 生平年表

 扩展阅读

10.凡多弗之光——辛迪·凡多弗和水下光线

 “不是上大学的料”

 一次改变人生的旅行

 不那么瞎的虾

 发光的热液口

 阿尔文号驾驶员

 驾驭光

 争论焦点：海洋学旅行申的女性

 多样性研究

 科学成果：水下光学传感器（OPUS）和环境光成像和光谱系统（ALISS）

 生平年表

 扩展阅读

学科发展年表

译者感言

1871年，法国作家儒勒·凡尔纳出版了《海底20000里》（20，000Leagtles under the Sea）一书，此书描绘了一个人类从未见过的世界——深海，因此它一出现就必然成为畅销书。凡尔纳将深海描述成一个充满了怪物的世界，包括了足以杀死潜水者的巨大的乌贼和章鱼。

凡尔纳的小说是纯虚构的作品。然而，就在这部作品出现一年以后，6位科学家和大约260名船员登上了一艘称之为HMS“挑战者”号的小型英国海军用船，开始了一次远洋探险，而这次航行的成果使这位法国作家的想象力也显得黯然失色。在装备了当时可以提供的最好的设备之后，这个团队扬帆启程，开始探知世界海洋底部的真实模样。他们的发现将会彻底改变人们对深海的认识，并由此建立了一门新的学科——海洋学。

争论

“挑战者”号探险的成行应归功于查尔斯·怀韦尔·汤姆生（Charles Wyville Thomson），他是一个意志坚定的苏格兰人，1830年3月5日出生于林利斯哥（Linlithgow）附近。汤姆生的父亲是一个内科医生，因此他的家人也希望他能成为一个医生。1846年，汤姆生作为医学系学生进入爱丁堡大学，但之后的事实证明，他的身体状况难以适应紧张的医学训练。而另一方面，自然界深深吸引着他，于是他花了几年的时间学习动物学、植物学（关于植物的研究）和地质学的课程。

从1850—1870年，汤姆生在爱尔兰的很多大学教授动物学和植物学。在此期间，他与珍妮·拉梅奇·达沃森（Jane Ramage Dawson）结婚，并且着迷于海洋生物学研究，尤其是深海中可能存在的生物。在当时，他的兴趣显得与众不同，因为那个时代的大多数科学家认为，在深海那么恶劣的生存条件下，没有生物可以存活，即深海中没有生物存在。

另一位英国科学家爱德华·福布斯（Edward Forbes）也持同样的观点。1842年，福布斯进行了一次爱琴海探险（爱琴海是位于希腊和土耳其之间的地中海的一个海湾）。他发现，打捞得越深，打捞上来的样本中动物的数量就越少。以此为据，福布斯断言，300英寻（1800英尺，540米）以下的海洋是一个“不毛之地”——没有生命存在的地方。

大多数科学家认为福布斯的断言是合乎逻辑的，因为50英寻（300英尺，90米）以下的海洋中没有阳光照射，而众所周知，所有生物体都直接或间接地依赖阳光，同时，在300英寻的水下，压力可以达到每平方英寸600磅（561 b/cm 2）。然而，汤姆生曾见过挪威研究者从至少300英寻以下的深海中打捞上来的动物残骸，因此他确信福布斯的观点是错误的。此后，在汤姆生早期的研究报告——《海洋的深度》（The Depths of the Sea）一书中，与福布斯不同，他将深海视作“自然主义者的希望之地，是唯一的保留区，且拥有能够让人跃跃欲试的非凡趣味和无尽的新鲜事物”。

威廉·卡彭特（William Carpenter）是伦敦大学的生物学家，也是英国最显赫的科研机构——皇家协会的副主席。在他的帮助下，汤姆生成功说服英国海军部（即掌管英国海军的政府部门）赞助进行两次短期研究航行，航行由他亲自率领，以此检验福布斯的理论。在1868—1869年的几次航行中，汤姆生创纪录地从2435英寻（1.461万英尺，4427米）深的海洋中打捞上来活的生物体。在《海洋的深度》（1873年）中，他具体描述了这两次探险。两次航行的成功使皇家协会在1869年接受汤姆生成为会员，这是一种很高的荣誉。一年以后，他成为母校——爱丁堡大学博物学方面的首席教授。

独特的提案

尽管非常兴奋，但汤姆生的探险只在一个海洋的很小区域内进行了很少的测试。汤姆生明白，想了解海底还需要更多的信息。因此，在卡彭特的支持下，1871年汤姆生再次向海军部提交了航行申请，与以往的所有航行不同：这次航行要获取海底的物理学、化学和地质学信息，要知道那里可能存在的生物的生物学状况，而且研究范围不是一两个地点，而是全世界。

根据汤姆生的设想，这次航行会历时几年，需要大量的设备和资金。不过，财政部还是在1872年4月同意资助这次探险，海军部还允诺提供一艘船只。这次探险之所以能够在如此短的时间内获得批准，汤姆生之前的成功和皇家协会的威望无疑是重要原因。政府支持这次探险的原因也可能是，当时的政治领袖和普通民众对科学抱有很大的兴趣。1859年，查理·达尔文出版了《物种起源》一书，此书引发的关于进化论的争论仍在继续，因此许多人希望通过对深海生命的研究来揭开进化论的真面目，即进化是否发生，又如何发生。

“挑战者”号探险的相关著作——《沉寂的风景》（The Silent Landscape）的作者理查德·考费尔德（Richard Corfield）认为，政府官员之所以会接受汤姆生的计划，是因为他们认为“一次海军的科学探险可以扩大英国的影响力。一个世纪以后，美国如法炮制进行了太空计划”。海军部会同意这个苏格兰科学家的计划还有现实方面的原因。从19世纪50年代开始，许多公司试图在大西洋海底铺设电缆，以建立连接英国和北美的电话通信。除了有限的成功外，这些努力都遇到了很多的挫折。海军部官员认识到，如果要铺设海底电缆并使之顺利运行，工程师就必须知道不同地点的海洋深度、各地海水的温度变化（因为温度对电缆及其覆盖物都有影响）以及在深海中有什么样的生物会攻击电缆。海军部期待汤姆生的探险可以揭开这些疑问。

海军部送给汤姆生的船只，HMS“挑战者”号，是一种叫“轻巡洋舰”的小型战舰。“挑战者”号长约225英尺（69米），重达2300吨（2006公吨），并装备有一个1200马力的蒸汽发动机以备不时之需，但它主要靠风力推进，它的3个桅杆上每个都挂有4个正方形的风帆。

“挑战者”号进行了彻底的改建，以适应作为研究型用船的新任务。为了给科学家、实验室、设备以及将来收集的标本腾出空间，17门大炮只留下了2门，其余皆被移走。船内的房间被改造成了动物学和化学实验室，船上的平台用来放置拖网，而其他重型仪器则被安装在甲板上。船上有各种奇形怪状的设备，包括显微镜、化学测试设备、数千个用来保存经过防腐处理的海洋动物和水样本的玻璃瓶以及数百英里长的绳索，这些绳索用来测量水深并将设备放人海底。

苛刻的计划

1872年12月21日，“挑战者”号从英国朴次茅斯港出发，船上载有240个海军士兵以及23个官员。乔治·斯特朗·内厄斯（George Strong Nares）担任“挑战者”号的船长，他曾是海洋和陆地的测量员，因此经验非常丰富。怀韦尔·汤姆生带领着6位科学家，船员们打趣地说，是6位“哲学家”。除汤姆生外，这个国际团队还有另外3位生物学家，后来把他们称作博物学家：出生于加拿大的约翰·摩瑞（John Murray）、英国科学家亨利·诺特德·摩斯里（Henry Nottidge Moseley）和德国青年鲁道夫·范（R1idolf Van Willimoes-suhm）。其他队员还有苏格兰化学家和物理学家约翰·杨·布坎南（John Young Buchanan）和瑞士科学艺术家让·雅克·威尔德（Jean Jacques Wild），他也是汤姆生的秘书。

1873年2月15日，在西北非附近的加那利（Canary）群岛南大约40英里（64千米）处，探险工作正式开始。这个地点是之后362个“站点”的第一个，这些“站点”把从大西洋、太平洋到南冰洋（即现在的南极洲）的航行路线几乎等分，相互之间的距离大概有两天的航程（200英里，160千米）。在这里以及在其他站点，船员们最多用一天的时间进行各种测试。

第一项工作是探通术，即测定水深。船员将绳索一端系上重物，然后放入水中，由此测量绳索到达海底需要的长度。绳索上每隔25英寻（大约150英尺，45米）有一个旗子。船员记录旗子没入水中的速度，当速度突然改变，就说明绳索已经达到海底了。这个测深系统还需要一个中空的管子，当到达海底的时候，整个设备的重量就会把它推人海底中。当绳索被向上提起时，管子上的阀门就会关闭，这时管子中就保存了海底的泥土。

绳索上还系有一套称之为可逆式温度计的新装置，它可以精确测量不同深度的水温。此外，船员还要收集不同深度的水样本，以便化学家约翰·布坎南来进行化学分析。他测定水样本的盐度以及所包含的矿物质和其他化学成分。

船员在所有站点都要测定海洋表面洋流的方向，他们把船抛锚固定，将一根系着绳子的原木扔入水中，然后在船上观察原木移动的方向。测量一定时间内原木拉伸绳子的长度，用时间平分，就可以测出洋流的速度。在有些站点，他们也会在浮舟下悬挂重物，以此来确定更深处的洋流的速度和方向。P1-5

现代科学与发明的关键性进展建立在一些看似简单却具真知灼见的想法之上，那就是——科学技术与人们的生活息息相关。事实上，它们也正是我们探寻这个世界的秘密、重新塑造这个世界的一部分，也在某种程度上改变了人类的生活。

在100多万年前，现代人类的祖先开始将石块制成工具，这样他们便可与周围的食肉动物竞争。大约从3.5万年之前开始，人类开始在岩洞的石壁上绘制精美的壁画与其他手工艺品，这些都表明技术已与人们头脑中的想象、与人们所操的语言交融在一起，一种崭新的躁动不安的艺术世界的帷幕渐次拉开。人类不仅仅在塑造着他们所处的世界，还用艺术的方式去表现它，用自己的头脑去思考，思考世界的本真及其含义。

技术是文化的基本组成部分。许多地方的神话传说中都有一个叛逆者的形象，他轻而易举地摧毁了既定的顺序，而代之以令人耳目一新的、饱含颠覆性的可能。在许多神话里，都可提炼出这样一个例子：一个叛逆者，例如一只来自美国的山狗或是乌鸦，从上帝那里偷来火种，并将它交到人类手上。所有的技术工具，无论是火、电还是锁在原子与基因中的能量，都如同一把双刃剑，仿佛从那个叛逆者手中接过来似的，它们发出的能量既可以治愈人类的创伤，又可以给人类致命的一击。

一个技术的发明者常常会从科学发现中寻找灵感。就像我们所知道的一样，当今的科学远比技术要年轻，回溯历史，便可发现它起源于大约500年前的文艺复兴时期。在那个时期，艺术家与思想家们开始系统地探寻自然的秘密；而第一个现代科学家，例如列奥纳多．达．芬奇（Leonardo da Vinci，1452—1519）与伽利略·伽利莱（Galileo Galilei，1564—1642），在一些器具的帮助下，通过做实验，拓展了人们对于物体在空间中的位置的认识。紧接着，一场革命性的解放运动轰轰烈烈地展开了，最具代表性的则是以下几位天才：在机械制作与数学方面有着卓越贡献的艾萨克·牛顿（Isaac Newton，1643—1727），发现生物进化规律的查尔斯·达尔文（Charles Darwin，1809—1882），在相对论与量子物理方面有着开创性贡献的阿尔伯特·爱因斯坦（Albert Einstein，1879—1955）以及现代基因学的鼻祖詹姆斯·沃森（Tames Watson，1928—）和弗兰西斯·克里克（Francis Crick，1916—2004）。当今科技领域新出现的基因工程、微缩工艺以及人工智能等各领域都有着能够独当一面的主导者。

牛顿、达尔文以及爱因斯坦这些鼎鼎大名的名字都能够紧密地与那些科技革命联系在一起，这些革命代表了现代科技中作为个体的人的重要性。这一系列的每本书都遴选了10余位在科学技术方面作出杰出贡献的先锋者，并将目光集中在他们的人生与成就上。每一本书都开辟了一个新的领域：海洋科学、现代遗传学、现代天文学、法医学与数学等。尽管最早的开拓者起到了重大的作用，但这套书所论述的重点则是20世纪以来甚至是当今的研究者们。

每一卷的传记都按照一定的顺序排列，这种顺序反映了作为个体的研究者们的重大成就的变化过程，但是他们的人生经历常常是枝蔓缠绕，不那么容易一下子看清。每个人的具体成就都离不开他们当时所处的环境，也离不开他们工作中的协作者以及给他们的研究提供帮助的外界力量。牛顿有一句名言：“倘若说我能（比其他人）看得更远，那是因为我站在巨人的肩膀上。”每一位科学家或发明家的成就都不是无源之水，而他们甚至要经过一个跟前人暗暗较劲的过程才能超越他们。作为个体的科学家与发明家也与他们的实验室的其他同事乃至别的地方的人发生着种种联系，有时还得益于广泛的集体的努力，例如20世纪末启动的政府赞助与私人赞助，它们都为人类基因组的研究提供了一些帮助。科学家与发明家们不但影响着经济、政治与社会力量，反过来也受着它们的影响。在本书所属的这个系列中，科学和技术活动与社会制度的发展之间的关系也是一个重要的议题。

在传记之外，本书还备有扩展阅读，提供了另外一些特定的研究对象。每一章后面都附了一份年表以及扩展阅读的建议。除此之外，在每本书的末尾还附有学科发展年表。在书中还插入了以下一些工具条，以便给我们提供一种更好的视角，从而更快地进入到那个由科学家与发明家共同构建的世界中去：

相关链接：描写一些具有个陸特征的工作与科技发展的联系

亲历者说：为发现与发明提供第一手资料

争论焦点：对由发现与发明所引起的科学或伦理问题的探讨

其他科学家：描述的是一些在这项工作中起到重要作用的人

相关发明：展示了一些与之类似的或相关的发明

社会效应：提供了有关发明创造对我们所在的社会或个人生活的影响的相关讯息

科学成果：解释了一名科学家或发明者如何应付一项具体的技术上的难题或者说挑战

未来趋势：描述了随着时间的变化，这些技术所发生的进展，相关的一些数据也在此处被公布

在这套书中，我们讲述的是人类不断寻求真理、勇于探索、不懈创新的故事，我们也希望亲爱的读者能够被这些故事所吸引、鼓舞，得到一种潜在的力量。我们希望能够给读者铸造一座桥梁，一起走进科学与发现、发明的世界，并且能够尽情游弋于这个广阔的世界中，在其中找到内心更深刻的共鸣。