4月10日，美国研究船“托马斯·G·汤普森”号将从新西兰东北方向航行900公里，停靠在广阔的太平洋上。如果一切按计划进行，它将投放“涅柔斯”号，这是一辆小型汽车大小的机器人潜水器。“涅柔斯”号将下潜，再下潜，一直下潜到地球上最深、最恶劣的地方之一：克马德克海沟。它将在略超过10,000米的深度触底——相当于珠穆朗玛峰的高度，再加上一座不算小的烟雾山。在那里，在寒冷、绝对黑暗的环境中，承受着每平方英寸15,000磅的水压——相当于三辆SUV压在你的大脚趾上——“涅柔斯”号将用它的灯光照亮未知世界。一个摄像机将图像流传输回汤普森号，通过一根漂浮的、头发丝宽的光纤细丝，这根细丝是“涅柔斯”号在下沉时释放出来的。
汤普森号上的科学家们将目不转睛地盯着电脑屏幕，观看会出现什么奇怪的生命形式。当他们观看时，“涅柔斯”号的机械臂将从海沟底部抓取动物和岩石。它会将一根硬管插入海底，并提取那里的沉积物岩心样本。该机器人还将吸取几杯水，希望能捕获设法在极端条件下生存的细菌和其他生物。
生物学家和地质学家有充分的理由相信“涅柔斯”号将揭示令人惊叹的奇迹。但这次探险具有更重要的意义。人类极少冒险进入6,000米以下的深度，即全球被称为哈达尔带的超深海沟。由伍兹霍尔海洋研究所（WHOI）领导的四月探险标志着一个时代的开始，科学家们为此奋斗和渴望了几十年：对地球最后边疆的系统探索。“涅柔斯”号的任务是“哈达尔科学作为一个事业的开端，”夏威夷大学马诺阿分校的海洋地质学家帕特里夏·弗莱尔说。“而这项事业很可能为我们提供一些令人难以置信的发现。”
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哈达尔带探索已准备就绪，可以起飞，因为资金、技术和宣传的各个方面都已协调一致。2012年，当电影导演和探险家詹姆斯·卡梅隆驾驶一艘单人潜水器下潜到地球最深处，即另一个名为马里亚纳海沟的海沟底部时，公众的注意力被哈达尔带所吸引。WHOI改进了深海技术，使“涅柔斯”号既坚固又灵活。资金正在增加。随着其他潜水器的建造，扩大进入世界最深处的通道正变得现实。
当然，资金仍然紧张，任务也十分艰巨——世界哈达尔带的海沟面积几乎相当于澳大利亚的大小。深海潜水器应该去哪里？应该寻找什么？在对十几位海洋专家的采访中，共识集中在少数几个优先事项上。其中包括：弄清楚生物如何在如此巨大的压力下生存。调查大小生物是否携带可能催生新药的新化合物。确定海啸引发地震是如何产生的。以及回答终极问题：正如一些科学家所怀疑但一直无法证明或证伪的那样，海沟是否可能孕育了地球生命的开始？
大量新生物
如果“涅柔斯”号能够承受水压本身，并且其机械臂和传感器能够正常工作，那么这次任务可能会在研究议程中的几个优先事项上取得重大进展。这艘耗资800万美元的机器人的最大优势在于，它可以拍摄实时视频，覆盖比研究人员过去从船上投放的许多“着陆器”更广阔的地面，并收集更多的岩石、沉积物和水样本——这些小型吊舱沉到海底的一个地点，提供有用但有限的信息。“涅柔斯”号也可以在水下停留长达12小时，即使系绳断裂，它也可以自行返回船上。
这些能力意味着“涅柔斯”号可能非常适合调查奇异的生命形式——议程上的首要任务。到目前为止，科学家们一直在孤立的地方进行搜索。“涅柔斯”号将带领他们进行一次穿越克马德克海沟的扩展虚拟之旅，沿途收集各种生物样本。WHOI深海生物学家、四月任务的首席科学家蒂莫西·尚克说：“我认为我们会感到惊讶。“那将是我们没有想到的事情，即使我们认为我们已经考虑过一切。这才是驱动我的动力。”
参观尚克存放保存完好的海蛇尾、虾、管蠕虫和其他深海生物样本的实验室的人，会看到标有全球各地有趣地点名称的架子，例如加拉帕戈斯裂谷或中大西洋海岭。但是，没有一个架子标有哈达尔海沟的名称，因为收集到的样本太少了。
除了极少数例外，载人和无人潜水器的设计都只能潜入略微超过哈达尔带顶部（6,000米深度）的位置。巨大的压力和其他因素使得更深处的操作更加复杂和昂贵。完整的哈达尔深度仍然几乎未被探索。
只有四艘潜水器到达过地球上最深处——马里亚纳海沟中被称为挑战者深渊的10,989米深的凹陷处，靠近关岛。1960年，美国海军军官唐·沃尔什和瑞士海洋工程师雅克·皮卡德乘坐特里斯特号，一艘经过大规模加固的飞艇形深海潜水器，完成了首次下潜。直到1995年，日本海洋地球科学技术厅（JAMSTEC）派遣了一艘名为“海沟”号的遥控潜水器，才有人再次看到这个地点。“涅柔斯”号紧随其后，于2009年到达挑战者深渊。三年后，卡梅隆乘坐他的私人深海挑战者号潜水器亲自到达那里。
大多数潜水都收集了科学样本，但这些行程主要是工程测试——证明你可以在那里做到，你就可以在任何地方做到。“海沟”号为长期科学研究提供了巨大的希望，但在哈达尔带区域进行有限的工作后，它在2003年的一次巨大风暴中在海上失踪。它的主要替代品只能潜入7,000米深。另一艘潜水器“阿比斯莫”号可以潜入10,000米深，但能力大大降低，而且很少进行作业。
尚克希望“涅柔斯”号很快就能填满一个标有克马德克的架子。这次探险是哈达尔生态系统研究计划（HADES）的一部分，该计划由美国国家科学基金会资助——在美国、英国、新西兰和日本的科学家将开始着手哈达尔议程的保护伞之下。
早期的探险集中在挑战者深渊的平坦中心，一个沉积物平原，因为它的深度是最高的，但从科学角度来看，那并不是最有趣的地方。海沟中最引人入胜的部分是沿着侧壁的岩石露头和斜坡。
研究人员选择克马德克海沟的侧壁作为他们的第一个目标，因为上面的水域蕴藏着大量的生命，这反过来可能意味着更多的食物漂流到海底的生命。（相比之下，马里亚纳海沟位于相对贫瘠的海洋之下。）由于“涅柔斯”号可以运行数小时，调查人员希望它不仅能看到，而且还能捕捉到生物进行基因分析——只要这种动物不是太大或游泳速度太快。
尚克说，克马德克“旨在成为首次系统探索的里程碑和未来研究的基准。“然后我们将进入其他海沟进行比较。”他相信他们会得到这个机会：“势头非常强劲。”
每个海沟都可能有自己独特的生命形式，但HADES的领导者对这一观点持谨慎态度。研究人员曾经认为海山（水下山脉）各自蕴藏着独特的物种，但进一步的研究表明，这种假设是错误的，主要是因为探索受到了太多的限制。
在压力下茁壮成长
第二个生物学优先事项几乎与第一个一样基本：弄清楚大小生物中的细胞如何在如此巨大的压力下发挥作用。了解这些机制可能会为人类带来新型的医学化合物。
这个谜团可以追溯到沃尔什和皮卡德1960年的潜水。他们在海底停留了20分钟，并报告说看到了一条比目鱼，但他们没有摄像机。生物学家现在质疑这一观察结果。
深海鱼类专家和HADES领导者杰弗里·C·德拉岑说：“他们不可能看到比目鱼，绝对不可能。”研究表明，鱼类根本无法承受如此大的压力。有确凿证据的最深处的鱼类是在大约7,700米处通过视频观察到的。沃尔什承认他不是鱼类学家，但他为自己的目击辩护。“我只能说，我想我见过几条鱼。但他们一直告诉我我没看到。”
20世纪90年代，惠特曼学院的生物学家保罗·扬西发现，随着深度的增加，鱼类细胞中三甲胺N-氧化物（TMAO）的浓度越来越高——这种化学物质也会使鱼类发出腥味。这种模式一直持续到大约7,000米深——扬西和德拉岑（现在是合作者）有样本的最深深度。
TMAO究竟如何稳定蛋白质以抵抗压力尚不清楚，而且其有效性可能有限。在鱼类的血液中，TMAO的作用有点像盐，有助于维持渗透压，渗透压决定了水是扩散到细胞内还是细胞外。在大约8,000米深处，鱼的咸度应与海水大致匹配。根据该假设，如果一条鱼潜入更深处，那么会有大量的水扩散到其细胞中，以至于它无法生存。科学家无法证明阴性结果，但如果他们在更深的哈达尔深度没有发现鱼类，他们就会有相当强的理由反对这些区域存在鱼类。
扬西说，即便如此，如果“涅柔斯”号证明他是错的，他也会很高兴。“我很想得到那条鱼，弄清楚发生了什么事。”
根据现有的一些信息，螃蟹和虾等其他生物似乎也仅限于大约8,000米深。但在过去的几次任务中，研究人员已经看到了海参和被称为片脚类动物的甲壳类动物等生物。微生物无处不在。扬西认为，这些生命形式可能具有额外的蛋白质稳定化学物质，或压电质，他曾在卡梅隆团队收集的片脚类动物中发现了这些物质。
生物医学研究人员已经在研究扬西发现的另一种化合物，肌醇，作为阿尔茨海默病的一种潜在疗法，阿尔茨海默病是几种涉及蛋白质折叠问题的疾病之一。这种相关性让生物学家们对在海沟中生存的生物中发现潜在有用的蛋白质稳定剂感到兴奋。
斯克里普斯海洋研究所的微生物学家道格·巴特利特也对陆地探测器收集的哈达尔细菌和卡梅隆能够抓取的沉积物进行了初步研究。巴特利特将研究“涅柔斯”号在水、沉积物和动物样本中收集的细菌，他希望最终能够获得在保持哈达尔压力的容器中的样本，以便他可以实时观察细胞如何生存。
碳和海啸
由于哈达尔带的工作做得很少，来自“涅柔斯”号或其他任务的单个数据集可以帮助解决多个学科的首要任务。对于有多少碳正在下降或滑入海沟的关键问题来说，情况就是如此。
对于海洋生物来说，碳基分子是食物。这个级联包括各种各样的美味，例如死亡的藻类和鱼类，以及来自较浅层居民的粪便。随着深度的增加，含量可能会降低，因为大部分下沉的东西在到达底部之前就被消耗掉了。但是，海沟也可能像漏斗一样，集中来自上方的有机物和从侧壁滑落下来的沉积物。了解碳在何处集中可能告诉生物学家在哪里可以找到最多样化的动物，充足的食物可能意味着比预期更多和更大的动物。
地球化学家们专注于同样的碳，因为海洋吸收了人类和自然排放到大气中的二氧化碳的大约40%到50%，从而减缓了温室效应。研究人员认为，大量的碳可能被埋在海底，但他们甚至无法在10倍的范围内说出海沟中有多少碳。
“涅柔斯”号将收集HADES团队将分析碳含量的沉积物。他们还将测量氧气以评估那里的生物活动。德拉岑说：“我已经有了世界上最深的氧气传感器，我非常渴望真正将它们放入海沟。”
地质学家对海沟底部的另一个方面感兴趣，这个方面可能会与公众的生活息息相关，字面意义上也是如此。
2011年发生在日本海沟的9级东日本大地震引发了破坏性的海啸和福岛核反应堆熔毁事件。JAMSTEC的北里浩志说，许多科学家对那里可能发生如此大的地震感到震惊。研究人员已经从水面舰艇上钻取了那里的沉积物岩心，并从一艘可以到达7,000米深度的机器人那里获得了一些岩石样本。
但是海沟还要深1,500米，震中远低于海底。*檀香山太平洋海啸预警中心的地球物理学家杰拉德·弗莱尔说，专家们甚至不确定如何适当地调查这些区域。“如果我们能让人亲眼下去看看，就会学到很多东西。”更深处的岩石样本可以提高对断层带应力如何进展的理解，更多的沉积物样本可以帮助研究人员评估海沟中沉积物类型可能影响地震震级的证据。
当谈到地质学家的哈达尔愿望清单时，出现的另一个过程是蛇纹石化作用。它是理解构造板块的长期平衡（即板块如何形成和破坏）的关键。破坏发生在海沟形成的地方，当两个板块相互碰撞并且一个板块滑到另一个板块下方时。大部分物质会融化，而蛇纹石化作用（涉及水与某些岩石发生反应）是维持这种平衡的关键。
科学家们是这样认为的。来自海沟的岩石和沉积物样本，以及周围区域的详细视图，可能在很大程度上证明或证伪这些理论，WHOI的地质学家丹尼尔·利扎拉尔德说。“涅柔斯”号可能会从克马德克海沟或今年晚些时候对马里亚纳海沟的任务中带回这些信息。帕特里夏·弗莱尔说：“这将是第一个证实看起来合乎逻辑的过程实际上在现实中发生的证据。”
生命的摇篮
蛇纹石化作用也可能掌握着地球生命是否起源于最深海域的终极问题的部分答案。这个过程会释放热量、氢气、甲烷和矿物质——这是化学合成生命的配方。在一些深海地点，化学反应提供了生命有机体赖以运行的能量，而不是来自太阳的光合能量。一些科学家推断，生命可能起源于热液喷口——海底的洞，海水循环到下方的岩石中，然后重新出现，被加热并充满化学物质和矿物质。我们大多数人都见过在这些地方发现的巨大管蠕虫的图像。
然而，喷口往往是短暂的，因此一些科学家现在质疑它们是否真的能孕育生命。一个更新的假设提出，海沟中的蛇纹石化作用可能更容易为最初的生命提供燃料，因为它发生在更大的区域，并且在地质时间上持续的时间更长。卡梅隆说，这个想法是他在访问挑战者深渊期间最受感动的事情：“我觉得我好像在看着生命本身的摇篮。”
事实上，在卡梅隆完全下潜之前的测试潜水中，他的团队将一个装有仪器的着陆器投入到塞雷纳深渊，这个地点靠近挑战者深渊，只是稍微浅一点。这个玻璃纤维箱子，大约冰箱大小，装有水采样器、一个带诱饵的陷阱、一个摄像机和其他设备。在一次部署中，它碰巧降落在看起来像是一张细长的白色微生物垫的前面。卡梅隆说：“这就像蒙着眼睛玩飞镖，然后投中靶心。”
在审查视频录像时，美国宇航局喷气推进实验室的行星科学家和天体生物学家凯文·汉德发现了这个发现。当着陆器触底时，它一定踢起了一些微生物，这些微生物被采样器捕获。早期结果表明，这些细菌具有使其能够利用蛇纹石化作用释放的化合物产生能量的基因。
当然，没有理由说明热液喷口也不能存在于最深的海沟中。在浅层喷口看到的物种已经够奇怪了；再加上海沟令人望而生畏的压力，没有人能说出可能会发现什么样的奇异生命。
水下太空竞赛
哈达尔科学家的议程令人兴奋，但就目前而言，由于只有一艘主要的潜水器“涅柔斯”号可供他们支配，因此很难完成。卡梅隆已将为他的潜水器开发的技术以及潜水器本身的使用权授予WHOI，但该研究所尚未制定任何使用它进行潜水的计划，部分原因是保险问题。
到2015年底，选择可能会增加。由谷歌执行董事长埃里克·施密特和他的妻子温迪·施密特创立的施密特海洋研究所正在与WHOI合作建造“涅柔斯”号的继任者，名为N11K。它将拥有更大的样本有效载荷和两个机械臂而不是一个，因此它可以抓住海底，用另一个机械臂真正挖掘海底。[披露：我是施密特媒体传播方面的顾问。]
载人潜水器不太可能在其中发挥主要作用，至少在未来几年是如此。与美国太空计划一样，关于载人潜水器的相对优点的辩论正在进行中。尚克和帕特里夏·弗莱尔说，视频无法取代人在深邃、黑暗的深处理解所见事物的3D视觉能力。
卡梅隆补充说，载人任务提供了灵感[见对面页面的方框]。事实上，维珍集团创始人理查德·布兰森和合伙人、企业家克里斯·韦尔什计划驾驶一艘单人潜水器前往地球五个大致划分的海洋中最深处。他们原型潜水器的透明圆顶出现问题，延缓了该项目。
位于佛罗里达州维罗海滩的Triton Submarines公司设计了一艘三人潜水器，可以到达最深的海沟，但尚未获得建造所需的资金。中国最近为一艘7,000米载人潜水器举行了命名仪式，正在设计一艘可以到达完整哈达尔深度的潜水器，日本也是如此，但这两个项目都离完成还有数年时间。
在JPL，汉德正在设计一种小型自主潜水器，可以成群地从小型船只的舷侧发射。他说，成本目标约为每个吊舱10,000美元，因此舰队是可能的，而且损失一艘也不会是灾难性的。他与来自JPL和卡梅隆团队的工程师一起，正在寻求美国宇航局的资助。汉德说：“我们希望借鉴火星及更远世界机器人探索的一些能力和经验教训，并将这种能力和人才应用到我们海洋的探索中。”
随着探索技术和资金的扩大，研究人员将面临一个受欢迎的挑战，即决定接下来要探测哪些海沟和海槽。非常不同的生物可能生活在南极洲正上方的8,428米深的南桑威奇海沟的偏远条件下。波多黎各海沟可以提供关于海沟之间联系的宝贵信息。在哈达尔带中还有一些开放的海底平原，研究人员很想将它们与海沟进行比较。
帕特里夏·弗莱尔正在努力争取资金，以便举办一次研讨会，将世界各地的深海科学家聚集在一起，讨论优先事项和前进的最佳方式。之前的研究是零敲碎打的，与外太空一样，协调一致的国际合作可以最有效地利用资金和专业知识，而不是各国之间争先恐后地冲向海底的竞争。“我认为海洋科学家界已经准备好”完成系统的哈达尔议程，弗莱尔说。德拉岑表示同意：“我们现在拥有探索这些地方的技术。人们已经跃跃欲试，准备出发。”
*勘误表（2014年5月27日）：本句中“震中”一词的使用不正确。应改为“但是海沟还要深1,500米，地震始于远低于海底的地方。”