本文发表于《大众科学》的前博客网络，反映了作者的观点，不一定代表《大众科学》的观点
“想象一下，你站在一栋三层楼的楼顶，将一支自动铅笔的笔芯放下去，让它击中地面上的一枚硬币的中心。这就是我们必须做到的。”
2011年3月11日14时46分，一场9级地震袭击了日本东北太平洋沿岸，距离东京东北231英里。这是日本有史以来最强烈的地震，东北地震引发了40.5米的海啸，使日本主岛向东移动了八英尺，并造成数万人死亡。当一个国家试图重建生活时，每个人都在问“为什么？”
正是这个问题促使日本海洋地球科学技术机构的斋藤三明加入了一项研究考察，该考察将十个不同国家的科学专业知识结合在一起，在日本的科学钻探船“地球号”上进行。 “地球号”在日语中意为“地球”，是世界上最大的研究船，重达57,000吨，长210米。
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“地球号就像日本的宇宙飞船！”斋藤描述道。
然而，“地球号”的任务不是探索地球之外的世界。“地球号”有能力在海底钻探惊人的7公里，其目的是揭开我们星球在海面之下隐藏的世界。该船是综合海洋钻探计划的主要平台之一；这是一个致力于通过探索海床下的环境来了解地球的国际海洋研究计划。东北地震发生一年后，“地球号”起航，从地震发生的精确地点取回岩石样本。通过观察震源处的地质构造，科学家们希望能够揭示重要信息，以帮助我们了解重大地震事件。
这项调查尤其重要，因为东北地震的规模令人惊讶。这不仅是因为该事件是自1900年有记录以来第五大强烈的地震，而且是因为没有人预测到它会那么大。
日本位于所谓的“环太平洋火山带”上，对地球的震动并不陌生。在东北地震发生的地方，太平洋所在的岩石板块试图钻到日本大陆板块的下方。通常，这种运动每年以8.5厘米的速度向前蠕动，但有时板块会因为被顽固地抵抗这种运动的锁定岩石区域后面积累的压力而突然滑动。这种滑动被认为是地震，其震级取决于移动的面积大小和移动的距离。研究该地区的地震学家认为，这些滑动应该是相对较小的，但实际情况是50米的位移，猛烈撞击了北太平洋海沟，引发了海啸。如此大的滑入太平洋海沟的情况以前从未见过，科学家们也无法解释其发生的原因。
海沟的问题在于，它们的定义要求它们很深。“地球号”在开始调查海底以下的情况之前，必须将其钻杆向下延伸近7公里，穿过海洋；这个深度将使其成为有史以来最深的海洋钻探作业。
当钻杆延伸到水中时，“地球号”利用卫星GPS信号控制的推进器和来自海底的声波来保持其在钻探勘探过程中的位置。由于钻探需要将近两个月的时间才能完成，因此即使在高风或海流中，该船也必须能够保持静止。
在过程的第一阶段，一个宽大的钢管被植入海底，作为钻井入口。仅凭压力就足以将井口推入海床的顶层，之后船只和海底之间的管道被收回，以便将钻头连接到它们的底部。这时，挑战变得更大；井口的直径为50厘米，位于“地球号”漂浮位置以下7公里处。将钻头放入那个洞中，正是斋藤将之比作自动铅笔和硬币的难题。
“这是一个非常非常困难的情况，”他解释说。“在日语中，我们称之为‘神技’或‘上帝之举’。”
错误意味着团队不得不三次执行这项不可思议的技术壮举。第一次将井口放置到海底时，下降管道未能断开，操作必须从头开始。第二次，钻头进入新的井口，但管道断裂了。第三次尝试中，光纤通信系统失效，使“地球号”的团队陷入盲目。这注定不是一次胆小者的探险。
一旦开始钻探，过程的第二阶段就开始了；即找到板块滑动导致地震的地点。当管道插入海底时，安装在其长度上的传感器将信息流发送回“地球号”上的科学家。其中一项读数是岩石中发现的自然辐射水平。如果在滑动位置出现预期的岩石破碎情况，则可检测到的辐射水平会升高。这应伴随着岩石电阻率的降低，因为破碎的页岩含有更高的水含量，而水含量是比固体材料更好的导体。最后一个线索是转动钻头所需的力的大小。恒定的扭矩意味着岩石很容易移动到一边，表明钻头正在穿过一个低摩擦、易于滑动的区域。
在海底以下820米处，实时返回船上的数据显示，一个明确的区域完全符合上述标准。“地球号”到达了地震滑动带。
虽然这些传感器提供了关于滑动条件的有用信息，但科学家真正需要的是亲眼看到岩石。即使在找到滑动点之后，将岩石提取回船上也是一项危险的操作。钻头的中心是空心的，以便将材料岩芯取入管道并拉到表面。然而，由于岩石的脆弱性，10米的推进可能只会产生1米或2米的岩芯，这使得关键样本很有可能完全被遗漏。当钻头接近滑动处时，“地球号”的工程师开始将推进量减少到2米步长。
“我们不想空手而归，”斋藤回忆说，“地球号”团队在检查拉到船上的岩芯时感到焦虑。“人们依靠我们来了解这是如何发生的。”
时间不多了。在为期54天的考察的第51天，该团队目睹了一场非常不同的壮观事件；日环食，月球和太阳完美对齐，但月球的视大小小于太阳，在天空中留下了一个预言般的火环。
“它就像一根金色的钻杆，”斋藤开玩笑说。“我们认为也许我们仍然可以做到这一点。”
在6个小时内，他被证明是正确的。当第17个岩芯被拉上船时，该团队终于看到了板块边界的破裂表面。
“我们称之为奇迹岩芯，”斋藤在描述团队的反应时说。
在实验室分析中，答案终于开始出现。滑动点的材料由80%的蒙脱石组成；一种具有保湿作用并可作为润滑剂的粘土矿物。这是一个惊人的发现，并解释了低摩擦测量结果。东北地震之所以如此具有灾难性，是因为板块相遇处的矿物成分使其能够相互滑动，从而发生了撞击太平洋海沟的超调。
尽管这提供了他们正在寻找的答案的大部分内容，“地球号”团队尚未完成。仅仅一个月后，“地球号”返回震源地点进行一项更雄心勃勃的测量；即滑动点的温度测量。
在地震期间，滑动板块之间的摩擦使温度飙升至300或400度。即使在事件发生一年后，这种巨大的升高也是可以检测到的，并为发生巨大滑动时的条件提供了新的证据。由于埋在海底深处，热量有很多泄漏的机会，这项测量是“地球号”最精细的测量，观测站直到去年4月才完成分析。科学家们目前正在仔细研究这些数据，这是有史以来首次记录到大地震发生一年后的数据。
对于“地球号”而言，任务已经完成，但其挑战仍在继续，因为它正前往首次探索地球地幔。对于参与岩芯提取的科学家来说，他们对大地震起源的研究仍在继续，但这次又增加了有史以来收集到的最雄心勃勃的样本之一。