核爆白光旁的神秘白線究竟是什麼？它又帶來了怎樣的科技變革？. 1951年1月27日拍攝於核試驗場的編號為溫室行動系列照片里，三千米高空爆炸的原子彈火球下方，數十

在美國國家檔案館的官網上公佈了許多美國自上世紀40年代以來實驗覈彈的照片 其中的內容千篇一律 幾乎全都是核彈的爆炸照片 可其中卻摻雜了一些不一樣的照片 一些核彈爆炸的照片中呢 還伴有許多自下而上生騰的白煙 就像是戰鬥機飛過後留下的飛行軌跡 被人們稱之爲天目琴絃 今天我們就來聊聊這個問題 這些白煙究竟是什麼 他們又和核試驗有着怎樣的聯繫 在上世紀40年代 美國進行第一次核試驗時 科學家們意識到一個問題 核爆炸瞬間釋放的能量太過巨大 以現有的技術手段根本無法完成對覈實驗的數據統量 比如核試驗所產生的高溫 會讓傳統測量工具在傾殼間消失的無影無蹤 爲了解決這個問題 物理學家費米在1945年三維一體覈實驗中 首次想到了用碎紙片來估算 覈實驗過程中所產生衝擊波的測量 他用一些特殊的裝置 在爆炸瞬間將紙片灑向空中 通過碎紙片被吹散的距離和飛行軌跡來推算爆炸當量 覈實驗當天 現場瞬間生成了一道巨大且更加耀眼的光芒 衝擊波以每秒300米的速度橫掃現場 費米的帳篷像紙片般被掀翻 而那些作爲測量工具的碎紙片已經被衝擊波吹得不知所蹤 毫無疑問 費米的測量方法成功了 他趴在地上 通過碎紙片的飛行速度和飛揚的塵土 成功估算出了這次覈實驗釋放的能量 相當於1萬多噸的TNT炸藥 這和其他科學家得出的數據相差不大 科學實驗從來都是抱着嚴謹而實事求是的態度 這次實驗也讓科學家們意識到需要更可靠的標尺來丈量 這種前所未有的能量釋放 這個需求在6年後催生了覈實驗史上最具創意的發明 1951年春天 在太平洋的愛尼維托克環郊的溫室行動實驗場 迎來了一批特殊演員 技術人員在地面插滿了金屬支架 每個支架頂部都固定着圓柱形裝置 這些裝置既不像攝像機 也不像傳感器 反而更像是節日裏常見的煙花筒 裏面裝着2.7千克的消化纖維推進劑 頂部密封着 摻有二氧化鈦的蠟質藥塊 這些看似普通的金屬管 實則是經過了三個月祕密研製的發煙火箭 它們呢 是以30米間距呈放射狀排列 構成了直徑1.6公里的觀測網 而且每枚發煙火箭都經過精密設計 內部填充的化學藥劑能在特定溫度下穩定燃燒 當核爆炸產生的光輻射抵達地面時 火箭外層的蠟質封層會在千分之一秒內融化 觸發點火裝置 數十隻發煙火箭能在瞬間同時升空 在碧藍的天幕上畫出雪白的軌跡 燃燒產生的煙霧含有氧化鋅顆粒 這種物質對光線具有極強反射性 即便在強光環境下也能清晰顯影 火箭發射角度經過嚴格計算 確保煙跡垂直向上延伸 這些煙跡在800米高空穩定懸浮 就像是給爆炸現場罩上了一層透明的方格紙 爲後來分析衝擊波傳播速度提供了清晰參照 還有1953年3月 代號爲惡普霄 解恐行動的核實驗中 發煙火箭也出色的完成了使命 在這次實驗中 科學家們遇到了特殊挑戰 這次核彈被懸吊在了90米高的鋼架頂部引爆 以模擬空中爆炸對城市建築物的破壞效應 傳統的地面傳感器難以捕捉立體傳播的衝擊波 工程師們便以爆心投影點爲原心 在地面八個方位豎起了三座30米的鐵塔 每座塔頂安裝的改進型發煙裝置能在0.3秒內釋放30米長的煙跡 形成從地面直徑空中的白色幕牆 高速攝影機記錄的畫面顯示 距離爆心300米的東南側煙幕最先出現波動 在覈爆後的瞬間 原本筆直的煙跡突然像被無形的巨手揉捏般扭曲 形成了連續的S型褶皺 根據測量這些褶皺的波長和振幅 科學家們首次計算出空中爆炸衝擊波的湍流強度 修正了原有理論模型中27%的誤差 說到這裏啊 可能會有人產生疑問 即地球大氣環流從來都是複雜多變的 進而演變出各種各樣的大氣環境 一旦在覈實驗當天颳起了大風 勢必會極大影響最後的測量結果 那科學家們自然也會想到這個問題 這就不得不提到覈實驗對地質和天氣環境的嚴苛要求 1951年的一天凌晨 美國地質學家烏爾特·布赫正帶領團隊用地震儀掃描地面 他們的任務是找到最合適的地下覈實驗場地 要求地下岩層既能約束爆炸能量又不會完全吸收衝擊波 當儀器顯示某處花崗岩層在深度367米處形成了天然拱頂結構時 布赫是激動的打翻了咖啡壺 這個後來被稱爲有卡屏的區域 稱爲美國地下覈實驗的核心場地 這是因爲堅硬的花崗岩能將80%的爆炸能量轉化爲可測量的地震波 而上方鬆軟的沉積層又上天然消音器 防止衝擊波過早溢散 一次發生在1964年的核實驗 科學家們挑選了一處非常特殊的試爆場地 該地下方280米處存在厚達60米的石膏層 這種柔軟礦物具有獨特的塑性 能像橡皮泥般包裹住爆炸能量 延長衝擊波的作用時間 而科學家們在這裏通過埋在石膏層中的傳感器 成功記錄到了核爆實驗後數秒內的壓力變化曲線 而同期美國在內華達堅硬的玄武岩中的實驗數據僅有0.8秒 這些珍貴的數據爲後來的核彈小型化提供了重要支撐 而天氣對於覈實驗最後的數據採集同樣影響巨大 1980年 法國將要在目魯羅瓦環礁進行的地下覈實驗時 因一場突如其來的熱帶風暴不得不終止 當颶風過境後 科學家發現實驗場地下水位上升了11米 這會導致爆炸能量被水體吸收 他們不得不等待了六個月 直到珊瑚岩層中的裂隙自然排水完畢 才能再次開啓覈實驗 當然 還有實驗高度的不同也會影響實驗的數據採集 例如1961年 蘇聯在北極新地島進行的沙皇炸彈實驗 最初設計當量是1億噸TNT 但考慮到放射性塵埃擴散問題 最終決定在4000米高空引爆 縮減爲5000萬噸的版本 這個高度呢充滿了智慧 既能確保衝擊波充分發展 使得火球底部恰好接觸海面 實驗數據顯示 爆炸瞬間產生的氣浪將爆心下方海水壓出了直徑1.2公里的凹陷 隨後形成的海嘯波高達50米 也同時將放射性雲團限制在了12公里以下的平流層 避免了對全球大氣的長期污染 可以毫不誇張的說 任何一個細微誤差都會讓一次覈實驗變得功虧一簣 1953年 美國在城堡行動中進行的海上覈實驗原本計劃在黎明進行 但一位氣象學家卻發現了清晨的海霧會吸收過多的光輻射現象 導致團隊將覈實驗的時間往後推了數個小時 放到正午 結果得到意料之外的驚喜 正午強烈的陽光使火球現象更加清晰 團隊因此獲得了熱輻射傳播的完整光譜數據 以上的種種都說明了一個問題 覈實驗對地形和天氣是有着嚴苛到極致的要求的 無論進行怎樣的核實驗 都是經過科學家們經過多方商討 確認無疑後做出的決定 所以我們才能看到覈實驗照片中的那一道道白煙 而除了提到的幾次覈實驗外 下面的這兩次覈實驗都對世界產生了重要影響 甚至還在一定程度上改變了世界的格局 1949年8月29號凌晨4點的哈薩克草原上 蘇聯科學家在近乎原始的條件下 用時三年十個月時間 成功研製出了蘇聯第一顆原子彈 當倒計時歸零的瞬間 現場產生了比1000個太陽更耀眼的光芒 現場只留下了直徑200米的玻璃化彈坑 這次實驗的是打破了美國的核壟斷地位 使得美國立刻啓動了氫彈研製計劃 兩國由此拉開了核競賽 雖然覈實驗會給當地乃至世界帶來巨大災難 但是由覈實驗所衍生出來的其他科技產品卻一直在造福人類 比如前面提到的白煙火箭 1962年海星實驗需要在400公里高空引爆核彈 傳統發煙火箭根本無法達到預定高度 爲此NASA專門研製了碳空火箭 攜帶了特製熒光劑在電離層釋放 利用帶電離子發光現象構建了三維監測網 還有發煙火箭的光敏觸發裝置 後來被用用到航天器逃逸系統 能在火箭發射故障時瞬間啓動逃生艙分離 發煙系統的遺產在和平年代繼續增長 1986年4月切爾諾貝利事故發生後 蘇聯和物理學家借鑑覈實驗的煙劑佈置方案 指揮直升機在反應堆周圍投擲了含有式144的熒光球 這些紫色煙霧在空中形成了三維座標網 幫助救援人員定位輻射熱點 而在現代醫院的CT掃描裏 圖像重建算法的核心代碼仍然保留着1950年代分析煙劑變形的數學模型 當年用來計算衝擊波曲率的偏微分方程 如今正幫助醫生重建腫瘤的立體影像 當1996年全面禁止覈實驗條約簽署時 內華達實驗場的最後一批發煙火箭是被送進了博物館 這些曾丈量過毀滅力量的裝置如今安靜的躺在玻璃櫃中 表面仍殘留着氧化鋅燃燒後的灰色痕跡 他們見證的不僅是物理學家的智慧閃光 更是人類在恐懼與好奇間的永恆徘徊 正如哈羅德布朗在自己的回憶錄中寫的那般 我們在地面之舊的白色網格本來是用來約束魔鬼的牢籠 卻在不經意間編織出了通向未來的階梯 所以說凡事都有兩面性 我們不能以純以善惡來看待一個事物 還要看到它好的一面 更爲關鍵的是還要看最後使用它的人 還是拿核武器來說 如果一個人擁有着核武器 那他就會變成一個壞事做盡的惡徒 如果一群人都拿到核武器 那核武器就會成爲彼此制衡的工具 進而帶來長久的和平 至於怎樣來評價核武器 也歡迎大家在評論區發表自己的看法 我是大兵 我們下期節目再見