1962年7月9日——也就是50年前的今天——美国在高空爆炸了一枚核武器，地点在太平洋上空。这枚代号为Starfish Prime的核弹，是冷战高峰时期一系列危险的高空核弹试验中的一部分。它的即时影响波及数千公里，但其深远的影响至今仍在触及我们。
1958年，苏联呼吁禁止大气层核试验，并单方面停止了此类试验。在外部政治压力下，美国也随之 acquiesced。然而，在1961年末，苏联国内的政治压力迫使赫鲁晓夫打破了暂停令，苏联重新开始了试验。因此，美国也迫于压力，进行了自己的试验。
那是一个令人恐惧的时代。
美国担心苏联在太空引爆核弹会损坏或摧毁美国洲际导弹，于是启动了一系列名为“鱼碗计划”（Fishbowl Project）（本身是更大的“多米尼克行动”的一部分）的高空武器试验，以亲自了解在太空中引爆核武器会发生什么。之前也进行过高空试验，但它们都是仓促进行的，结果也并不确切。鱼碗计划的目的是采取更严谨的科学方法。
砰！炸药威力巨大
1962年7月9日，美国从约翰斯顿岛发射了一枚“雷神”导弹，该岛是位于夏威夷西南约1500公里（900英里）处的一个环礁。导弹飞升至1100公里（660英里）以上的高度，然后折返。在预设的400公里（240英里）高度，UTC时间上午9点刚过几秒，这枚1.4兆吨当量的核弹头爆炸了。
结果是灾难性的。
1.4兆吨相当于爆炸了140万吨TNT。然而，核武器与简单的化学炸药有着根本的区别。TNT以热和光的形式释放能量。核弹也产生热和光，以及海量的X射线和伽马射线——高能光——以及电子和重离子等亚原子粒子。
Starfish Prime爆炸时，其影响是毁灭性的。以下是一段显示50年前今天试验的真实录像。
正如你所见，爆炸大致呈球形；由于在该高度几乎没有大气层，冲击波大致向各个方向均匀扩散。另一段视频提供了更多试验的视角；我已将其直接链接到相关片段，但如果您从头开始观看，它实际上是一部关于该试验的长达一小时的纪录片。
1962年7月9日，“多米尼克行动”期间，Starfish Prime高空核试验爆炸的照片。（图片来源：美国政府威胁削减局，来自Wikimedia Commons）
美国政府威胁削减局，来自Wikimedia Commons
炸吧！直到它们发光
爆炸的一个即时影响是，周围数千公里范围内都能看到巨大的极光。电子质量轻，从爆炸点快速散开。移动的电子会受到磁场的影响，因此这些电子实际上沿着地球的磁场线快速流动，并被注入到高层大气中。在大约50-100公里高处，它们被地球大气的原子和分子阻挡。这些原子和分子吸收了电子的能量，并以发光作为回应，产生了人造极光。
爆炸还产生了重离子（失去电子的原子），它们在更高的大气层中被吸收。这张图片显示了核爆炸后不久，一架飞机上看到的这种发光现象。羽毛状的细丝是炸弹碎片，而红色的光可能是由于发光的氧原子；这通常来自100公里以上高度的原子，因此这种光很可能是重离子撞击我们的空气造成的。
测量核弹的脉冲
但其影响远不止一场简单的灯光秀。当炸弹爆炸时，这些电子经历了惊人的加速。当这种情况发生时，它们会产生一个短暂但极其强大的磁场。这就是所谓的电磁脉冲，或EMP。脉冲的强度如此之大，以至于它影响了数百公里外地球上的电流！在夏威夷，它烧毁了数百个街灯，并导致大范围的电话中断。其他影响包括飞机上的电涌和无线电黑屏。
科学家们曾预测过EMP，但Starfish Prime的脉冲比预期的要大得多。还有另一个未被准确预测到的影响。爆炸产生的大部分电子并没有落入地球大气层，而是被地球磁场困在太空数月，在高空形成了一个人造辐射带。
当高速电子撞击卫星时，会产生一种微型EMP。细节很复杂，但最终效果是这些电子会“电击”卫星，损坏其电子设备。Starfish Prime爆炸产生的电子脉冲至少损坏了六颗卫星（包括一颗苏联卫星），所有这些卫星最终都因爆炸而失效。当时的其他卫星故障也可能与此次爆炸有关。
总体的效果令科学家和工程师们震惊。他们预期的结果要小得多，远未达到实际发生的程度。因此，美国在“鱼碗计划”中后续进行的高空核试验的当量都大大降低了。尽管爆炸能量仍属机密，但据估计，它们介于几十到几百千吨之间，仅是Starfish Prime 1.4兆吨爆炸能量的一小部分。
下游的涟漪
爆炸的长期物理影响在几个月后消退，但其影响至今仍在延续。2010年，国防威胁削减局发布了一份名为《EMP攻击对卫星的附带损害》的报告，如果您最近睡眠过多，我强烈推荐阅读。它详细介绍了高空核爆的影响，以及如何一击就能瘫痪整个国家。
我的观点是，知道总比不知道好，即使知识令人恐惧。在这种情况下，有备无患。几十年来，关于EMP的知识一直存在，因此我们对其理解越深，就越有可能利用它来防止坏人采取此类行动造成的损害。
如果允许我将此事与所有这些可怕的政治和黑暗的人性方面区分开来，那么确实学到了很多科学知识。EMP很迷人，而且并非必须通过核弹才能产生。太阳在太阳风暴期间会爆发高能粒子和光。以类似的方式，这些粒子会损坏我们的卫星，并伤害太空中的宇航员。
通过Starfish Prime了解它们，增加了我们对EMP物理学的理解，并为我们提供了减轻其影响的见解。有趣的是，附近的超新星或伽马射线暴（一种超级超新星）也会产生非常相似的影响，甚至可以直接影响我们的大气层。好消息是，没有潜在的超新星或近距离的伽马射线暴前身会伤害到我们。然而，随着我们的太阳绕着银河系运转，可能在数百万甚至数十亿年前，曾有过一次近距离爆发。有人认为，4.4亿年前的奥陶纪灭绝——三叶虫灭绝——可能就是由于附近的伽马射线暴。证据确实模糊，但很有趣。
比基尼环礁上的“罗密欧城堡”核试验。（图片来源：美国能源部，来自Wikimedia Commons）
美国能源部，来自Wikimedia Commons
半个世纪纪念的教训
那么，我们如何看待这一切？可以得出什么结论？
科学结论相当直接——EMP的存在、对卫星的损害、人造极光和辐射带——并增加了我们的知识。
但代价是什么？我活着，并且在冷战末期步入成年。Starfish Prime爆炸时我还没出生，但我还记得其他试验，也记得小时候关于核战争的一些噩梦。这不是遥远的历史；这只是几年前的事情。对核武器的担忧仍然存在，也理应如此，尽管情况已有所演变。
现在回想起来，有两个如此强大的国家（不包括当时同样构成核威胁的中国）在本国领土上进行核试验，这似乎是疯狂的。也许它就是疯狂。尽管如此，两个拥有如此强大相互毁灭能力的敌人之间的想法，构成了“相互保证毁灭”（Mutually Assured Destruction）的前提——这意味着攻击是愚蠢的，因为它会确保你自己的毁灭。
这假设了其中一方并不想死。对于一些宗教狂热分子来说，这种威慑不仅消失了，反而会成为一种刺激。这就是为什么我支持政府进行理性、经过充分调查的情报工作。当然，这些工作可能会被滥用，因此我们必须警惕地监视监视者。但毫无疑问，它们是必要的。坏人就在那里。
因此，在这个不幸的周年纪念日，我敦促你阅读更多关于这次爆炸的知识，这次爆炸教会了我们关于意想不到后果的许多知识，并思考我们的存在是多么脆弱——以及为什么我们必须如此努力地为之奋斗。
我再给你留一件事。这是我2010年写的一篇文章，其中有一个由Isao Hashimoto制作的视频，展示了地球上每一次核爆炸的地点和信息。我给它起的标题是“我们到底在想什么？”
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