太空戰要來了？核爆曾致斷電，如今俄被疑再次搞事，美國咋驗證？

美國稱俄羅斯正在為太空研制核武器。但如何證明1200英里高空的一顆衛星內部藏有彈頭？上世紀60年代，美國曾在太空中進行核爆炸試驗，產生了絢爛的極光，并導致地球上的電力中斷。

如果今天在軌道上進行類似試驗，導航、通信和天氣預報可能會長時間中斷。如今太空中密布衛星，這些衛星難以承受核爆炸產生的電磁脈沖和粒子流。美國官員擔憂的是，俄羅斯軍方正在考慮對這些為烏克蘭軍隊提供優勢的軌道衛星群發動此類打擊，甚至已經發射航天器，測試未來某種“核水雷”的部件。

這一威脅的真實性有多高？是否真的有人在軌道上部署過武器？美國物理學家阿雷格·達納古良著手回答這些問題。任何人都無法在地球上任何一個偏遠角落引爆核彈而不被發現?！度娼购嗽囼灄l約》組織運營的全球監測臺站網絡——包括地震、水聲、次聲和放射性核素監測——會立即捕捉到這類事件。在沒有核試驗的情況下，這些臺站還會追蹤宇宙天體在大氣層中的爆炸，例如車里雅賓斯克隕石事件。

探測一枚隨時可用的核彈頭或其部件則要困難得多。武器級鈾和钚具有放射性，會釋放中子和伽馬射線，但其活度非常低。在僅10至20米的距離上具體取決于裝置采用的是钚還是鈾，它釋放的輻射幾乎難以與自然本底區分開來。

消費級劑量計在這里幾乎沒有用處。它只能讀取整體本底，無法區分伽馬射線和中子流，而且很容易受到花崗巖等其他輻射源的干擾。

因此，探測核武器需要復雜而專業的探測器：這類儀器能夠高精度構建伽馬射線能譜，并測量中子的能量和通量。正是這一點，使它們能夠將鈾基或钚基彈頭與其他物體區分開來。

即便如此，這些設備也并非總能奏效。2002年，美國廣播公司的記者將15磅貧化鈾藏在一個集裝箱中，通過紐約港的海關。經過處理的貧化鈾所發出的輻射特征，與制造炸彈所用的高濃縮鈾非常相似。海關人員將該集裝箱標記為高風險并進行了檢查，但他們的設備沒有發現其中的鈾。

一種更可靠的方法是使用主動式探測器，這類探測器會自行發射中子流或伽馬射線。中子會使鈾核或钚核“裂變”并產生新的中子，從而暴露出可裂變材料的存在。如果一個被中子轟擊的物體反射回強大的中子流，那么它就是核裝置。

如果說在地球上探測一枚炸彈已經很困難，那么在太空中做到這一點是否更難？答案是肯定的?！锻鈱涌臻g條約》第四條禁止在外層空間放置核武器，或將其安裝在天體上。但相比核試驗監測條約，核查這一條款的執行情況要困難得多。

如果在幾十米開外找到一枚炸彈已經需要精密設備，那么在數百甚至數千公里高空的衛星上找到它就更難。這不僅是因為距離，還因為核彈頭微弱的輻射很容易淹沒在宇宙輻射本底之中。

麻省理工學院專門研究核軍控的物理學家阿雷格·達納古良是從事這一課題的研究者之一。他在接受《自然》播客采訪時表示，在核大國之間猜疑加深、關于太空“軍事化”的指控日益頻繁之際，美國需要可靠的手段來探測航天器上的武器。

他說，從理論上講，可以向可疑空間物體發射一顆小型檢查衛星，抵近后用粒子流或輻射照射它，觸發某種可以揭示其是否攜帶核武器的過程?！暗@是一種頗具敵意的行為。對方可能會認為你在試圖摧毀他們的衛星?！边_納古良說。

達納古良的解決方案是讓自然來完成探測：探測來自太空的天然粒子在核裝置內部撞出的次級粒子。這樣一來，發射可疑物體的國家就沒有理由指控任何人發動了攻擊。

達納古良提議使用能量超過7.5億電子伏特的天然質子，作為這種外部粒子流的來源。這些質子的來源較為復雜。來自太陽系之外的高能宇宙粒子與高層大氣中的原子碰撞，產生由多種粒子組成的廣延大氣簇射，其中包括介子、μ子和中子。大多數粒子落向地球，但也有一些向上進入輻射帶，在那里中子衰變為質子和電子。

當一個能量約為10億電子伏特的質子遇到重元素的原子核時，就會發生一種被稱為散裂的反應：質子和中子會同時從原子核中被撞出。質子因帶有電荷會被物質減速，而中子則繼續飛行。物理學家在實驗室中也用同樣的過程來產生中子束。

“一個能量適當的質子，根據條件不同，可以產生10到14個中子?！边_納古良說。因此，要判斷一艘可疑航天器是否攜帶核彈頭，只需探測從它身上發出的特征性中子流即可。

根據達納古良的計算，探測衛星可以是一顆9U規格的小型立方星，即由九個10厘米見方的立方體拼裝而成。探測器本身由兩塊30厘米見方的面板組成，兩塊面板之間相隔10厘米。面板由塑料閃爍體制成——閃爍體是指任何在高能粒子撞擊時會發出閃光的物質。閃爍體兩面覆蓋有單晶金剛石板。相比之下，金剛石幾乎只對帶電粒子作出反應：帶電粒子會電離碳原子，釋放出電子并在板中留下空穴，從而產生電流。

這種結構使探測器能夠自動區分帶電粒子和中性粒子：如果只有閃爍體被觸發，說明進入探測器的是中子；如果閃爍體和金剛石板同時被觸發，則說明是帶電粒子，這部分數據會被舍棄。

兩塊面板還能讓探測器判斷中子來自哪個方向，從而把來自“嫌疑對象”的粒子與雜散粒子區分開來。要判斷一顆衛星上是否攜帶核武器，達納古良設計的檢查器需要在距離“嫌疑對象”約4公里的范圍內停留約一周時間，分析其中子流。如果把距離縮短到1公里，等待時間就會降至一小時。

理想情況下，檢查器應正好位于“嫌疑對象”和地球之間，因為這是最容易扣除來自地球大氣層中子流的位置。達納古良關于軌道輻射環境和中子探測可行性的所有計算，都是基于俄羅斯航天器“宇宙-2553”號所在軌道的數據。美國官員稱，俄羅斯正在利用這顆衛星測試天基核武器的部件。

一顆核檢查衛星需要精確機動，追上潛在目標，并在軌道標準下算是很近的距離上，長時間保持穩定位置。達納古良列舉了一長串衛星案例，即一國的衛星曾抵近另一國航天器，其中包括Meduza曾報道過的、跟蹤歐洲衛星的俄羅斯“射線”航天器。他表示，這類機動并未引發嚴重的政治危機。

不過，檢查衛星的活動確實多次引發美國的強烈表態，以及關于俄羅斯正在將太空軍事化的指控。此外，“嫌疑對象”航天器沒有義務在檢查器積累足夠中子的過程中原地等待——它可能會干脆試圖溜走。這類追逐在近地軌道上已經發生過。