喪心病狂的核動力窨井蓋

轉載請先告知，並註明出處給出原文鏈接。

【請勿在家中嘗試】

----------------------------------------------------------------------------

我最近機緣巧合發現了一個叫「核武器檔案」的網站，這網站非常神奇，有許多歷史上的核武器開發和試驗留下來的檔案、照片和當事人的記述。這對於歷史學家、科學家或是好奇者而言就是個寶庫，隨便一翻就會有意料之外的發現。這裡面的資料不僅僅是美國的，還包括了全球各個核力量的資料。

在這些檔案中，有一個事件完全可以也應該拍成一部電影：

1956年，位於美國新墨西哥州的洛斯阿拉莫斯國家實驗室正在準備進行核武器的小規模地下引爆實驗。最初的設想挺簡單的：挖個足夠深的洞，差不多150米深，1.2米直徑，把核彈放到洞底，點燃引線，然後撒丫子跑（好吧，我的描述不一定精確...但至少那個洞就是這麼挖的）。一開始這個洞是沒有封口的，因為他們覺得這井道這麼深，即使不封上也不會有什麼泄露出來（理論上也確實沒什麼大問題，不過不得不承認當時的民風確實比現在彪悍一些）。

到1957年年中，洛斯阿拉莫斯國家實驗室的科學家Robert Brownlee準備嘗試把洞口封上進行試驗。在這次代號為「帕斯卡-A」的試驗中，一個超過10厘米厚的實心鋼塊——或者可以稱之為歷史上最大最碉堡的窨井蓋——被牢牢地焊在了試驗井的洞口處。這塊窨井蓋跟下面的核試驗之間隔著150米的空氣，由於距離還是很遠，所以即使窨井蓋被掀飛，似乎也不會飛多遠。除此之外，在試驗井的底部，核彈的上方還有一個1.5米厚，重達數噸的混凝土罩子。

值得一提的是，「帕斯卡-A」中使用的是一個試驗彈，配置有良好的保險措施，即使萬一「走火」，也只會觸發其中很小的一個部分，不會連鎖釋放所有當量。因此大家都覺得這隻會是一次小規模的試爆。

太天真了。

於是在1957年8月27日晚10:35分，在新墨西哥州核試驗場U3d分區，核彈被引爆了。但是這次計劃中的小當量試爆的威力卻超過了預期整整5個數量級：原本只打算釋放1千克的當量，結果卻釋放了超過300噸TNT炸藥的能量（數死早的美國人竟然能在核彈實驗中把小數點點錯了5位，也是服了... 真可謂美國人民思維廣，美國人民歡樂多...）。核爆在一瞬間氣化了上方几噸的混凝土，衝擊波夾帶著這幾噸的極端高熱高壓物質，以超高速沿著井道上升。這時的試驗井實際上成為了一個150米長、1.2米口徑的巨型炮膛（軍迷應該知道125倍徑是什麼概念）。炮膛內部是幾百噸當量核彈釋放的全部能量和混凝土罩的全部質量，而在這炮膛的末端，靜靜地蓋著一個現在看起來小得可憐的窨井蓋。這場景就像是一個海軍艦炮的炮口上放著一個飲料瓶蓋。

當時布置在現場的高速攝像機正在運作，希望能記錄下井道口的情況和窨井蓋被掀飛的場景——如果出現的話。可惜的是，雖然這架攝像機的鏡頭拉得很遠，畫面涵蓋了井道口上方很大的空間，但飛翔的窨井蓋只在鏡頭中出現了一幀。並不是攝像機壞了，而是窨井蓋實在太快了，在高速攝像機的一幀時間內就已經飛出了畫面。事後的計算顯示，這個不起眼的10厘米厚實心鐵盤的發射速度至少6倍於地球逃逸速度（第二宇宙速度），達到了70km/s以上（由於只捕捉到了一幀，所以這個速度只能算是一個下限），也就是時速252000公里，或206馬赫，可以在10分鐘內繞地球一圈。這個速度是大氣層內飛行速度紀錄的70多倍，現代榴彈炮初速的70多倍，普通手槍子彈的將近200倍，普通民航客機的300倍。這個速度甚至超過了第三宇宙速度（太陽系逃逸速度）的4倍還多，也是剛剛飛出太陽系、距離地球最遠的人造物體旅行者1號速度的4倍。也就是說，如果這個窨井蓋能夠保持這樣的速度，它最終將飛出太陽系，飛向武仙座。在很長一段時間裡，我們都以為旅行者1號是最快的人造宏觀物體，但哪裡知道，遠在旅行者1號發射之前，這一紀錄就已經被一個核動力窨井蓋創造了。這個窨井蓋在不到一秒的時間內獲得了4倍於旅行者1號通過幾十年積累起來的速度。所以，核動力窨井蓋同時也是有史以來「加速度最大的人造宏觀物體」，畢竟它的瞬時加速度可能達到了的數量級。這是什麼概念呢？級別的加速度就足以致人死亡。所以如果有個人在帕斯卡-A試驗的時候正好躺在窨井蓋上，那麼（暫不考慮高溫）首先他露在直徑1.2米的窨井蓋外面的部分將被整齊地切掉，同時他留在窨井蓋上的部分會在瞬間被加速度壓成厚度也許僅為幾個分子的薄膜均勻地覆蓋在窨井蓋的表面（會比《三體》里的情節更極端，看起來大概跟被二維化的效果差不多）。所以大家沒事不要躺在窨井蓋上哦~

可惜的是，這個核動力窨井蓋並沒能飛向武仙座，甚至沒能飛出大氣層，畢竟它受到的推力只持續了不到幾秒，之後就在大氣的阻力和重力的作用下迅速減速（不過設想一下，如果電影《地心引力》中的飛船是被從地球射上來的一個窨井蓋打穿的話會有多麼神作...）。但值得一提的是，這個窨井蓋在最初的幾秒內速度是如此之快，而它和空氣的摩擦也是如此劇烈，以至於它很有可能是帶著一團烈焰和強光飛出去的，就跟隕石在大氣層中燃燒發光的原理一樣，只是方向恰好相反：隕石是帶著火掉下來，窨井蓋是帶著火飛上去... 。當時現場的人所感受到的應該是這樣：在引爆的幾乎同一瞬間，連聲音和振動都還沒來得及感覺到，只見一個近百米高的藍色焰柱衝天而起，在其頂端是一個直徑1米多的大火球，火球隨即以所有人根本無法想像的速度變成了天上的一個亮點，由於人眼的延時，火球無法被肉眼捕捉，而是在每個人的視網膜上留下了一道直通天際的亮線，幾秒後，聲音和震波滾滾而來，再幾秒後，終於有人反應過來：矮馬，好像粗大事了？咦？窨井蓋去哪兒了？（大家如果想要更直觀的體驗，可以去搜索「鞭炮、下水道爆炸、窨井蓋飛天」的相關新聞，有視頻，很震撼，然後腦補一下把鞭炮換成核彈...不過千萬不要嘗試...）

話說地下這幫人正滿地找窨井蓋時，窨井蓋，哦不，火球還在天上飛著呢。大約燒了幾十秒之後，窨井蓋如果沒有被燃燒殆盡的話就應該到達了最高點，開始下落，如果這時高度足夠，半熟的窨井蓋可能在重入大氣的時候被再燒了一遍。於是天上就掉下了一塊表面焦脆、帶有混凝土香氣、輻射爆表的七分熟牛排，哦不，鐵餅。

不過這個窨井蓋最後沒被找到，當地及附近地區也沒有收到「房屋被從天而降的巨型鐵餅砸穿」之類的報案。所以這個窨井蓋最終應該是落在了試驗場附近的荒地中，在那裡躺了半個多世紀。

所以在新墨西哥州沙漠的某處，埋著一段荒誕而又獨一無二的人類科技史。如果人造物體所能達到的最高速度是衡量宇宙文明等級的一個標準，那麼地球文明的等級在無意中就於1957年創了新高，達到了萬分之一光速級別(0.00023c)，雖然那只是曇花一現的一瞬間。如果你哪天在新墨西哥州的沙漠中看到一塊扭曲變形、銹跡斑斑的大鐵盤，請你先向後退100米（輻射應該仍然很強），然後脫帽致敬，因為你看到的這塊不起眼的廢鐵也許會在未來，在一個人類開始星際旅行的時代成為歷史書上的一個不起眼的腳註。

-----------------------------------------------------------------------------------------

嚴肅點說，其實這裡介紹的「帕斯卡-A」核動力窨井蓋應該跟另一樣東西分享「最快人造宏觀物體」的寶座：於1976年發射的太陽神2號探測器。顧名思義，太陽神2號繞著太陽公轉來收集關於太陽的數據。太陽神2號在它橢圓軌道的近日點（距太陽4300萬千米，水星近日點4600萬千米）達到最大速度（70km/s）。這個速度是精確測量得到的，比窨井蓋估算得到的速度含金量更高（不同材料上的估算結果和對事件經過的描述有些出入），但後者的意外感和戲劇性顯然給人們留下了更多遐想空間。在渺小的人類和無限的宇宙之間隔著的，是好奇，是科學，也是浪漫。

（更多信息詳見 Learning to Contain Underground Nuclear Explosions, Operation Plumbbob, Article: Manhole Covers in Space -- and Online, by Debbie Moorhouse. 果殼上最近發了一篇關於此事的「闢謠」：歷史上最快的人造物體……大概並不是井蓋。其主要觀點是」傳言中那個井蓋抵達的所謂66km/s，是一個非常簡化的模型算出的無意義的數值，並沒有任何測量能夠證實這一點「，因此最快應該還是速度70km/s的太陽神2號。不過文章反駁的對象是井蓋事件當事人Robert Brownle用簡單模型計算出來的66km/s，確實不足以作為真實速度的依據；但本文中提到的是使用另一種方式算出的結果，即根據高速攝像機拍到的畫面估算了一個速度下限，至少有70km/s。所以兩篇文章討論的速度對象並不一樣。）

不過呢，窨井蓋和太陽神2號的速度紀錄很可能會在明年被NASA的朱諾號探測器打破。朱諾正在飛向木星的路上，如果一切正常，它的速度將會達到74 km/s. 長江後浪推前浪，預計在2018年發射的Solar Probe Plus將會在近日點僅為600萬千米的軌道上觀測太陽活動，屆時它的速度將會超過200km/s，讓人類離千分之一光速俱樂部更近一步。

-----------------------------------------------------------------------------------------

（本文正文部分節選和翻譯自 The fastest man-made object ever: A nuclear-powered manhole cover (true!)，參考了YouTube上SciShow Space的https://www.youtube.com/watch?v=FrE60eqM2vQ，並加入了我自己的一些內容。）

另外，大家來猜猜世界上能產生加速度最大的生物是啥？其實是某種生活在馬糞里的真菌，俗稱「馬糞大炮菌(Dung Cannon fungus)」：The Fastest Accelerating Organism on Earth is a Fungus!，它們的孢子在射出瞬間的加速度可以達到驚人的，可以在最初的1毫米中從0加速到72km/h，這相當於一個人類被以100倍音速彈射出去……然而這一地球生物進化的奇蹟卻只是長在馬糞上，一生唯一的目標就是把自己的孢子用變態的加速度射到離馬糞遠一點的地方，好讓馬把孢子吃掉，帶到新的地方再拉出來，開始一輪新的循環。

如果喜歡本文的話你也可以看看這幾篇：

把腦洞開成黑洞的「葛立恆數」 - Something about Everything - 知乎專欄

在哪一瞬間你認識到人類的科技沒有想像中的發達？ - 知乎用戶的回答

知乎上有哪些腦洞開得極好的答案？ - 知乎用戶的回答