“1964年10月16日，在中國西部的戈壁灘羅布泊地區傳出一聲巨響，緊接著數千裡之外的研究人員看著遠處的天空徐徐升起了一朵巨大的蘑菇雲。”這是人民日報對中國第一顆試爆原子彈的報道。
而現在我們只要一想到原子彈爆炸，腦海中最先出現的就是它們所製造出的大型蘑菇雲，簡直就像是原子彈的商標。
那麼這朵蘑菇雲是怎麼出現的？這個商標又真的是原子彈所特有的嗎？
01原子彈如何炸出蘑菇雲
最初的原子彈是通過讓中子去轟擊核燃料（鈾—235）並使其產生裂變，進而釋放出能量和中子，然後這些新的中子繼續進一步轟擊鈾—235，形成連鎖反應。
鈾—235裂變
因此當一顆原子彈被引爆後，其中心周圍將產生大量的X射線、中子、α粒子等高能粒子，它們不僅會侵入附近一切有生命的物體並破壞細胞內遺傳片段，更直觀的作用則是在極短時間內使周圍空氣發生電離。因為爆炸中心將在幾毫秒內產生數千萬度高溫與幾百萬個億帕的高壓。
早在20世紀50年代，麻省理工學院的電子工程學教授哈羅德·金頓就曾用Rapatronic相機拍攝了原子彈剛剛炸開（數毫秒的時間）的“熱乎景象”。
Rapatronic相機
由於這種相機是通過磁場來控制快門按鈕，人們得以在離爆炸地點11千米的地方拍攝到了原子彈爆炸後數毫秒內發生的變化。
通過相機拍攝的照片，科學家發現核爆發生的幾毫秒鐘後就會形成震波波前（shock front），核燃料也急速膨脹成為一個大火球。
兩張照片時間相差1毫秒
此刻處於爆炸中心的空氣被迅速加熱，同時原子彈附近會形成一道障礙，阻止火球的蔓延。
而被加熱的空氣與周圍較冷的空氣混合後，密度往往會比處於爆炸之外的空氣更低，因此在靠近地面處的爆炸中心就形成了一個真空區間，在這附近的低空氣體被捲入後，產生的上升氣流將託著高溫氣流往上升。
可以說在這短短數毫秒內，趁著空氣不注意，直接把它們“烤熟送上天了”。
不過還沒完，爆炸發生後，高溫氣流上升到一定高度（原子彈巨大能力產生的火球甚至可以擊穿對流層，達到平流層）之後又會遇到冷空氣冷卻，停止繼續上升。
這時無法繼續上升的空氣想要下降卻做不到，因為下方仍在上升的熱氣流阻擋了它們的去路，所以只能向四周擴散來往下降。
在整個上升過程中，源源不斷的熱氣流冷卻後重複此過程，最終在氣流頂端的氣體裹挾著由爆炸產生的大量煙霧和塵埃形成了蘑菇雲的頂部。
黃色部分為熱氣流；灰色部分為塵埃和碎屑
而這個一開始依靠核爆產生的巨大能量往上衝的上升氣流就形成了蘑菇雲的支柱部分。
這就是原子彈爆炸後所產生的的蘑菇雲。
02蘑菇雲只能由原子彈（或核彈）炸出來嗎？
其實上文只能算大致描述了原子彈爆炸後產生的蘑菇雲現象，真正導致蘑菇雲形成的原理實際上是由於瑞利—泰勒不穩定性（Rayleigh-Taylor instability，簡稱RT-不穩定）。
該原理主要存在於兩種密度不同的流體之間。由於密度的差異，具有不同密度的流體會受到不同作用力（比如地球重力）的影響。簡單地解釋：當較輕的流體支撐較重的流體時，由於流體之間將趨向於平衡，從而導致密度較小的流體會“射穿”密度較大的流體，此時RT-不穩定就會發生。
RT-不穩定在我們生活中十分常見。比如油和水的混合液體，油浮在水的上方，經過一段時間後，會有部分的油“侵入”到水中；此外，我們平常喝的黑糖奶茶，其中奶茶和黑糖混合的花紋也是RT—不穩定的體現。
而在更廣的尺度上，大氣中冷暖空氣的相遇，河流入海口水流交匯時的擾動，大氣電離層中由太陽輻射導致的環流和湍流，甚至超新星爆發過程中的一些現象，都屬於RT-不穩定的體現。
回到蘑菇雲的問題上。僅僅只有RT-不穩定還足以形成，不然還能在奶茶上開一朵蘑菇出來...
蘑菇雲的形成還需要可急速產生熱量的事件，藉助這股能量來產生密度更小的熱空氣，所以其實傳統的炸彈爆炸或者火山噴發的時候都可以形成，只不過沒有原子彈那麼大型罷了。
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