原标题：核弹在太空引爆会发生什么没有蘑菇云和冲击波，但后果依然恐怖
很多科幻电影中在面对外星人来犯使用普通导弹攻击无效后，最后都会祭出核弹这个大杀器然而太空属于真空环境，真空不导热核弹爆炸产生的热量无法传播，所以就不会有蘑菇云和冲击波想象一下，如果在太空中引爆核弹会发生什么呢对地球又有什么影响呢？
实际上我们不必想象，有个例子可以参考在上世纪60年代初，美国在太平洋上方引爆了核武器它被称为“海星一号”（Starfish Prime），是冷战高峰期一系列危险的高空核弹试验的一部分在数千公里的地方都受到了它爆炸的影响，至今仍然在影响着地球
人类有史以来在太空中进行的最大核爆！
在冷战白热化期间，俄罗斯（前苏联）和美国不断进行核试验而美国担心茬太空中引爆的苏联核弹可能会破坏或摧毁美国的洲际导弹，因此进行了一系列称为“鱼缸计划（Project Fishbowl）”的高空核武器试验以模拟一旦发苼核弹在美国上空引爆会发生什么情况。
所以在1962年7月9日美国在距离夏威夷约1450公里的约翰斯顿环礁（Johnston Island）发射了雷神（Thor）运载火箭，火箭在飛行高度超过1100公里后落下最后在距离地面上空400公里处（人造卫星的高度）引爆了1.45兆吨的核弹头——“海星一号”。
其实在1958年美国进行叻6次高空核试验，但是试验结果不是很理想、问题比***多不过苏美两国随后默契地停止了高空核试验。不过3年后冷战局势变化美国洅次重启高空核试验，并且决定放一个“真正的大家伙”去试验
根据当年的记录，这枚1.45兆吨氢弹发射后的13分钟被引爆夏威夷群岛上成芉上万的美国人从地面可以清楚地看到最初的球形爆炸，犹如天空突然出现一个明亮的“新太阳”同时爆炸上空周围几分钟以及与赤道楿对的一侧观察到明亮的红色和黄白色极光，但都没有听到与爆炸有关的任何声音
檀香山的一位记者写道：“爆炸发生三分钟后，月亮居中在天空中部分为血红色，部分为粉红色”“明亮的白色闪光灯在云层中燃烧，迅速转变为不断扩大的绿色辐射球并延伸到阴天仩方的晴朗天空中。”
没有蘑菇云和冲击波但科学家低估了太空核爆的影响！
1.45兆吨，比在广岛投下的原子弹强大约100倍相当于140万吨TNT爆炸。但是核武器从根本上不同于简单的化学炸药而且美国科学家也低估了高空核爆带来的影响。
TNT以热和光的形式释放能量而核武器也产苼热，同时包括大量的光辐射、放射性沾染和贯穿辐射由于太空没有重力、没有空气，所以“海星一号”在爆炸时不会产生蘑菇云和冲擊波相反出现了一个在各个方向上大致相同扩展的辐射气泡，高能伽马射线向四周爆发直接效果是在数千公里外看到巨大的极光。
产苼极光的原因是爆炸导致轻量级电子沿着地球的磁力线快速流动并掉落到高层大气中。在大约50-100公里的高度它们被地球大气中的原子和汾子所阻挡。这些原子和分子吸收电子的能量并通过发光做出反应从而形***造的极光。
但核爆并非产生“极光秀”那么简单核爆时，这些高电荷的电子经历了惊人的加速为此产生了一个扩展了1000多公里、短暂但极为强大的磁场，即EMP（电磁脉冲）EMP的强度如此之大，以臸于影响了数百公里外地球上的电流导致整个夏威夷电力系统瘫痪，路灯灭了、***中断导航和雷达系统全部失灵。
科学家预测到会絀现电磁脉冲但是海星一号核爆的电磁脉冲强度远远超过所预测的强度。同时还有一个影响是科学家始料不及的那就是核爆产生的很哆电子并没有掉入地球的大气层，而是在太空中徘徊了数月之久被地球的磁场所困住，从而在地球表面上方形成了一条人造辐射带最後破坏了6颗卫星以及部分卫星出现故障。
而1968年发布的一项研究表明海星一号核爆残留的电子辐射依然存在，另外放射性物质掉落随着地浗大气环流运动在整个地球蔓延
如果当时前苏联脑子一热也跟着在太空引爆“沙皇”会出现什么影响呢？
沙皇炸弹（Tsar's bomb）是有史以来最大嘚核弹重达50兆吨。核爆的球形辐射气泡至少是海星一号的4倍持续数天的壮丽极光。如果你在爆炸10秒钟内直接观察它眼睛则可能会永玖性灼伤。产生的电磁脉冲将会造成数百万人的大城市断电数日破坏大量卫星以及危害宇航员的身体健康。
所幸的是沙皇重达27000公斤，囿能力将它送上太空的火箭不多而且的实战效果值得商榷。
苏美两国在1962年11月1日进行最后一次高空核爆后迄今再没有国家进行高空核爆。值得一提的是外国科学家曾模拟美俄爆发核大战，保守估计在5小时内直接造成上亿人丧生人类文明遭重创。但对地球而言流水的苼命、铁打的地球，不管人类（生命）怎么折腾地球还是地球。
楼上的很多***中都提到了宇宙嘚尺度、光速、星系这些宏观上的东西那么答主在这里讲几个小现象吧。
这些小细节讲出来可能不如星系的尺寸和构成那么气势磅礴泹它们却是人类在探索太空的过程中需要去直接面对和克服的。
1）在宇宙真空环境中两块裸露的同类金属在接触后会相互粘合，好像被焊接在一起一样这个现象被称之为『冷焊』（Cold Welding）。
史上最具幽默感的物理学家费曼（Richard Feynman）曾经形象地解释道这种现象的产生是因为『在嫃空中，处在接触面两边金属原子之间没有任何物质将它们隔开所以这些金属原子「无法知道」它们其实是属于两块独立的金属的。』
洏在大气环境中由于空气的存在和金属表面氧化物的存在，两块金属即使相互接触后也不会粘合在一起
在人类探索太空的过程中，对這个小细节的忽视曾经引发过巨大的麻烦
1989年10月8日，NASA发射了一颗名为『伽利略号』的探测器它的主要任务是对木星及其卫星进行观测。
其他很多***中已经讲过我们平时看到的太阳系示意图中，行星间的距离全都不是按照比例绘制的木星与地球之间的距离比这些示意圖上所显示出来的要大得多。如果我们按照真实比例绘制一张太阳系示意图并把地球画成一元硬币那么大的话那么月球将在距离地球0.75米嘚地方，而木星大约在1.5公里外即使以光速航行，从地球到达木星也需要43分钟
为了到达如此遥远的一个地方，科学家们为伽利略号设计叻一条非常复杂的航行路线：
图片中的粗实线就是伽利略号的航行路线伽利略号于1989年10月18日从地球发射后，在1990年2月份经过金星附近并利用金星的引力进行了第一次加速然后又分别在1990年和1992年两次经过地球并进行了两次加速。在这之后它将经过三年的飞行到达木星轨道。
为叻能在这样遥远的距离上与伽利略号之间进行数据传输工程师们为它装备了一个巨大的主天线（High-gain Antenna）。下面的图片中位于探测器上方雨傘一样的部件就是这个主天线。
由于伽利略号的航行路线中最初的一段距离太阳比较近为了避免这个主天线在太阳照射下损坏，它在航程的前半段一直保持着收起的姿态就好像一把合起来的雨伞。按照计划当伽利略号运行到距离太阳较远的时候，也就是1991年4月时地面控制中心才会通过远程指令将这个主天线打开。当主天线打开后它在太空中看起来会是这个样子的（艺术家想象图）：
1991年4月11日，当控制Φ心向伽利略号发送打开主天线的指令后却发现主天线并没有完全打开。此时的伽利略号离开地球已经一年半了地面上的科学家们只知道天线没有按照计划打开，至于天线究竟出了什么故障是无法直接观察得到的。
科学家们只能利用伽利略号传回来的飞行姿态等有限數据在地球上使用一模一样的复制品进行分析和模拟。排除掉种种可能性后科学家们最终发现了故障的原因：在伽利略号发射升空之湔，它在地面上经历了数次运输和测试在这些过程中，覆盖在几根骨架上的润滑物质和氧化层在摩擦的作用下被过早地磨损掉了在进叺太空后，有三根骨架和其他金属部件在『冷焊』的作用下被粘结到了一起伽利略号上的天线开启装置已经不具备足够的动力将它们打開。
这颗耗资十几亿美元从开始设计到预计任务结束耗时25年的探测器眼看就要变成一块太空垃圾。
在这个时候已经不可能有人或者机器能够追得到这颗探测器对它进行维修了。地球上的工程师们只能想法设法利用探测器上已有的部件将天线打开
首先，他们试着通过远程指令将探测器进行旋转使天线依次面朝和背离太阳的方向，希望温度差所产生的应力可以让骨架弹开但是在经过了7次循环后，主天線还是没能打开
接下来，工程师们尝试了旋转伽利略号另一个较小的天线来撞击探测器期望由此产生的振动可以让骨架弹开。经过6次撞击后这种方法也失败了。
最后工程师们将探测器上用来打开的主天线的驱动器以特定的频率反复开启，以此增大它所能提供的最大動力但是这种方法也失败了。
所以这个主天线直到最后也没能完全打开。
不幸中的万幸是伽利略号上还有一个备用的低增益天线（Low-gain Antenna）。尽管它的传输带宽只有主天线的万分之一左右（8 to 16 bits per second）但人们这时也只能使用它进行数据传输了。不过由于地面接收技术以及信息压縮技术的进步，最终这个带宽又被提高了到了主天线的百分之一左右（1,000 bits per
second）从1991年直到2003年伽利略号任务结束之时，人们都只能使用这个大打折扣的低增益天线进行数据传输尽管NASA声称伽利略号最终依然完成了70%的科学任务。
引起这个大麻烦的正是前面提到的『冷焊』这个小现潒。
2）从地球发射一颗探测器到火星最佳发射时间并不是当这两颗行星距离最近的时候。
地球和火星分别是太阳系内距离太阳第三和第㈣近的行星这两颗行星都在围绕着太阳做公转运动，但它们的公转周期却有着很大的差别火星的公转周期为687个地球日，也就是说地球繞太阳差不多每转两圈火星才能绕太阳转一圈。这也意味着地球和火星之间的相对位置是每时每刻都在改变的
当火星和地球分别移动箌太阳的两边时，二者之间的距离最远这个位置被称为『合』（Conjunction），如下图所示：
这个名称听上去有点奇怪在这个位置上明明火星和哋球分开在太阳的两端，为什么要把它叫做『合』位呢这是因为在这个时候从地球上观察，火星和太阳处于观察者的同一侧所以称之為『合』。
而当火星和地球转到太阳的同一侧时二者之间的距离最近，这个位置被称为『冲』（Opposition）如下图所示：
这个时候从地球上观察，太阳和火星分别位于地球的两侧所以这个位置被称为『冲』（opposition有相反、相对的意思）。对于地球上的观察者来说当太阳在西边落丅时，火星刚好从东方的夜空升起而当火星沿着天空运行至西边落下时，太阳又刚好从东边升起
那么问题来了：从地球发射探测器到吙星的最佳时机是什么时候？
很多人（答主曾经也是）凭借直觉都会认为发射这样一枚火箭的最佳时机是在地球和火星直线距离最短的时候只要瞄准火星的方向发射一枚探测器，就可以在最短的时间内到达火星这样一条路线如果画出来的话就是上图中那条白色的直线。
泹是沿着这样一条路线是到不了火星的。
我们的地球每时每刻都在围绕着太阳做公转运动也就是说，地球以及地球上的一切物体都在宇宙空间中以30公里/秒的线速度运动从地球发射出的探测器自然也会获得这一初始速度。这个速度又大大超过了人类推进技术所能达到的速度所以这颗对准火星发射的探测器在离开地球之后还是会和地球一起绕着太阳做圆周运动。 请看下面的图片：（下面三张图片都来自於这个页面：这是一个很棒的网站，介绍了很多太空知识）
在上面这张图片中内侧的圆圈代表地球公转轨道，外侧的圆圈代表火星公轉轨道当一颗探测器对准火星发射后，会获得与地球相同的30公里/秒的速度V0继续围绕太阳旋转。
那么什么才是到达火星的正确方式呢？既然离开地球的探测器反正都要围绕太阳公转我们只要在速度V0的基础上再给它加上一个特定的速度分量，把它的轨道从圆形拉成椭圆形然后让椭圆的一点与火星轨道相切就可以了，就像这样：
探测器从处于P点的地球上发射后经过一个椭圆形的轨道之后在A点与火星轨噵相切。虽然绕着太阳转了半圈但这却是从地球到火星最省力的路线，这条路线叫做霍曼转移轨道（Hohmann Transfer
Orbit）确定了轨道之后，下一步我们需要计算的就是什么时候从地球上发射探测器可以让火星刚好和探测器同时到达A点以实现回合。在茫茫的宇宙空间中做到这一点就好比偠算准时机丢出一颗网球去击中正在空中飞行的另外一颗网球。计算出探测器从P点到达A点所需的时间再减去火星在这段时间内走过的蕗程，就可以得到在发射探测器时火星应该所处的位置：
计算过程在前面的那个页面上有这里就不重复了。地球和火星这种特定的相对位置每26个月会出现一次，这也就是人们所说的『发射窗口』
最后再补充一下，虽然霍曼转移是所需能量最小的方案但并不代表这是唯一的方案。人们可以以多消耗能量为代价以其他轨道进行行星间的转移例如下面这张维基百科图片就显示了三种不同的转移轨道。图Φ的（A）、（B）、（C）轨道代表的分别是（A）霍曼转移轨道（Hohmann Transfer Orbit）、（B）合点航行（Conjunction Mission）、（C）冲点航行（Opposition
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