讓電子設備瞬間失控大自然做的比電影裏演的還出色

科幻影視、遊戲場景中，常會出現這樣的畫面：一名士兵扔出一顆手雷，但是想象中的爆炸、煙火和碎片並沒有出現，而是會閃過一道脈衝式的光芒，一定範圍內的武器、電子設備隨之失控。這時有其中一人幡然醒悟，急忙給隊友報信，是“EMP”攻擊！

EMP其實並不是武器的名字，而是物理現象“電磁脈衝”（ElectroMagnetic Pulse）的英文簡稱。

不傷人只毀電子設備

EMP是如何做到的

電磁脈衝指的是突發的、寬帶電磁輻射的高強度脈衝。空間中的電磁場無色無形，但是電磁場發生變化可以在電路中產生電流。

對於用電設備或電子設備來説，電磁脈衝劇烈變化的交變電磁場與設備中的電子線路發生耦合，會在瞬時產生很強的電流和浪湧，甚至能直接破壞元件。

我們熟知的核武器也屬於EMP武器。核爆過程中所產生的γ射線在向四周輻射的過程中，能夠和空氣中的氧、氮原子撞擊，產生帶負電的電子以及極強的電磁場。一些國家曾嘗試過“高空核爆”，也就是在地面幾十至上百公里以上引爆核彈，這樣會在地球空間環境中產生效應，在地球電離層中造成非常大範圍的影響。

電離層是我們頭頂上空幾十到上千公里範圍內的、部分電離的大氣。“部分電離”指的是大氣中性分子在太陽輻射下電離成帶電的電子和離子，雖然被電離的只是少部分中性分子，但已經多到足夠對電磁波傳播產生影響。

1901年12月12日，商人馬可尼讓公司職員在英國發射摩爾斯碼，自己則來到加拿大的聖約翰市，指揮助手用風箏把無線電接收天線送到約150米高空，成功接收到了從英國發來的摩爾斯碼信號，從而證明了高空中存在能夠反射無線電波的電離層。

電離層中的空氣密度非常低——氣壓大概是地面的百萬分之一，但卻有着一定數量的帶電粒子，它們毫無疑問會受到地球磁場的作用。電離層中的電子和離子會根據地球磁場在不同地區的不同形態，出現反射、漂移等微觀層面的運動。一些區域的電子和離子可能產生堆積，形成電勢差，並作用於地球磁場。

這時候，如果高空核爆突然帶來許多新的電子和離子，它們也同樣會被地球磁場捕捉，造成一定範圍內電磁場強烈的變化，產生極大範圍的擴散電子脈衝。

根據報道，1962年6月9日，美國在太平洋約翰斯頓島上空500千米爆炸了一顆140萬噸當量核彈頭，造成1280千米之外的夏威夷瓦胡島上出現大面積停電、電話中斷、收音機不響、各種電子儀器故障，這讓專家們都震驚於在電離層中孵化出的EMP的強大威力。後來根據計算，當量1000噸的氫彈如在40千米高空爆炸，可能影響整個歐洲。

論EMP攻擊

自然界才是箇中高手

事實上，並非只有人類有能力操控這種物理現象，大自然也能進行EMP攻擊。

如果説高空核爆只是人類扣動扳機後，由地球電離層進行放大的EMP武器，那麼太陽風暴則毫無疑問是更具規模和破壞力的自然界EMP武器的扳機。太陽風暴包含許多電磁活動過程，會對人類在地球修建的電網、電子設備產生致命的攻擊。

著名電影《2012》創作的靈感，就來自科學家對強大太陽風暴影響地球空間環境這一風險的擔憂。

那麼，這種“純天然”的“EMP武器”是怎麼運作的呢？

太陽風暴爆發期間，它的大量物質噴發進入宇宙中，也就是“日冕物質拋射”。來自太陽的高速等離子體對地球磁層（地球磁場在宇宙空間中控制的區域）造成衝擊，會使磁層壓縮變形。太陽等離子通常攜帶着南北方向轉動的磁場，當磁場轉為南向時，和地磁場發生強的相互作用，會將巨大的能量帶入到地球磁層，進而產生變化的磁場，從而引起全球範圍劇烈的地磁擾動。

這些過程也會引起電離層以及其中磁場的劇烈變化，因此被稱為“電離層暴”。研究人員通常用Dst指數衡量地磁場擾動的強烈程度，Dst指數平時往往是負幾或者負幾十，也有正值，數值都不大，但是在強擾動下，該指數會變成負50以下，乃至負幾百。

當地磁場出現劇烈擾動時，會在地球電離層中產生快速變化的強電流，這些強電流又會引發變化的感應磁場，就會形成對地面的“EMP攻擊”。這些變化的空間磁場在地面、長距離高壓輸電線、變壓器接地點組成的迴路中產生電流，這便是地磁感應電流。當地磁場擾動達到一定程度時，輸電網絡中產生的地磁感應電流可以達到幾十到幾百安培，這種電流過程足以對電路元件產生劇烈傷害。

這種現象當然並非只是科學家的憑空想象。1989年3月13日，一次太陽風暴引發了地球一系列的連鎖反應，最終極大地損害了加拿大魁北克地區的電網，導致該地區出現大範圍斷電事故，受直接影響的居民人數達到600萬人，停電時長達到9個小時，造成了高達數千萬美元的經濟損失。

（來源：科普中國）