科幻影視、游戲場(chǎng)景中，常會(huì)出現(xiàn)這樣的畫(huà)面：一名士兵扔出一顆手雷，但是想象中的爆炸、煙火和碎片并沒(méi)有出現(xiàn)，而是會(huì)閃過(guò)一道脈沖式的光芒，一定范圍內(nèi)的武器、電子設(shè)備隨之失控。這時(shí)有其中一人幡然醒悟，急忙給隊(duì)友報(bào)信，是“EMP”攻擊！
EMP其實(shí)并不是武器的名字，而是物理現(xiàn)象“電磁脈沖”（ElectroMagnetic Pulse）的英文簡(jiǎn)稱。
不傷人只毀電子設(shè)備 EMP是如何做到的
電磁脈沖指的是突發(fā)的、寬帶電磁輻射的高強(qiáng)度脈沖?？臻g中的電磁場(chǎng)無(wú)色無(wú)形，但是電磁場(chǎng)發(fā)生變化可以在電路中產(chǎn)生電流。
對(duì)于用電設(shè)備或電子設(shè)備來(lái)說(shuō)，電磁脈沖劇烈變化的交變電磁場(chǎng)與設(shè)備中的電子線路發(fā)生耦合，會(huì)在瞬時(shí)產(chǎn)生很強(qiáng)的電流和浪涌，甚至能直接破壞元件。
我們熟知的核武器也屬于EMP武器。核爆過(guò)程中所產(chǎn)生的γ射線在向四周輻射的過(guò)程中，能夠和空氣中的氧、氮原子撞擊，產(chǎn)生帶負(fù)電的電子以及極強(qiáng)的電磁場(chǎng)。一些國(guó)家曾嘗試過(guò)“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(huì)在地球空間環(huán)境中產(chǎn)生效應(yīng)，在地球電離層中造成非常大范圍的影響。
電離層是我們頭頂上空幾十到上千公里范圍內(nèi)的、部分電離的大氣。“部分電離”指的是大氣中性分子在太陽(yáng)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(jīng)多到足夠?qū)﹄姶挪▊鞑ギa(chǎn)生影響。
1901年12月12日，商人馬可尼讓公司職員在英國(guó)發(fā)射摩爾斯碼，自己則來(lái)到加拿大的圣約翰市，指揮助手用風(fēng)箏把無(wú)線電接收天線送到約150米高空，成功接收到了從英國(guó)發(fā)來(lái)的摩爾斯碼信號(hào)，從而證明了高空中存在能夠反射無(wú)線電波的電離層。
電離層中的空氣密度非常低——?dú)鈮捍蟾攀堑孛娴陌偃f(wàn)分之一，但卻有著一定數(shù)量的帶電粒子，它們毫無(wú)疑問(wèn)會(huì)受到地球磁場(chǎng)的作用。電離層中的電子和離子會(huì)根據(jù)地球磁場(chǎng)在不同地區(qū)的不同形態(tài)，出現(xiàn)反射、漂移等微觀層面的運(yùn)動(dòng)。一些區(qū)域的電子和離子可能產(chǎn)生堆積，形成電勢(shì)差，并作用于地球磁場(chǎng)。
這時(shí)候，如果高空核爆突然帶來(lái)許多新的電子和離子，它們也同樣會(huì)被地球磁場(chǎng)捕捉，造成一定范圍內(nèi)電磁場(chǎng)強(qiáng)烈的變化，產(chǎn)生極大范圍的擴(kuò)散電子脈沖。
根據(jù)報(bào)道，1962年6月9日，美國(guó)在太平洋約翰斯頓島上空500千米爆炸了一顆140萬(wàn)噸當(dāng)量核彈頭，造成1280千米之外的夏威夷瓦胡島上出現(xiàn)大面積停電、電話中斷、收音機(jī)不響、各種電子儀器故障，這讓專家們都震驚于在電離層中孵化出的EMP的強(qiáng)大威力。后來(lái)根據(jù)計(jì)算，當(dāng)量1000噸的氫彈如在40千米高空爆炸，可能影響整個(gè)歐洲。
論EMP攻擊 自然界才是個(gè)中高手
事實(shí)上，并非只有人類有能力操控這種物理現(xiàn)象，大自然也能進(jìn)行EMP攻擊。
如果說(shuō)高空核爆只是人類扣動(dòng)扳機(jī)后，由地球電離層進(jìn)行放大的EMP武器，那么太陽(yáng)風(fēng)暴則毫無(wú)疑問(wèn)是更具規(guī)模和破壞力的自然界EMP武器的扳機(jī)。太陽(yáng)風(fēng)暴包含許多電磁活動(dòng)過(guò)程，會(huì)對(duì)人類在地球修建的電網(wǎng)、電子設(shè)備產(chǎn)生致命的攻擊。
著名電影《2012》創(chuàng)作的靈感，就來(lái)自科學(xué)家對(duì)強(qiáng)大太陽(yáng)風(fēng)暴影響地球空間環(huán)境這一風(fēng)險(xiǎn)的擔(dān)憂。
那么，這種“純天然”的“EMP武器”是怎么運(yùn)作的呢？
太陽(yáng)風(fēng)暴爆發(fā)期間，它的大量物質(zhì)噴發(fā)進(jìn)入宇宙中，也就是“日冕物質(zhì)拋射”。來(lái)自太陽(yáng)的高速等離子體對(duì)地球磁層（地球磁場(chǎng)在宇宙空間中控制的區(qū)域）造成沖擊，會(huì)使磁層壓縮變形。太陽(yáng)等離子通常攜帶著南北方向轉(zhuǎn)動(dòng)的磁場(chǎng)，當(dāng)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)為南向時(shí)，和地磁場(chǎng)發(fā)生強(qiáng)的相互作用，會(huì)將巨大的能量帶入到地球磁層，進(jìn)而產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)，從而引起全球范圍劇烈的地磁擾動(dòng)。
這些過(guò)程也會(huì)引起電離層以及其中磁場(chǎng)的劇烈變化，因此被稱為“電離層暴”。研究人員通常用Dst指數(shù)衡量地磁場(chǎng)擾動(dòng)的強(qiáng)烈程度，Dst指數(shù)平時(shí)往往是負(fù)幾或者負(fù)幾十，也有正值，數(shù)值都不大，但是在強(qiáng)擾動(dòng)下，該指數(shù)會(huì)變成負(fù)50以下，乃至負(fù)幾百。
當(dāng)?shù)卮艌?chǎng)出現(xiàn)劇烈擾動(dòng)時(shí)，會(huì)在地球電離層中產(chǎn)生快速變化的強(qiáng)電流，這些強(qiáng)電流又會(huì)引發(fā)變化的感應(yīng)磁場(chǎng)，就會(huì)形成對(duì)地面的“EMP攻擊”。這些變化的空間磁場(chǎng)在地面、長(zhǎng)距離高壓輸電線、變壓器接地點(diǎn)組成的回路中產(chǎn)生電流，這便是地磁感應(yīng)電流。當(dāng)?shù)卮艌?chǎng)擾動(dòng)達(dá)到一定程度時(shí)，輸電網(wǎng)絡(luò)中產(chǎn)生的地磁感應(yīng)電流可以達(dá)到幾十到幾百安培，這種電流過(guò)程足以對(duì)電路元件產(chǎn)生劇烈傷害。
這種現(xiàn)象當(dāng)然并非只是科學(xué)家的憑空想象。1989年3月13日，一次太陽(yáng)風(fēng)暴引發(fā)了地球一系列的連鎖反應(yīng)，最終極大地?fù)p害了加拿大魁北克地區(qū)的電網(wǎng)，導(dǎo)致該地區(qū)出現(xiàn)大范圍斷電事故，受直接影響的居民人數(shù)達(dá)到600萬(wàn)人，停電時(shí)長(zhǎng)達(dá)到9個(gè)小時(shí)，造成了高達(dá)數(shù)千萬(wàn)美元的經(jīng)濟(jì)損失。
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