周二凌晨,美国地质调查局(USGS)的数据检测到朝鲜发生5.1级地震。几分钟之内,美国“军备控制专家”的杰弗里·刘易斯(Jeffrey Lewis)等熬夜评论员就已经在讨论金正恩第一次核试验的政治影响。地震读数是如何成为追踪秘密核试验的关键的?
让我们回顾一下历史。在原子时代初期,核武器被试验的地点是科学家们能够放置核弹的任何地方。有史以来第一次核试验是在新墨西哥州广阔的沙漠上空进行的。1946年,杜鲁门总统批准了第一次水下核试验,这是“十字路口行动”的一部分。在20世纪50年代初,核武器在美国内华达州进行了地下试验。在俄罗斯发射斯普特尼克号,太空竞赛正如火如荼地进行一年后,美国试图在近乎太空的边缘进行高层大气核爆炸试验。几乎所有这些环境很快都将禁止核试验。
由于担心核辐射尘会扩散到国界之外,《禁止试验条约》于1963年签署并生效。该条约禁止在大气层、太空和水下进行试验。然而,地下试验仍然被允许。
核试验可以通过几种方式进行检测。通过放射性核素监测,可以识别从核爆炸中释放到空气中的放射性粒子,但如果地下核试验被深埋地下,这种方法将不起作用。次声波监测会寻找可能表明核试验的微弱气压变化,但这些也可能被深埋地下的试验所掩盖。水声监测会寻找由核爆炸引起并穿过水体的声波,但如果试验不是在水下或沿海地区进行,这种技术的作用是有限的。在所有检测核试验的方法中,地震仪对地下试验的效果最好。
自1963年以来,大多数核试验都是在地下进行的,没有签署条约的国家违反条约。(法国和中国这两个核武器国家没有签署有限的禁试条约)。1998年5月,印度和巴基斯坦进行核武器试验时,它们是在地下进行的。以这种方式准备核试验会产生情报机构应该能够通过数月卫星图像上可见的地面准备工作来探测到的活动,但当时美国中央情报局未能发现。然而,地震学家几乎立即就发现了这些试验,并能够确定巴基斯坦和印度的试验地点以及可能的核爆炸当量。
地震仪测量地下传播的能量波,最常用于探测地震。由于在地下进行的核武器试验也会释放巨大的能量,因此通常可以被地震仪探测到,为此,它们是《全面禁止核试验条约组织》(CTBTO)核查机制的核心组成部分。
这一切让我们回到朝鲜。朝鲜是本世纪唯一进行核武器试验的国家,它在2006年10月首次宣布有意试验核装置。在宣布后几天,并在试验后不久,美国地质调查局检测到一次4.3级地震,发生在朝鲜金策以北45英里处。在两小时内,CTBTO能够缩小核试验的地点。即使爆炸威力很小,这一切也是可能的。一些情报报告估计核爆炸当量低于1千吨,可能只有投向广岛的“小男孩”炸弹的1/15。
当朝鲜在2009年进行第二次地下核装置试验时,地震数据能够确定这是一次威力大得多的爆炸。但要实现更精确的判断可能很困难:能够区分亚千吨级和4千吨级爆炸是一回事,但要精确确定其数值则需要上述其他技术的进一步证据。在我们等待今天上午核试验的全面报告的同时,您可以感谢地震仪提供了足够的信息来核实试验的地点和大致威力,这次试验比之前的威力更大。但“专家们可能需要数月甚至数年才能分析更多数据,并得出一个关于炸弹产量的更精确的数字。” 遗憾的是,这不足以阻止关于朝鲜可能拥有的最大炸弹如果在纽约市爆炸会产生什么影响的夸张猜测。