朝鮮核問題:如何判定地震來自核試驗?

9月平壤金日成廣場上站滿慶祝的人群 圖片版權 Reuters
Image caption 9月平壤在金日成廣場舉行集會,宣佈第五次核試成功

上月,朝鮮進行第五次核武器試驗的第一個信號來自一次被各國科學家偵測到的強烈地震。如今,距離朝鮮第一次進行核試驗已經有10年,地球物理學家和災難研究專家米卡·麥克基儂(Mika McKinnon)為BBC撰文詳細解釋,科學家是如何學會從地球的震動中判斷出原委的。

武器試驗不可能逃得過科學的眼睛。

朝鮮核武器發展項目的每一步都在全世界的眼皮底下,科學家利用數據來提煉出信息,了解這些項目真正的進度。

一個遍及全世界的感應網絡在長期採集數據,尋找核武測試哪怕最微弱的顫動。

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Image caption 9月9日朝鮮境內釋放出的地震信號被各地地震儀探測到

當核試驗發生時,爆炸就會撼動它周圍的一切。

振動會通過水、空氣、泥土傳播,無法被人類的耳朵感知到的聲波頻率會被感應器捕捉,傳送回控制中心進行分析。

令人不安的模式

2006年10月9日,全世界的地震儀都亮起了燈,它們偵測到了一次強力爆炸發生在朝鮮。

次聲波探測網絡仍然安靜,沒有大氣衝擊波出現,意味著它是發生在衛星探測不到的地底下。而水下聲波探測站的無聲無息則進一步印證,阻擋它的是石頭而不是水。

科學家將地震波的方向和時間聯結起來,指認出爆炸源頭的精確位置,是在朝鮮的山體底下。

所有的信號都顯示,這是一次核試驗。

之後的幾天裏,監察站一直在空氣中尋找放射性元素的微弱蹤跡。

只要有任何放射性元素從進行試驗的隧道中逸出到風中,就毫無疑問是核爆的殘留物,這將排除其他常規武器試驗的可能性。

兩周後,加拿大黃刀鎮(Yellowknife)的一個位於朝鮮武器試驗場下風向路線上的放射性同位素探測站感應到氙-133元素的級別上升,這是由核裂變生成的一種放射性元素。

數據被傳輸到了維也納全面禁止核試驗條約組織籌備委員會(CTBTO)總部的國際數據中心,經分析確認,這是一次核武器測試。

在朝鮮確認自己進行了核試驗之後,這種令人不安的地震模式分別在2009年5月、2013年2月、2016年1月以及最近的9月9日重復發生。

每一次,科學家都在朝鮮正式承認之前,就知道了核試驗的發生。

而從朝鮮付出的每一次爆炸,威力都比上一次更強。根據挪威的諾斯塔(Norstar)監測站的計算,最近的一次核試驗爆炸威力相當於大約2萬噸三硝基甲苯(TNT0炸藥。

科學家如何分辨爆炸是什麼?

這個監測項目當中的主心骨是地震儀,一種極度敏感的麥克風,能感應到大地的顫抖。

從大地震到一輛貨車駛過,每一種事件所產生的振動都不一樣。

地震一開始產生的是一種迅速、尖銳的壓力波,隨後是更具破壞性的橫波和地面波,它們會將建築物的地基搖松。山體滑坡所產生的振動則是一種雜亂的震顫,這是由碎片在斜坡上滾動而下造成的。火山爆發則可以通過石塊在岩漿和氣體作用下突然破碎的震動來判斷。

在海灘附近的地震儀,每一天每一刻都能感應到海浪打在沙灘上所產生的輕柔而有節奏的振動信號。

而爆炸也有它獨有的標識,那是局限在短時間內混亂而高強度的震動能量。

在冷戰期間,科學家們才第一次意識到這一點。當時美國資助地震學研究,遙測蘇聯武器發展項目的進度。

不久後,全世界的科學家合作制定了震動波能量測量標凖,並且開始共享觀測資料,推動著我們對於地震的了解,以及另外一些代表著更秘密事務的監測行動。

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Image caption 朝鮮領導人金正恩以及該國官媒所聲稱的核武器研究進度仍未得到完全證實

以1960年代這種信息共享為核心的模式,逐漸發展成為今天的全球科學監測站網絡,用以查證各國是否有遵守《全面禁止核試驗條約》。

每個國家都有自己的地震監測網絡,但是全面禁止核試驗條約組織籌備委員會仍然會運作一個獨立的網絡,在全世界各地有策略地分佈監測站,以求持續、獨立地進行監測。

每一天,這些地震監測站都會採集到由礦產開採、地震學調查或者軍事訓練等等行為所產生的震動波。

這些爆炸會受到鑒定,規模小以及發生在特定地點的會被排除秘密武器試驗的可能,除非這些放射性核素監測站發現意料之外的爆炸物料。

更多的信號則是平淡無奇的——人類在這個繁忙的星球上進行的日常活動。貨車在繁忙高速公路上的呼嘯,以及火車在常規時間表內發生的鏗鏘之聲,都是震動波產生的普遍源頭。

甚至一些步行者比較重的腳步聲發生在地震監測站探測路線上時也會被採集到,在地震儀顯示圖表上就會體現為一些像是在有節奏打嗝的小振動。

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Image caption 並非所有地震波活動背後都一定是災難信號

有一次,一個正在監視震動波信號的科學家團隊發現加拿大溫哥華島一個監測站出現忽然的局部信號。他們為此感到擔憂,害怕有人在試圖破壞他們的設備。在檢查地震儀之後,他們才發現,那只是兩個年輕男女在借用保護設備的密室親熱一番。

這個發現也幫助解釋了其他在一些風景美麗、環境幽靜但又並未無人知曉的角落裏能夠探測到的信號,那些有節奏地一上一下的能量,最終原來源自一種特定的活動。

在發現了這一點之後,嚴謹又嚴肅的科學家們也得以在其他地點辨認出這類信號,通過遙遠的監測站找到了一些始料不及的情侶路。

並非每一次震動監測信號背後都是一個可怕的故事,只是在少數情況下,監測站會採集到一些特別的信息,發現一種巨大、劇烈而可怕的行動:核武器試驗。

米卡·麥克基儂(Mika McKinnon)是美國的地球物理學家和災難研究專家。您可以關注她的 Twitter了解更多相關信息。

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