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宇宙射线:探测太空隐匿核武的新策略

2026-07-09 00:50 Adam Kovac Scientific American 阅读 0
核心摘要: 随着地缘政治紧张加剧和卫星数量激增,1967年《外层空间条约》(OST)对太空核武器的禁令面临严峻挑战。为应对潜在的太空核武器威胁,麻省理工学院科学家Areg Danagoulian提出一项创新方案:

宇宙射线:探测太空隐匿核武的新策略

近60年来,全球禁止在太空部署核武器的禁令一直得以维持。然而,随着卫星数量的不断增长和地缘政治紧张局势的加剧,科学家们担忧这项禁令可能面临失效的风险。为了应对这一潜在威胁,麻省理工学院(MIT)的核物理学家Areg Danagoulian提出了一项开创性的解决方案:利用宇宙射线探测太空中的隐匿核武器

1967年,美苏两国在冷战高峰期签署了《外层空间条约》(Outer Space Treaty, OST),禁止在地球轨道部署核武器。然而,这项条约缺乏强制执行力,本质上是一种“君子协定”。专家指出,尽管这种荣誉制度迄今有效,但俄罗斯日益可疑的举动以及不断增加的卫星目标数量,使得对太空轨道的更强有力监管变得迫在眉睫。

核不扩散专家、外交政策研究所杰出研究员Jeffrey Lewis指出:“美国严重依赖太空能力来维持军事实力,而俄罗斯尤其在探索如何削弱这些太空能力。他们似乎正在考虑在轨道上进行大规模卫星摧毁,如果仔细想想,最简单的方法就是引爆少量核武器。”

最初,OST签署时,核战争并非遥不可及,美苏双方都担心对方会利用其新兴的轨道能力从天而降地发动核打击。然而,如今的威胁已发生变化。洲际弹道导弹(ICBMs)等武器运载系统已大幅改进,太空核武器的担忧不再是针对地球目标,而是可能瞄准日益增长的太空军事和通信基础设施。

Lewis认为,尽管此类爆炸也可能损害俄罗斯自身的太空能力,但克里姆林宫的考量可能是,在一个“无人拥有太空能力的世界里,俄罗斯的处境可能比美国拥有显著优势太空能力的世界更好”。

俄罗斯可能部署此类反卫星武器的担忧在乌克兰战争期间不断加剧,尤其是在2022年2月俄罗斯发射Kosmos 2553卫星之后。尽管克里姆林宫声称该卫星是雷达系统的一部分,但美国指控称,Kosmos 2553虽本身并非武器,但旨在帮助开发核反卫星系统。尽管Kosmos 2553在2025年4月失控并被认为已停止运行,但这一事件进一步加剧了核安全专家对核查OST遵守情况的迫切需求。

Danagoulian教授相信,答案在于探测铀原子与高能宇宙射线粒子之间的相互作用。卫星所在的太空区域充满了高能质子,当这些质子撞击铀原子(许多核武器中使用的元素)时,会引发一种称为散裂(spallation)的过程,即碰撞导致中子被喷射出来。

Danagoulian解释说:“如果你能探测到这些中子,那本身就可以成为一个明确的信号,表明卫星上存在异常数量的铀,而且很可能就是核武器。”

他承认,这并非一个简单的想法。中子信号会随着距离源头的增加而减弱,而且低地球轨道中大量存在的质子、电子和伽马辐射会产生大量的背景噪声。但他坚信:“这并不容易,但我们相信可以实现。”

为了实现这一目标,Danagoulian提出了一种搭载像素化探测器阵列的卫星。每个像素约一平方厘米,并覆盖一层特殊形式的钻石。他解释说:“钻石非常擅长探测带电粒子,如电子和质子,但对中子来说基本上是透明的。如果一个中子进入,它不会与钻石相互作用,但会与内部的中子探测器相互作用。”

虽然钻石有助于过滤掉所有背景粒子,但探测器还需要能够区分来自潜在武器的中子和从地球反弹回来的中子。为解决这个问题,Danagoulian建议安装一种称为中子散射相机(neutron scatter camera)的装置,它能在短短几分之一秒内追踪中子的位置,从而确定其来源方向。

Jeffrey Lewis认为Danagoulian的提议在理论上可行,但他指出一个主要缺点:为了以高确定性探测武器级铀,探测系统需要位于距可疑武器约4公里(约2.5英里)的范围内。在太空环境中,这基本上意味着探测器和武器需要“紧挨着”。此外,探测器还需要观察可疑卫星长达一周才能获得准确读数。除了技术上的障碍,Lewis还表示,这种卫星“伴随”行为可能在地球上引发政治反响。

尽管存在地缘政治方面的考量,Danagoulian表示,他的工作得到了国家安全领域“另一方”同事的鼓励,他们认为他的核查提议“是一项值得研究的有价值的工作”。Danagoulian说:“我们希望,在我们发表这篇论文后,从事机密研究的人员能够以此为基础进行修改。希望这能引导我们找到一个可行的解决方案。”


参考文献: Areg Danagoulian. Detecting hidden nuclear weapons in space using cosmic rays. Nature, 2026; DOI: 10.1038/s41586-026-10783-2
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