制作：王铮（中国科学院国家空间科学中央）
监制：中国科学院打算机网络信息中央
科幻影视、游戏场景中，常会涌现这样的画面：一绅士兵扔出一颗手雷，但是想象中的爆炸、烟火和碎片并没有涌现，而是会闪过一道脉冲式的光芒，一定范围内的武器、电子设备也随之失落控，在不侵害人的情形下就让仇敌的战斗力瞬间瓦解。然后个中一人幡然觉醒，急忙给队友报信，是“EMP”攻击！
△科幻场景中的EMP武器（来源： vignette.wikia.nocookie.net）
许多军事爱好者对这种叫作EMP的新式武器并不陌生。EMP实在并不是这种武器的名字，而是物理征象“电磁脉冲”（ElectroMagnetic Pulse）的英文简称。人们只是把“EMP武器”简称为“EMP”。
不伤人，只毁电子设备，EMP是如何做到的？
被EPM攻击之后，只有电子设备会失落控，电子设备以外的事物，包括人、建筑等却险些可以毫发无损。电磁脉冲指的是突发的、宽带电磁辐射的高强度脉冲。空间中的电磁场无色无形，但是，电磁场发生变革，可以在电路中产生电流（变压器的事理）。
对付用电设备或电子设备来说，电磁脉冲剧烈变革的交变电磁场与个中的电子线路发生耦合，会在瞬时产生很强的电流和浪涌，乃至能直接毁坏元件。由于这个特色，EMP武器一样平常常用于只摧毁对方的军事抵抗从而进行俘虏和盘踞的行动。
我们熟知的核武器也是EMP武器。核爆过程中所产生的γ射线向四周辐射的过程中，和空气中的氧、氮原子相撞击，产生带负电的电子以及极强的电磁场，以是在爆炸周围一定范围内的电磁脉冲非常强烈。不过，地面附近的空气密度很大，中性分子、原子很多，产生的电子难以扩散，对地磁场产生的影响很有限。但是如果在空中可就不一样了，一些国家曾考试测验过“高空核爆”，也便是在地面几十至上百公里以上引爆核弹，这样就会在地球空间环境中产生效应，并造成非常大范围的影响，而这个空间区域也便是我们下面要讲的地球电离层。
△高空核爆的EMP攻击（来源： geopoliticalfutures.com）
电离层是我们头顶上空几十到上千公里的、部分电离的大气。“部分电离”指的是大气中性分子在太阳辐射下电离成带电的电子和离子，但个中的身分依然以中性为主，以是被电离的只是一部分，但这一部分已经多到足够对电磁波传播产生影响。
1901年12月12日，贩子马可尼的公司在英国发射摩尔斯码的“S”，自己则在加拿大的圣约翰市指挥助手们用鹞子把无线电吸收天线带到约150米高空，并且成功吸收到了发来的旗子暗记，由于直线传播是不能到达球形地面的另一真个，这证明了高空中存在能够反射无线电波的电离层。
△马可尼1901年的无线电实验（来源： wikimedia.org）
电离层中空气的密度非常低——气压大概是地面的百万分之一，但却有着一定数量的带电粒子，它们毫无疑问会受到地球的磁场的浸染。电离层中的电子和离子在区域分布上受磁场制约，集体大规模运动会受中性风和磁场综合效应的掌握，它们会绕着磁力线旋转，并根据地球磁场在不同地区的形态不同，涌现反射、漂移等微不雅观层面的运动。一些区域的电子和离子由于发生率、丢失率还有碰撞频率等浸染，可能产生堆积，形成电势差，并浸染于地球磁场。此外还有许多其他效应。
这时候，如果高空核爆溘然带来许多新的电子和离子，它们也同样会被地球磁场捕捉，加入到这些电离层行动中。它们的涌入会造成一定范围内电磁场强烈的变革，产生极大范围的扩散电子脉冲。根据宣布，1962年6月9日，美国在太平洋约翰斯顿岛上空500千米爆炸了一颗140万吨当量核弹头，造成1280千米之外的夏威夷瓦胡岛上涌现大面积停电、电话中断、收音机不响、各种电子仪器故障，这让专家们都震荡于在电离层中孵化出的EMP的强大威力。后来根据打算，当量1000吨的氢弹如在40千米高空爆炸，可能影响全体欧洲。
△高空EMP的影响范围非常大（来源： geopoliticalfutures.com）
正是看到EMP武器的威力和前景，一些国家投入到干系的研发，据称1991年海湾战役期间美军就在E-8“联合星”飞机上携带和利用了EMP武器。1998年，俄罗斯发明了重8公斤的小型强电流电子加速器，爆炸时发出X射线、高功率微波，可毁坏电子设备。近年来一些关于EMP武器的信息层出不穷，才催生出科幻影视、游戏场景中对遍及的小型化EMP武器的想象。
事实上，并非只有我们人类有能力操控这种物理征象，大自然也能进行EMP攻击。
论EMP攻击，自然界才是高手
人类希望让EMP武器小巧而可控，但大自然可不管这些，它肆意妄为仿佛是调皮的孩子。如果说高空核爆只是人类扣动扳机后，由地球电离层进行放大的EMP武器，那么太阳风暴则毫无疑问是更加具有规模和毁坏力的自然界的EMP武器的扳机。太阳风暴包含着许多电磁活动过程，会对我们人类在地球建筑的电网、电子设备产生致命的攻击。
著名电影《2012》创作的灵感，就来自科学家对强大太阳风暴影响地球空间环境，进而危害人类电网、电子设备这一风险的提醒。
△强太阳风暴时太阳喷出的物质（来源：https://3iom3142cnb81rlnt6w4mtlr-wpengine.netdna-ssl.com/wp-content/uploads/2016/05/fig12-702x336.jpg）
那么这种“纯天然”的“EMP武器”是怎么运作的呢？
太阳爆发期间，它的大量物质喷发进入宇宙中，也便是“日冕物质抛射”。来自太阳的高速等离子体携带着太阳的磁场冲击地球磁层（地球磁场在宇宙空间中掌握的区域），会使磁层压缩变形。太阳等离子常日携带着南北方向迁徙改变的磁场，当磁场转为南向时，和地磁场发生强的相互浸染，会将巨大的能量带入到地球磁层（不过一样平常是大量进入地球背面），带电粒子由于磁层的过程注入到被称为环电流的地球周围的电流当中，变革的电流会产生变革的磁场，从而引起环球范围剧烈的地磁扰动。
这些过程也会引起电离层以及个中磁场的剧烈变革，因此被称为“电离层暴”。人们用Dst指数衡量地磁场扰动的强烈程度，这个指数是环球通用的。Dst 指数平时每每是负几或者几十，也有正值，都不大，但是在强扰动下会变成-50以下，乃至负几百。
△2020年6月环球的Dst指数（来源：国际地磁数据中央）
磁暴时，剧烈变革的地磁场会在地球电离层中产生快速变革的强电流，它们再感应出变革磁场，就会形成对地面的“EMP攻击”。这些变革的空间磁场在地面、长间隔高压输电线、变压器接地点组成的回路中产生电流，这便是地磁感应电流（GeomagneticallyInduced Current，简称 GIC）。在大磁暴时，输电网络中产生的地磁感应电流可以达到几十到几百安培。正如我们前边先容的，这种电流过程足以对电路元件产生侵害。
这种征象当然并非只是科学家的凭空想象。1989年3月13日，一次太阳风暴引发了地球一系列的效应，最终极大地危害了加拿大魁北克地区的电网，导致该地区涌现大范围的断电事件，受直接影响的居和颜悦色数达到600万人，停电时长达到9个小时，造成了高达数千万美元的经济丢失，这次事宜被称为“魁北克事宜”。
由此可见，自然界的EMP攻击才是真正的EMP“大神”呀。
