Tại sao bom hạt nhân khi nổ tạo thành đám mây hình nấm?

Katie Lundquist, một nhà nghiên cứu kỹ thuật tính toán tại Phòng thí nghiệm Quốc gia Lunsley Fermore ở California, cho biết, mặc dù ban đầu vụ nổ năng lượng đã tạo thành một "quả cầu khí nóng", nhưng khi chỉ mới bắt đầu, nó sẽ dần dần nhô lên, quả cầu hình trụ ở giữa sẽ chịu lực nổi lớn hơn xung quanh. 

Hình cầu được hình thành theo cách này, khi chất lỏng có tỷ trọng thấp nhất ở vị trí chính giữa, nó sẽ nổi lên rất nhanh, giống như bánh cupcake trong lò nướng dần dần bị nóng lên và nở ra. Mặc dù toàn bộ chất lỏng hình cầu đang dâng lên, nhưng do các vậy chất ở giữa bốc lên nhanh hơn, không khí lạnh bên ngoài hình cầu sẽ bắt đầu tràn xuống bên dưới.

Điều này làm cho các bong bóng nổi lên bị xoắn lại thành một vòng tròn. Bởi vì các phân tử không khí nóng chuyển động nhanh hơn và nhiều năng lượng hơn, bởi vậy chúng sẽ va chạm với nhau ở tốc độ cao, và cuối cùng tạo ra một không gian rất lớn giữa chúng, do đó chúng tạo thành một môi trường gần như chân không. Vật liệu đẩy ra được hút vào chân không và sau đó lại được đẩy lên trên, do đó tạo thành đám mây hình nấm trên cùng và vùng phẳng ở dưới cùng.

Những quả bom hạt nhân được thả xuống trong chiến tranh và các thí nghiệm khoa học liên quan cho thấy những đám mây hình nấm có thể được hình thành trên mặt đất, nhưng nếu một quả bom hạt nhân được kích nổ trong không gian, thì những đám mây hình nấm có thể được hình thành không?

Câu trả lời là không có đám mây hình nấm

Đám mây hình nấm do bom hạt nhân tạo thành cần có khí quyển để kích hoạt các chất lỏng, chẳng hạn như không khí. Trong môi trường chân không của không gian, có rất ít không khí và về cơ bản, những đám mây hình nấm sẽ không thể hình thành. Môi trường không có không khí trên mặt trăng không thể tạo thành đám mây hình nấm.

Các đám mây nấm cũng có hình dạng và cấu trúc khác nhau, tùy thuộc vào sức mạnh và độ cao của vụ nổ bom hạt nhân mà các đám mây hình nấm được tạo ra có những đặc điểm khác nhau. Vụ nổ xảy ra ở Hiroshima và Nagasaki, Nhật Bản vào cuối Thế chiến thứ hai có hai phần chính, một phần là đám mây trắng bao gồm các sản phẩm bốc hơi của chính vụ nổ và nước ngưng tụ trong không khí xung quanh; phần còn lại là vật liệu màu nâu và mảnh vụn. Phần thân của hình nấm kéo dài lên khỏi mặt đất. Mọi người có thể thấy hai phần này không tiếp xúc hoàn toàn với nhau.

Khi một quả bom hạt nhân nổ sẽ tạo ra một đám mây trắng rất rõ ràng, bên dưới đám mây trắng là một đám mây màu nâu. Do bom hạt nhân được kích nổ ở khoảng cách 610 mét so với mặt đất nên đỉnh của đám mây và nấm của bom hạt nhân.

Mặc dù các vụ nổ bom hạt nhân có thể gây ra thiệt hại kinh hoàng nhưng chúng không có sức công phá lớn hơn so với các loại vũ khí do con người chế tạo ở giai đoạn sau.Theo Bộ Năng lượng Mỹ, sức công phá của các vụ nổ bom hạt nhân xấp xỉ 20.000 tấn thuốc nổ TNT, hoặc thậm chí ít hơn. Ngược lại, bom khinh khí AN-602 (Tsar Bomba) được sản xuất ở Liên Xô cũ có sức công phá tương đương 50.000 tấn.

Trong vụ nổ bom hạt nhân được thử nghiệm có cường độ mạnh hơn và gần mặt đất hơn, thân và mũ của những đám mây do vụ nổ tạo ra đã hợp nhất lại để tạo thành một cấu trúc giống như nấm điển hình.

Một đám mây hình nấm là một đám mây được ngưng kết bởi đám hơi nước hoặc các mảnh vỡ từ các vụ nổ lớn. Chúng thường được liên tưởng tới các vụ nổ hạt nhân, tuy rằng bất kể vụ nổ nào đủ lớn đều có thể tạo nên một hiệu ứng tương tự. Chúng có thể gây bởi các vũ khí quy ước uy lực mạnh như bom cha hay dung nham núi lửa hoặc các vụ va chạm lớn trong tự nhiên cũng có thể tạo nên các đám mây hình nấm.

Đám mây hình nấm là kết quả của sự hình thành đột ngột các dòng khí khổng lồ có mật độ thấp và nóng ở gần mặt đất, từ đó chúng tạo ra hiệu ứng ổn định Rayleigh-Taylor. Khối khí nóng dâng lên nhanh chóng và chuyển động hỗn loạn xoáy tròn quanh biên cuốn theo khói và các mảnh vỡ vật chất tạo thành thân nấm. Dòng không khí nóng dâng cao mãi cuối cùng chúng đạt tới độ ổn định khi mà nhiệt độ giảm và mật độ không thể thấp hơn không khí ở đó nữa thì tỏa ra xung quanh, hình thành mũ nấm trước khi rơi xuống.