應當反過來想一下，為何蘑菇與核彈爆炸如此相似， 蘑菇其實就一種菌類的進化的超級放大版，對於它的時間線來說，從出生到成長，相當於我們人類感受一次核暴的時長，那麼就好解釋了，蘑菇的生長就是一種非常激烈的爆炸式發育。

原子彈爆炸後的氣流形狀跟爆炸原理完全沒關係，只跟爆炸能量大小和爆溫爆速有關係，當一個核裝置被引爆時，周圍較大範圍內都將產生大量的X射線、中子 、α粒子等高能粒子，它們不僅具有摧毀四周一切建築、殺死大範圍內一切有生命的物體的本領，更直接的作用是極迅速地加熱周圍空氣。

這些高溫空氣和著大量塵埃在爆炸力和浮力作用下高速升空。最先它們升空時是形成一道雲柱，當雲柱升高膨脹後，其頂部空氣和塵埃碰到上面的冷空氣將開始降溫。

當這些上升的空氣和塵埃降溫到同周圍空氣幾乎等溫時，它們將減速上升，然後改變運動方向，變成向周圍平移，最後逐漸變為下降。

因為是在中低空引爆，其實原子彈低空引爆在短時間內應該是球形，但當衝擊波遇到地面反彈時球形雲就會被壓扁，並且由於起爆中心是低壓，還會從地面吸起一股塵埃柱（由於是低空，塵埃柱很快就會和被壓扁的雲體相連），但由於這中間的過程太快，肉眼無法觀察到形成過程，只能看到蘑菇雲

而在中空起爆，起爆中心和地面有一定距離，所以雲體被壓扁的過程會變慢，還可能因為高度過高導致塵埃柱無法與雲體相連。

如果在高空或太空起爆，那就不會形成蘑菇雲了，由於太空中沒有介質，所以無法完成在大氣層中所具有的力學打擊，衝擊波不會反彈，不會有塵柱，也就沒有蘑菇雲了

核爆炸發生後，巨大的能量向四周擴散，地面阻礙了向下的氣流。熱脹冷縮，熱空氣向上升，遇到平流層高空冷空氣收縮，但是下面不斷湧上來的高溫高壓氣體持續上升，上面的核爆氣流向四周擴散。就形成了巨大的蘑菇雲。

原子彈爆炸和蘑菇雲的形成並沒有直接關係,不是隻有原子彈爆炸才會形成蘑菇雲,也不是所有原子彈爆炸都會形成蘑菇雲。

蘑菇雲的形狀主要是由於氣壓對流以及爆炸煙雲物質的翻騰所形成，其實並非核武器才會產生蘑菇雲，較大的猛炸藥爆炸、隕石撞擊等也會產生蘑菇雲，它與原子彈爆炸沒有必然性。

上圖.法國1971年在南太平洋進行的3萬4千噸核彈試驗瞬間

事實上，如果將核彈放到水下或者超高空、宇宙空間等條件下爆破，它根本形成不了蘑菇雲，普通的核爆炸也不是次次都一定能形成完美的蘑菇雲，因此核爆後對蘑菇雲形狀進行報告亦是重要的觀測專案之一。

上圖.1945年投擲在長崎的原子彈，可以看到兩層塵柱結構

蘑菇雲的形成與氣壓、空氣受熱情況以及熱膨脹係數有關，其實是個簡單的物理概念。

上圖.核爆時的等離子體

核爆發生後，原子彈鏈式反應產生的超高溫會將空氣加熱到極高的溫度，中心區域在瞬間會形成一個“高溫等離子體”，我們一般稱之為“火球”。在許多原子彈的觀測目擊中，這個“火球”會發出太陽一樣的光芒，遠比事後的蘑菇雲更讓目擊者震撼。

上圖.1947年“十字路口行動”中海底爆炸的2萬噸級原子彈，海水被打成水牆，可以清晰的看到空氣膨脹情況

因為高溫，等離子體會透過燃燒、碳化迅速擴張，過程表現為吹氣球似的膨脹和湮滅，空氣在這一過程中也會受到影響，從而跟隨受熱而膨脹，分子熱運動就越激烈。或者我們可以換一種喜聞樂見的說法——溫度愈高，布朗運動愈明顯；溫度越高，擴散就越快。

上圖.美軍1952年在內華達進行的原子彈試驗，小型核彈的“塵爆感”會更強一些

但過度的熱膨脹造成了分子密度的急速降低，大量的空氣分子被分開到周圍的空間之中，因此同一體積單位內，空氣的重量變輕了。如此，熱空氣會洶湧的上升，在高壓的幫助下擠開一條“甬道”。

上圖.1958年“Operation Hardtack I”（硬餅乾1號行動）中海底引爆的核彈，可以看到層層疊疊的上升雲狀氣流

與此同時，核彈爆炸時，產生的衝擊波會將地面、水面大量的物質震碎、燃灰、蒸發並拋灑到天空中，當高溫等離子體短短的生命結束後，它們便會因為驟然的真空而被“吮吸”填充進核彈爆炸的“內部”，繼而被熱空氣裹挾，隨著“甬道”直升天際，形成長長的“蘑菇柄”。

上圖.廣島的“小男孩”，可以看到頂端氣流的影響，它的爆高是600米，蘑菇雲高度16千米

“甬道”內的熱空氣畢竟能量有限，上升到一定程度後便會在冷空氣的打壓下達到極限，再也無法上升。但這時仍然會形成一個新的迴環，遭冷空氣影響降溫的上升氣流會被下方繼續上升的氣流阻擊，雙方僵持不下，被捲起的蒸汽、塵土、灰燼也摻和在內，便會形成膨大的蘑菇頭。這樣，我們看到的“蘑菇雲”便形成了。

上圖.中國第一顆原子彈

至於蘑菇雲的顏色，這與核彈的當量以及爆炸高度、爆炸地點的地面物質有關係，一般來說，原子彈形成的煙雲是灰色和深褐色、青色幾種，當量越大的核彈，顏色越淺而發白，蘑菇的形狀也越均勻。10萬噸級以下的原子彈與幾十萬、上百萬噸的氫彈區別非常明顯。

上圖.中國第一顆氫彈

此外，氫彈的氫元素也是顏色重要的來源，但最大的影響因素還是核彈的爆高，例如中國的核彈爆炸，中學課本上就有圖片。第一顆原子彈是在102米的鋼架上爆破的，當量兩萬噸，炸出的是深濃的黑蘑菇。而第一顆氫彈採用的是航空投擲，11000米投彈，3000米高空爆炸，炸出的是肥碩的杏鮑菇。假如它們在地面爆炸的話，依然會是一片灰裡吧唧的土色。

怎麼樣？這就是蘑菇雲的奧秘。

蘑菇雲的產生跟爆炸當量和爆炸方式有關，只要爆炸當量達到了一定的程度，以及滿足了起爆條件（重力環境，非高空或者地下爆炸），即使是一些非核武器，在爆炸瞬間也是可以產生蘑菇雲的，比如大家聽的比較多的溫壓彈。蘑菇雲除了可以透過人造之外，大自然中的一些劇烈能量釋放同樣可以產生巨大的天然蘑菇狀煙雲，比如猛烈的撞擊（小行星）和火山爆發，下圖就是位於美國阿拉斯加州南部的裡道特火山(Mount Redoubt)在1990年爆發時產生的巨大蘑菇雲：▲火山爆發產生的蘑菇雲

那麼，為什麼發生大當量爆炸的時候就會產生蘑菇狀的煙雲呢？這個跟不同密度的流體（空氣也是一種流體）之間出現瑞利－泰勒不穩定性有關，至於什麼是流體間的瑞利－泰勒不穩定性？它指的是：在重力環境中，當低密度的流體支撐（或者加速）高密度的流體時，在流體介面出現的擾動不穩定現象，使得流體介面無法保持穩定，兩種密度的流體間互相侵入，從而出現湍流混合的一種過程，這就是流體間的瑞利-泰勒不穩定性。

▲核爆產生的蘑菇雲

所以，當原子彈爆炸（或者其他的大當量常規武器爆炸）的時候，會出現以下這個過程：

1、爆心附近的空氣被瞬間加熱，體積膨脹，密度變小；

2、熱空氣（低密度流體）上升，與上面的冷空氣（高密度流體）相遇後出現瑞利－泰勒不穩定性現象；

3、熱空氣上升受阻，冷空氣下降受阻，兩者間互相侵入混合，出現湍流，冷空氣像四周擴散並下降；

4、爆心附近出現真空，導致附近低空冷空氣迴流，被加熱上升，從而產生氣流拖住上方的雲團，也就是蘑菇雲的“莖”；

5、頂端的冷、熱空氣交匯形成渦環，當之間達到一個平衡狀態時則會停止上升，最終形成蘑菇的頂蓋形狀。

▲蘑菇雲內部解析圖

因此，蘑菇雲的產生的主要原因就是在重力環境下，密度不同的冷、熱空氣之間交匯時出現瑞利-泰勒不穩定性。在地球的重力環境下，大部分的大型爆炸都會出現蘑菇裝煙雲（如果沒有重力，爆炸後的產物將會呈現球型），近地或者是地面爆炸時，氣體迴流會吸入地面的泥土等其他碎屑，從而出現大量的煙塵，產生一個支撐蘑菇頂部的“莖”；而如果是高空爆炸，比如核爆的時候，那麼一般情況下不會出現帶“莖”的蘑菇雲，其頭部主要由放射性粒子以及一些高溫等離子狀態的物質（被高溫“氣化”武器其他部件）組成。

不僅僅原子彈爆炸會產生蘑菇雲，所有炸彈爆炸後都會產生蘑菇雲，只不過原子彈爆炸產生的蘑菇雲巨大，震撼力極強。

不同蘑菇雲的尺寸原子彈和氫彈爆炸原理與一般炸彈有天壤之別，基本原理就是愛因斯坦相對論公式E=MC²。由質量直接轉化為能量，爆炸前的體積極小，瞬間釋放的能力極大。爆炸瞬間形成一個溫度高達1億攝氏度、壓強超過萬億帕，密度接近於零的膨脹“空腔”。

核彈：小男孩

隨著爆炸釋放的大量熱量把周圍空氣加熱，使得“空腔”周圍空氣體積密度變小。冷空氣浮力成為主要的向上推動力量，熱球裹脅著水汽、塵埃、壓縮氣體快速上升，形成“蘑菇柱”（也稱為“蘑菇梗”）。

隨著能量的釋放，熱球體積迅速增大，與周圍的冷空氣逐步混合。當上升到一定高度後，熱球重力與空氣浮力相近時，熱球不再繼續上升。此時，熱球仍然比周邊空中溫度高很多，熱量向四周釋放。受到橫向膨脹力與縱向重力的牽扯，下降氣流又會撞上後面的上升氣流，導致熱球在翻滾中進一步擴散，形成了“蘑菇頂”。

核武器在太空爆炸不會形成蘑菇雲，而是一個四處均勻擴散的球體。137億年前的宇宙誕生之時，質量無限大，體積無限小的“奇點”發生爆炸。宇宙大爆炸類似於核爆炸，這個爆炸現在還在持續，宇宙中所有的一切不過都是“奇點”爆炸的塵埃。可以這麼說，我們的一切來自於一次“核爆炸”。

核爆炸產生磨菇雲是大威力爆炸在大氣底層開始產生的。只要是足夠大威力的爆炸，加熱了空氣水汽地面固態物質，形成比空氣輕的球形混合物，不透明的煙塵，球形輕而迅速上升變成柱狀是磨菇柄，接近地面水平擴散成為根，上升到平流層就是到了大氣頂層，空氣稀薄不能繼續上升，而向四周擴散開來，大氣頂層是圓頂傘形的，擴散後就成磨菇菌蓋。一朵磨菇菌就形成了，不單純是核爆炸，只要爆炸比較靠近地面，威力足夠大，能使煙塵上升到平流層就會形成磨菇雲。在實驗室裡用黑火藥加一個圓頂鍋蓋在上面，點燃可形成短時的小磨菇雲。

作為人類有史以來製造過的破壞性最強的大殺器，原子彈這類核武器有一個最典型的外在特徵，那就是爆炸後形成的巨大蘑菇雲，學名叫蕈（xùn）狀雲。蘑菇雲的產生其實涉及的知識相對簡單，原子彈在爆炸瞬間會形成一個幾千萬攝氏度，甚至上億度的巨大火球，同時向周圍釋放出高能輻射，以原子彈爆炸投影點為中心，半徑數千米內的空氣、土層、石頭都會被氣化成氣體，這些高溫氣體因為受熱膨脹，密度要小於周圍空氣，再加上爆炸後的向上衝擊力，這些氣體就會被託舉上升，形成一個筆直的中心上升雲柱。（蘑菇雲中心雲柱的上升）

由於高度每上升100米，溫度下降0.6℃，這些上升的氣體混合物在到達數千米的高空後會逐漸冷卻並且上升速度變慢，在被上層固有云團阻擋後，這些氣體受阻後無法上升，因此只能被迫向四周擴散，導致雲柱頂端越來越大，逐漸形成一個底部小，上頭大的蘑菇狀雛形。（蘑菇雲的不斷壯大過程）

在這個雛形形成過程中，另一個因素則加劇了蘑菇雲雛形的成長！在原子彈爆炸中心，由於爆炸衝擊和強烈燃燒作用，這裡短時間內會形成一個近似真空的狀態，這個真空由於壓力遠遠小於周圍的大氣壓，因此會產生強大的抽離作用，將周圍的空氣和各種雜物源源不斷的往天空輸送，最終促使上方核爆雲層不斷變大，變粗，最終形成範圍幾十乃至於幾百公里的龐大蘑菇雲！（蘑菇雲的真空抽離作用和颱風形成的原理是差不多的）

蘑菇雲雖然好看，但是卻殺機四伏！因為不管是爆炸初期上升的氣體混合物還是後期周圍抽離補給的氣團，其中大量的物質都遭受了嚴重的核輻射，而所謂的蘑菇雲其實就是一個聚集了海量輻射塵埃的移動定時炸彈。這些雲團一旦遭遇冷空氣，就會冷凝成水滴，最後以降雨的方式重新回到地面，被輻射雨洗刷過的地面就將遭受二次核汙染，最後變成輻射重災區！由於雲團隨風飄動，進入大氣環流後，移動距離可達上千公里，因此即使核爆炸在人煙稀少地區，最後也可能會導致距離遙遠的人口密集區遭受不同程度的核汙染！（普里皮亞季地區可怕的輻射雲）

1986年，前蘇聯加盟國烏克蘭普里皮亞季地區的切爾諾貝利核電廠發生劇烈爆炸，大量輻射物質被噴射至高空雲層，這些雲層隨著大氣環流四處遊走，最後以降雨的形式落回地面，這不僅汙染了鄰近的烏克蘭、俄羅斯、白俄羅斯廣大地區，甚至連幾千公里之外的希臘、法國、瑞典甚至是英吉利海峽對岸的英國南部地區都遭受了嚴重核汙染！所以說蘑菇雲雖美，但卻是綻放的死亡之花！（切爾諾貝利核汙染地區，幾乎遍及整個歐洲）

除了核爆炸之外，威力強大的常規爆炸、火山噴發、隕石撞擊，乃至於星體之間的互懟都可能會產生蘑菇雲，原理基本都是大量熱氣流短時間內高速上升所致。人類目前觀察到的最大的蘑菇雲來自於1994年7月17日的太空，當時直徑達到5公里以上的蘇梅克-列維九號彗星被木星引力捕捉，最終以每小時21萬公里的速度撞擊木星大氣層，產生的能量超過6萬億噸TNT爆炸（人類現有核武器總量的一千倍以上）！當時形成的蘑菇雲高達500公里，直徑達到數千公里，而前蘇聯威力最大的沙皇炸彈（500萬噸TNT當量）爆炸時，蘑菇雲也不過64公里高，40公里寬而已！（蘇梅克-列維九號撞擊木星示意圖）

大油罐爆炸了也是蘑菇雲，熱空氣上升，最頂部在冷卻減速被中間的退向四周然後再次被上升氣流捲起成了一個裡外翻滾上升的蘑菇狀捲雲

原因其實很簡單，就是空氣阻力！爆炸時中心區域形成的向上壓力巨大而集中，隨著高度增加外層的爆炸氣流受空氣阻力會慢於中心區域，這樣外層的氣流急劇減慢，中心的氣流繼續上衝就形成了翻滾狀態的

蘑菇雲。