原子彈爆炸為什麼會形成蘑菇雲呢？我們都知道原子彈爆炸時會釋放出巨大的能量，在爆炸的中心區域會產生數千萬攝氏度的高溫與幾十億個大氣壓的壓力。高溫高壓迅速影響著周圍的空氣，大約在兩萬分之一秒的時間內就能使周圍的空氣升溫膨脹，並快速上升。依靠那股上衝時的巨大能量，地面的石頭，碎片，粉塵等物質就會被推到高空形成蘑菇莖。而熱死團在上升過程中，由於同周圍低溫的空氣接觸，溫度逐漸降低到與周圍氣體的溫度一致，便向水平方向散開，從而形成蘑菇頂。

就這樣一頓完整的蘑菇雲就形成啦。

一說到蘑菇雲，大家腦子裡的第一反應通常都是原子彈爆炸，但是，蘑菇雲的產生跟核武器之間其實並沒有必然的聯絡，它只跟爆炸的方式（重力環境下、非地下或者高空爆炸）以及釋放的能量（即爆炸當量）有關。所以，即使是非核武器，像一些大威力常規武器，比如大型溫壓彈（GBU-43）在爆炸時都是可以產生蘑菇雲的，除此之外，一些伴隨著巨大能量釋放的自然現象，比如火山爆發、小行星撞擊等同樣也會出現巨大的蘑菇狀煙雲。下圖中的就是位於義大利西西里島的埃特納火山（Etna）爆發時產生的蘑菇狀煙雲：

▲埃特納火山爆發

那麼，這種在爆炸或者其他伴隨著巨大能量釋放的過程中，會產生蘑菇狀煙雲的原理又是什麼呢？在回答這個問題之前，我們先來了解一個物理概念，叫做：瑞利泰勒不穩定性，什麼是“瑞利泰勒不穩定性”呢？它其實就是流體間出現密度分層時導致的一種非穩定現象，即：在重力環境下，當密度小的流體支撐或者加速密度高的流體時，在它們的分介面就會出現一種“擾動”，而在這種“擾動”的作用下，流體的介面將無法再保持穩定，這時不同密度的流體就會相互的侵入，最終出現湍流混合。這種現象就叫做流體之間的“瑞利泰勒不穩定性”，其流體力學模擬圖如下所示，藍色和黃色的部分表示不同密度的流體：

▲“瑞利泰勒不穩定性”模擬圖

因此，大概瞭解了“瑞利泰勒不穩定性”這個物理概念，我們就可以來解釋一開始的問題了：為什麼原子彈爆炸時會產生蘑菇雲？其實當原子彈或者其他大威力武器爆炸時，其大概的過程是這樣的：

1、爆心周圍的空氣被迅速加熱升溫，導致密度減小、體積變大；

2、密度小的熱空氣會上升，與上方密度更大的冷空氣相遇，從而出現前面提到的“瑞利泰勒不穩定性”現象；

3、這時，冷空氣的下降和熱空氣的上升均受到相互間的阻礙，進而冷、熱空氣之間出現湍流，互相侵入混合，使得密度更大的冷空氣會向四周擴散、下降；

4、爆心周圍的真空環境會進一步加劇低空冷空氣的迴流，迴流的冷空氣在爆心被加熱後膨脹、上升，托住上方的空氣團。所以，這個“迴流上升的氣流”其實就是蘑菇雲中的“莖”這個結構。

5、雲團的頂部因為冷、熱空氣之間的交匯而出現“渦環”，當達到一個平衡狀態後，空氣團就會停止上升，變成像四周膨脹，最終頂層就會變成“蘑菇狀"。

▲蘑菇雲的產生原理簡圖

所以，以上，就是原子彈爆炸為什麼會產生蘑菇雲的相關物理解釋，可以結合上圖來幫助理解。最後有一點我們要注意，就是我前面一直有提到的“在重力環境下”，“重力環境”是蘑菇雲產生的一個必要條件，只有處於重力環境下，密度不同的空氣交匯出現瑞利泰勒不穩定性才會導致蘑菇雲的產生，如果是一個沒有重力的環境，比如外太空，那麼爆炸後是不可能出現蘑菇雲的，而是呈現一個“球型”。還有就是，蘑菇雲的產生需要近地或者是觸地爆炸，在這個過程中，迴流的冷空氣會吸入地面的塵土、砂石，從而產生蘑菇雲的“莖”，如果是大氣層內的高空核爆，那麼也不會出現莖裝的蘑菇雲，爆炸後的“頭部”主要是等離子態的物質以及和爆炸產生的放射性粒子。

▲“沙皇炸彈”爆炸產生的蘑菇雲

最後一個問題：最大的蘑菇雲有多大？如果這個問題問的人造蘑菇雲的話，那麼最大的無疑就是在1961年10月30日測試的“沙皇炸彈”產生的蘑菇雲了，“沙皇炸彈”是一枚三級內爆式熱核武器（即三相彈），爆炸當量達到了5800萬噸TNT，產生的蘑菇雲高度超過了67公里（7.6個珠穆朗瑪峰那麼高），頂冠的寬度為95公里，底部寬度40公里，上圖中的就是“沙皇炸彈”爆炸後產生的巨大蘑菇雲。

原子彈爆炸為什麼會形成蘑菇雲呢？我們都知道原子彈爆炸時會釋放出巨大的能量，在爆炸的中心區域會產生數千萬攝氏度的高溫與幾十億個大氣壓的壓力。高溫高壓迅速影響著周圍的空氣，大約在兩萬分之一秒的時間內就能使周圍的空氣升溫膨脹，並快速上升。依靠那股上衝時的巨大能量，地面的石頭，碎片，粉塵等物質就會被推到高空形成蘑菇莖。而熱死團在上升過程中，由於同周圍低溫的空氣接觸，溫度逐漸降低到與周圍氣體的溫度一致，便向水平方向散開，從而形成蘑菇頂。

就這樣一頓完整的蘑菇雲就形成啦。

一說到蘑菇雲，大家腦子裡的第一反應通常都是原子彈爆炸，但是，蘑菇雲的產生跟核武器之間其實並沒有必然的聯絡，它只跟爆炸的方式（重力環境下、非地下或者高空爆炸）以及釋放的能量（即爆炸當量）有關。所以，即使是非核武器，像一些大威力常規武器，比如大型溫壓彈（GBU-43）在爆炸時都是可以產生蘑菇雲的，除此之外，一些伴隨著巨大能量釋放的自然現象，比如火山爆發、小行星撞擊等同樣也會出現巨大的蘑菇狀煙雲。下圖中的就是位於義大利西西里島的埃特納火山（Etna）爆發時產生的蘑菇狀煙雲：

▲埃特納火山爆發

那麼，這種在爆炸或者其他伴隨著巨大能量釋放的過程中，會產生蘑菇狀煙雲的原理又是什麼呢？在回答這個問題之前，我們先來了解一個物理概念，叫做：瑞利泰勒不穩定性，什麼是“瑞利泰勒不穩定性”呢？它其實就是流體間出現密度分層時導致的一種非穩定現象，即：在重力環境下，當密度小的流體支撐或者加速密度高的流體時，在它們的分介面就會出現一種“擾動”，而在這種“擾動”的作用下，流體的介面將無法再保持穩定，這時不同密度的流體就會相互的侵入，最終出現湍流混合。這種現象就叫做流體之間的“瑞利泰勒不穩定性”，其流體力學模擬圖如下所示，藍色和黃色的部分表示不同密度的流體：

▲“瑞利泰勒不穩定性”模擬圖

因此，大概瞭解了“瑞利泰勒不穩定性”這個物理概念，我們就可以來解釋一開始的問題了：為什麼原子彈爆炸時會產生蘑菇雲？其實當原子彈或者其他大威力武器爆炸時，其大概的過程是這樣的：

1、爆心周圍的空氣被迅速加熱升溫，導致密度減小、體積變大；

2、密度小的熱空氣會上升，與上方密度更大的冷空氣相遇，從而出現前面提到的“瑞利泰勒不穩定性”現象；

3、這時，冷空氣的下降和熱空氣的上升均受到相互間的阻礙，進而冷、熱空氣之間出現湍流，互相侵入混合，使得密度更大的冷空氣會向四周擴散、下降；

4、爆心周圍的真空環境會進一步加劇低空冷空氣的迴流，迴流的冷空氣在爆心被加熱後膨脹、上升，托住上方的空氣團。所以，這個“迴流上升的氣流”其實就是蘑菇雲中的“莖”這個結構。

5、雲團的頂部因為冷、熱空氣之間的交匯而出現“渦環”，當達到一個平衡狀態後，空氣團就會停止上升，變成像四周膨脹，最終頂層就會變成“蘑菇狀"。

▲蘑菇雲的產生原理簡圖

所以，以上，就是原子彈爆炸為什麼會產生蘑菇雲的相關物理解釋，可以結合上圖來幫助理解。最後有一點我們要注意，就是我前面一直有提到的“在重力環境下”，“重力環境”是蘑菇雲產生的一個必要條件，只有處於重力環境下，密度不同的空氣交匯出現瑞利泰勒不穩定性才會導致蘑菇雲的產生，如果是一個沒有重力的環境，比如外太空，那麼爆炸後是不可能出現蘑菇雲的，而是呈現一個“球型”。還有就是，蘑菇雲的產生需要近地或者是觸地爆炸，在這個過程中，迴流的冷空氣會吸入地面的塵土、砂石，從而產生蘑菇雲的“莖”，如果是大氣層內的高空核爆，那麼也不會出現莖裝的蘑菇雲，爆炸後的“頭部”主要是等離子態的物質以及和爆炸產生的放射性粒子。

▲“沙皇炸彈”爆炸產生的蘑菇雲

最後一個問題：最大的蘑菇雲有多大？如果這個問題問的人造蘑菇雲的話，那麼最大的無疑就是在1961年10月30日測試的“沙皇炸彈”產生的蘑菇雲了，“沙皇炸彈”是一枚三級內爆式熱核武器（即三相彈），爆炸當量達到了5800萬噸TNT，產生的蘑菇雲高度超過了67公里（7.6個珠穆朗瑪峰那麼高），頂冠的寬度為95公里，底部寬度40公里，上圖中的就是“沙皇炸彈”爆炸後產生的巨大蘑菇雲。