分类： 生活

一个有意思的问题，鸟类为什么会出现喙。

今天的鸟类种类庞杂，但无一例外都长着喙，喙其实就是在颌骨和下颌骨上包裹的角质层。

从地球生物演化的历史上看，鸟类并不是唯一具有角质喙嘴的类群，部分恐龙、几乎全部翼龙、比恐龙还要早的某些合弓纲生物都曾经演化出的喙嘴结构，说明这个结构还是很有用处的。

与其他动物的嘴相比，喙嘴结构显然更坚固、不容易受损、消耗小、而且能够适应多样的取食方式。当然这只是喙嘴的部分优势吧，也可能是生命演化史上多次出现的原因吧。

一些古生物学家将喙的出现与牙齿的消失看成一个事件，就像是一个此消彼长的过程，这个变化为的是飞行。最近古生物学家的研究指出，鸟类牙齿的消失发生在胚胎发育过程中，为的是缩短孵化时间，提高成功出生的比率。所以牙齿的消失是为了飞行这个观点受到了很大的挑战。

鸟类喙嘴结构的出现早于牙齿的消失，从目前发现的化石看，早在白垩纪早期的古鸟类就已经拥有角质喙了，而同时代甚至更早时代的恐龙依然是嘴巴，后期出现的长有角质喙嘴的恐龙们则又与鸟类喙嘴结构没有直接的演化关系。

尽管演化是无目的性的、随机的，但是角质喙嘴在鸟类身上的普遍存在肯定有其原因，这或许与鸟类出现早期所处的生态位有关，体型娇小的它们主要以昆虫、种子、鱼类等为食，不需要能够撕咬、咀嚼的嘴巴，因此角质喙就成了最好的选择，这个结构在之后的演化中就成了鸟类的标配。（这一段是个人猜想）

鸟类已经出现超过 1.2 亿年前了，在这漫长的时间内，其演化过程是纷繁复杂的，我们根据有限的化石只能瞥见其中的点滴，对于这个家族的演化发育过程还有太多未知等待我们去探索和解释。

图片来自网络，侵删

“二里头遗址”的出现，是神话的结束，也是历史的开端。随着二里头考古成果的积累，夏朝的存在及其模样也逐渐清晰。越来越多的学者认为，“二里头”这个人口不过几千的小村庄，很有可能是夏王朝中晚期的都城所在。

距今 4000 年前的一天，神话传说中的英雄大禹，路过家门却无暇进入。催促着他的脚步的，是一场前所未有的大洪水。

（出自《史记·夏本纪》，尧舜时期，黄河流域饱受洪水侵扰）▼

当帝尧之时，鸿水滔天，浩浩怀山襄陵，下民其忧

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历经长达十余年的治理后，水患终于平息。但大禹没有意识到的是，他的家族将开启一个怎样的王朝，又将怎样改变中国的命运。

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要了解神话迷雾后的真相，我们需要先将时光倒回至，距今 5000 多年前。

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01 文明的“诅咒”

– 都邑初兴 –

5000 多年前的中华大地上，众多古国兴起，如繁星点点。虽是小国寡民，却也各自为政，欣欣向荣。但好景不长，仿佛受到了“诅咒”一般，这些古国无一例外地走向衰落。

有人说，它们毁灭于自然灾害；有人说，它们覆灭于内部动乱；有人说，它们湮灭于外敌入侵。真正的原因已无从知晓。

伴随着古国的衰落，各地的文明进程也纷纷陷入低潮。

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兴起，繁荣，衰落。就在这样的轮回持续上演之时，一场突如其来的洪水向着中原袭来。

这会是大禹曾治理过的那场洪水吗？真实的答案已无从知晓。但洪水退去后，洛阳盆地的冲积平原却变得更加肥沃。

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距今 3800 年左右，来自今河南嵩山地区的一支族群，看上了这块土地，并在古伊洛河北岸的高地上建立了一座面积超300 万㎡的大型都邑。也是当时整个东亚大陆，最发达的城市。

都邑的名字我们无从知晓，想必也会和后世的长安、洛阳一样耀眼。今天，我们只能根据考古发掘地所在的村落，将其称之为”二里头“。

二里头都邑在建立之初就有明确的规划，条纵横相交的大道将整座城市切割成至少 9 个部分，构成了中国最早的城市主干道网。

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道路网的最中心，是总面积约 11 万㎡的宫殿区，里面有两组大型宫殿建筑群，构成了迄今为止中国最早沿中轴线规划的大型宫室建筑群。其方正规整、择中立宫的规划理念，让它成为了后世 3000 多年的宫城鼻祖。

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难道，这是大禹家族的宫殿？难道，这是中国历史上第一个王朝夏的都城？在许多学者眼中，答案都是“最有可能”。

以如今的标准来看，这些宫殿或许“其貌不扬”，但在当时，它们所耗费的工程量却不容小觑。仅 1 号宫殿用到的夯土量，就达2 万 m³以上。这意味着每天安排 1000 人，也需要 200 天才能完成。而完成宫殿区所有的建筑工程所需劳动日可达数十万乃至百万。

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毫无疑问，若想建造如此规模的都邑，必然需要大量的人口。据估算，二里头都邑当时的居住人口可达20000余人，是同时期普通聚落人口的20 倍。

这么多人从何而来？二里头人骨的分析结果表明，其中有不少人是从外地迁移过来。二里头可谓是“中国最早的大规模移民城市”。

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种种迹象表明，二里头绝非小国寡民，也绝非前“昙花一现”的古国。“最有可能”的中国第一王朝，一定有着特殊之处。

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02 破除诅咒

– 农业与青铜 –

也许命运的轮盘，自二里头先民踏上这片土地的那刻起就已悄然转动。地处中原腹地的洛阳盆地，其地理位置可谓得天独厚，四面环山作为天然屏障，黄河支流纵横其间。

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与华北地区传统的旱作农业不同，亚热带与暖温带的交错让这片平原既能种植粟、黍一类的旱地作物，也能播种像水稻这样的水田作物。

（出自《史记·夏本纪》，在治水期间，大禹曾让他的助手益为民众分发水稻，用来种植在潮湿低洼的地区）▼

（禹）令益予众庶稻，可种卑湿

多元的粮食结构，让二里头能够在最大程度上避免旱涝灾害对农作物造成的“毁灭性打击”。

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当然，除了天灾，还有人祸。若想破除诅咒，仅靠农业的支撑仍然不够。此时的二里头人，还需要一项“高新技术”的助力。

这便是：青铜铸造。

（出自《史记·孝武本纪》，意为大禹收集了九州的铜，铸成九鼎）▼

禹收九牧之金，铸九鼎

传说夏人已有发达的青铜技术，能将铜铸成鼎。而二里头人正是中华大地上同时代“最强的青铜铸造者”。

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早在二里头之前，中国西北地区的一些聚落，就已经开始尝试铸造铜器。但铸造方法十分原始，只能做出简单的器形。

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也许是文化的交融碰撞出了火花，在二里头这个四方文化汇聚的中心之地，一场“技术革命”悄然开始。

铸造技术变得更加复杂，工匠们用泥土捏制出独特的器型放入窑中烧制成模型。

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随后，将泥料覆盖于陶模表面，等待凝固后成为外范。

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同时，在陶模的内部填充泥土，等待硬化后成为内范。

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最后，内外范组合将铜液倒入两者间的空腔之中，待冷却后打碎内外范。一件复杂的青铜器由此诞生。

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复合范技术的发明，让复杂的器型得以制造，铜液中金属配比的优化，更是让器壁变得薄而均匀。

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此时的二里头，拥有中国最大的青铜生产基地。遥遥领先的铸铜技术，将为二里头开辟出一条“征服之路”。

作为奢侈品，稀有且昂贵的青铜是彰显身份与等级的不二象征。因此，将稀有的青铜打造成祭祀祖先与神灵的礼仪用器，更能彰显“王权神授”的合法性，从而进一步规范等级秩序，达成了对底层民众和周边聚落的“精神征服”。

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作为兵器。坚硬又稳定的青铜对普通的木石兵器有着压倒性优势。有了武力的保障，国家的军事力量得以大大加强，由此得以对底层民众和周边聚落进行“物理征服”。

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优越的地理位置与多元的农业结构，增强了二里头对于自然灾害的抵抗力；而青铜生产技术的进步，则大大稳定了二里头内外的局势。

二里头文化的分布范围，也首次突破了地理单元的限制，几乎遍布于整个黄河中游地区。而它的文化辐射范围则要更广：北达燕山以北，南至东南沿海，东及鲁豫交界，西到甘青高原。

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可以说，此时的二里头，不论是社会发展程度还是文化影响力，都远远超过了以往的古国文明。它突破了石器时代的桎梏，叩开了青铜时代的大门；它结束了以往小国林立的局面，创立了一个拥有广袤国土、强大王权的国家：即中国历史上第一个广域王权国家，也即最有可能的“中国第一王朝”。

“二里头”成为了此时中华大地上最闪耀的存在，如同皓月当空，让群星与之相比骤然黯淡。这便是考古学家口中的中华文明由“漫天星斗”向“月明星稀”的转变。

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而在二里头遗址，这个中国最早的“青铜王都”，又有着何等恢弘的王都生活？不妨让我们想象一下。

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03 王都掠影

– 一名二里头贵族的一天 –

清晨，朝阳初升，雾气还未从河畔褪去。一名贵族便神色匆匆地离开了家门，今早有一场重要的活动需要参加，为此一刻也不能耽搁。

也许是时辰尚早，宽阔的都城大道上还没有多少人影，不过再过些时候，这里便会变得热闹起来。

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道路网的中心便是这次的目的地，这里是城市的最中央，也是国家权力的中心——宫城。

贵族朝着宫城的东北角快步走去，那里有一个十分巨大的土坑，以前是用来夯筑宫殿的取土点，如今成为了祭祀坑。一场隆重的祭祀仪式将在这里举行，达官显贵们恭敬地等候在祭坛旁。

不久，祭坛中心的篝火被点燃，两旁挂有铜铃的旌旗随风飘扬，旗面上的游龙呼之欲出。

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龙旂（qí）阳阳，和铃央央；钟磬齐鸣，鼓乐同奏。仪式正式开始。

王缓缓走来，侍从们紧跟其后，手捧着盛放有美酒佳肴的青铜礼器，将它们依次摆放于祭坛之上。几只幼猪被现场宰杀，成为了献给神明的祭品。

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王高高举起手中的玉璋，祈求神明和祖先的护佑，并向他们询问来年的国运。

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在舞乐与祷告声中，祭司将一截兽骨放在火上灼烧，骨头被烧出了斑驳点点的焦痕。占卜的答案，就藏在这些痕迹之中。

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祭祀仪式复杂而又漫长，好在占卜结果令人欣喜。王向众人高声宣布：在神明的护佑之下，这个国家定会日益兴盛。祭台下的众人纷纷跪拜在地，齐声高呼王的英明。

祭祀结束后，贵族随即前往铸铜作坊进行日常视察。作坊在城南的沿河高地之上，作为国家最重要的核心技术产业，这里受到国家严密的管控。四周被高墙围起，仅有少数权贵和相关从业者才能进入整个国家能够铸造青铜礼器的地方，仅此一处。

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贵族刚进入室内，裹挟着金属撞击声的热浪便扑面而来。作坊里一片忙碌的景象，从远方运来的铜料，在这里被工匠们熔化，铸成光彩照人的国之重器。

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同样受到王室的直接控制的，还有紧邻着宫殿区的绿松石加工作坊。绿松石在这里被切割打磨，镶嵌在玉器、铜器与漆器之上。

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从作坊区出来后天色已晚，忙碌了一整天的贵族，此时只想早点回到家中与宾客们把酒言欢。

随着夜幕降临，晚宴也终于拉开帷幕。舞台之上，乐师们奏响乐器，舞者们翩翩起舞；石磬空灵、铃音清脆；漆鼓沉稳、陶埙悠扬。

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舞台之下，贵族与宾客们席地而坐，仆从们依次为他们端来各类美食佳肴，谷物蔬果、鲜美烤肉均被盛放在制作精美的陶器之中。

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伴着钟磬舞乐，众人畅饮着用稻米和小麦酿成的美酒，高声谈论着彼此最近的见闻，不知不觉间宴会已到尾声。

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但在酒醉人散后，贵族并未有酒足饭饱的满足之感，让他感到忧虑的是他在宴会上听到的一条传闻。据说离国家东北不远处的部族势力正在不断壮大，他的内心隐隐有些不安，等待着这个国家的会是怎样的未来呢？

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04 王都沦陷

– 二里头的覆灭 –

与史书中的夏朝一样，而二里头人也遇到了同样的敌人：商。

这个来自东边虎视眈眈的部族，最终与二里头爆发了战争。虽然其中过程无从知晓，但结果却很明显：二里头失败了。

它的都邑被占领，随之而来的是一场前所未有的浩劫。入侵者们无视了原本的城市规划，他们将房屋与垃圾坑肆意建在道路上、城墙边、宫城内。

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昔日的繁华都邑已然面目全非，但城南的铸铜作坊却未曾被破坏。

对于商人而言，只要控制了这里，便控制了这个时代最顶尖的技术。这里的作坊将被继续使用，直到他们能够真正掌握铸铜技术。

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虽然占领了二里头，但商人并没有打算把这里当成他们的都城。与之相反，他们在距二里头东边的不远处相继建立了两座大型都邑，如今它们被称为：偃师商城与郑州商城。

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在苟延残喘了数十年后，随着铸铜技术的转移与新城的建成，失去了利用价值的二里头都邑被彻底遗弃。二里头最后的繁华，最终被掩埋在了，层层黄土之下。

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兴起，繁荣，衰落，这又是一个轮回吗？

对于二里头而言这并不是轮回，与之前衰落的古国相比，它的文明并没有断档。

商人虽征服了二里头，却也完整地接受了它的遗产：以青铜器为核心的礼仪制度被商周完美地继承和延续，乃至成为了后世中原礼乐文明的基础。

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对于中华文明而言，这却是一个新的轮回。二里头虽然消逝了，但以它为先导的中原王朝才刚刚迈上历史舞台。

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至此，文明流转，王朝更迭，中华文明迈入了新的阶段。

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05 尾声

– 二里头与夏 –

伴随着二里头遗址的发掘，一个问题摆在了人们眼前，那就是：史料中记载的“第一王朝”——夏，究竟与二里头有着何种关系？二里头遗址会是夏朝的都城所在吗？二里头的衰败与偃师商城的兴起是否代表着夏商的王朝更替？

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对此，学术界的争论从未停止，从文献资料上来看，二里头遗址的位置与古史记载相符，年代也与夏朝大致相当。

（出自《周书·度邑篇》，大意为：洛水到伊水之间平坦而无险阻的地域，曾是夏朝定居的地方）▼

自洛汭延于伊汭，居易无固，其有夏之居

虽然二里头遗址到目前尚未发现如甲骨文那样可以确证的文字材料，

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但从考古材料上来看，二里头遗址的规模和发展水平俨然是一个国家的都邑。不仅在时间上紧接商王朝之前，在文化面貌上来看，商周王朝也与其一脉相承

二里头遗址，极有可能是夏王朝的都邑所在。

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无论学术上的争议如何，不可否认的是，在那时的中华大地上曾存在过如此辉煌的文明。

前路还很漫长，300 万㎡的二里头遗址，如今的发掘面积仍不到百分之二。更多的线索或许就深埋在地下，它们将为我们带来故事的真相，亦或是更多的谜团？

二里头的考古工作仍在继续，而我们将一直寻找下去。

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本文创作团队

• 撰文：黄太极
• 编辑：所长
• 图片：秦南
• 设计：冯艺卓 地图：郑艺
• 审校：山佳&棒棒&陈志浩
• 封面摄影师：秦南

外审专家

• 中国社会科学院考古研究所副研究员、二里头工作队队长
• 赵海涛

注：

• 1、关于二里头遗址的王朝归属问题仍存在争议，目前主流观点认为该遗址极有可能为夏王朝中晚期都邑。
• 2、本文第三章根据现有考古资料加以适当的文学想象，将发生在二里头不同时期的事件集合在了同一天进行描述。
• 3、关于偃师商城与郑州商城所代表的文化仍有争议，有观点认为属于二里岗文化，有观点认为属于商文化，本文采用后者观点。

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星球研究所

以地理的视角，专注于探索极致世界

···THE END···

朊病毒，自从我高中学到了之后就对这个东西很感兴趣，但是在之后的学习和工作过程中一直没有交集，因此对于它也是一无所知，觉得充满了神秘感。出于兴趣，我下载了几篇文献来学习学习，不期望能够回答的了题主的问题，只为了满足自己长久以来的愿望，能够相对深入的了解一下朊病毒。

诚如前面答案所说的，朊病毒虽然名字了带了病毒二字，其实和传统定义上的病毒完全两回事，它其实就是蛋白质，这从它的英文名字就可以看出来，给朊病毒起名的史坦利.布鲁希纳（Stanley B. Prusiner），就是用 prion 来代表“proteinaceous infectious”，意为传染性的蛋白颗粒，当然这位牛人也因为他在这方面做出的巨大贡献而在 1997 年单人获得了诺贝尔奖。

但是为啥我们翻译过来时叫病毒呢？这当然也是有原因的，说来话长，我先上张图：

这张图不仅仅是朊病毒从发现到被认识和接受的一个历史过程，同样也是近现代生物学的发展史，一项伟大的发现离不开其他科学家的努力，没有他们在各个方面做出的研究和贡献，就不可能有后来人的研究成果，这就是所谓的站在巨人的肩膀上。

可能有点跑题了，不过为了满足我学习后的倾诉欲望，我决定简要讲解一下朊病毒研究的历史：

1.其实早在 18 世纪，人们就观察到了美利奴绵羊（Merino sheep）的一种异常行为，即因为剧烈的瘙痒而不停的摩擦栅栏，称之为“羊瘙痒症”，并随后被定义一种可传染的海绵状脑病（transmissible spongiform encephalopathies，TSEs）。当然，此时人们并不清楚这个病到底是怎么得的。

2.到了 1875 年费迪南德.科恩（Ferdinard Cohn）提出了早期的细菌分类法，紧接着第二年罗伯特.科赫（Robert Koch）就发现了炭疽是由细菌引起的，并在 1890 年提出了著名的科赫法则（科赫法则_百度百科），这个法则被稍微修改了部分内容之后，一直沿用至今。为什么要提到这个法则呢，是因为这个法则的提出对于以后查找传染病的病原提供了可参考的标准。

3.1892 年伊万诺斯基（D.I. Ivanoski）第一个发现并描述了一种比当时已知细菌都要小的可感染植物的病原体，到了 1898 年贝杰林克（M.W. Beijerinck）确认了伊万诺斯基的发现，并将这种可过滤的感染性病原体称之为“病毒”，拉丁文意为“粘滑的液体毒药”。

4.进入 20 世纪初，1920 年神经学家 Hans Gerhard Creutzfeldt 和 AlfonsMaria Jakob 发现并描述了一种未知病因的人类神经系统失调的疾病——克雅病，到了 1959 年，人们又在巴布新几内亚发现了另外一种人类神经系统失调的疾病——库鲁病，很快的，通过学者们的共同研究，发现羊瘙痒症、克雅病和库鲁病是相同的神经系统疾病。

5.而 Cuille 和 Chelle 在 1938 年时就提出了“羊瘙痒症”的病原可能是一种“慢病毒”（slow virus）的假说，到了 1953 年沃森（JamesWatson），克里克（Francis Crick）和威尔金斯（MauriceWilkins）破解了遗传密码，克里克并于 1958 年提出了现在众所周知的“中心法则”。这些发现似乎也为 TSEs 病原是一种有着长孵育周期的“慢病毒”提供了一些启示。

6.可是，人们却忽略了一个 TSEs 病原和病毒的重要区别：早在 10 年前，即 1944 年一位叫做戈登的兽医从患有羊跳跃病的动物的脑部和脾脏中分离到了跳跃病的病毒，并用福尔马林灭活以后做成疫苗用于健康动物的接种预防，虽然福尔马林灭活了羊跳跃病病毒，但是同时存在的瘙痒病病原却未被灭活，结果接种过疫苗的这些健康动物两年后就死于了瘙痒症。戈登之后的 20 年间，许多研究者采用各种方式如电离、紫外照射、高温高压以及其他可用于细菌、病毒灭活的化学物质来灭活瘙痒病病原，但是很快研究者就因为另外一个发现而抓狂了：早期的观察发现克雅病具有家族遗传的特点，而这一点也明显有别于传统意义上的病原体。

7.此时已经有一些科学家开始推测瘙痒病病原可能是蛋白质来源的，但是这一假设又和看上去那么完美的“中心法则”明显相悖，蛋白质是如何自己复制的呢？J.S Griffith 大胆地提出了三种可能的机制用于解释蛋白质是如何具有感染性的，并且是如何具有遗传性的。

8.后来者循着 Griffith 的脚步继续着“蛋白质假说”的研究，直到 1982 年史坦利.布鲁希纳（Stanley B. Prusiner）的出现。他不仅从患病的动物身上分离到了瘙痒病的病原体并将之成功灭活，还将这个病原体命名为“prion”。到这里朊病毒总算得到了它现在的名字。

9.在这之后，人们再接再厉，发现了一系列重要的事实：分布在正常细胞表面的朊蛋白（cellular prion protein PrPC），PrPC 并不能使动物致病，需要有 PrPSC 的存在才能使动物致病，同时 prion 引起感染时不会引起宿主的免疫应答。而遗传学和生物化学方面的实验结果也证实了 prion 是一种具有传染性的可致病的错误折叠的蛋白质。

10.Wickner1994 年在酵母中的一个有趣的发现：URE3 是酵母菌的一个非染色体遗传因子，也是蛋白质 Ure2p 构象发生改变时形成的，也被认为是酵母菌中的 prion，URE3 可以使得酵母菌在低营养环境中生存。随后他又发现了另一个作用类似的因子 PSI+（Sup35 的 prion 形式），PSI+ 可以作为一个翻译终止子来抑制 Sup35 的功能（这一部分的内容建议结合 @Leng Yeo 的答案一起看，他说的更为专业和详细，因为专业知识所限，所以他的答案我也看得一知半解）。一句话总结一下酵母菌的这个发现的意义:让人们了解了普通蛋白质是如何错误折叠异构成 prion 的。

11.2005 年之后，科学家们发明了一种叫做 protein misfolding cyclic amplification (PMCA)的技术，中文意思是“蛋白质错误折叠循环扩增”，可以在体外大量扩增朊病毒，其原理可以理解为蛋白质的聚合酶链式反应（PCR）。有了这样的技术，更是为 prion 的研究带来了极大的便利，也使得人们对 prion 的理解日益加深。

12.到这时候关于 PrPC 和 PrPSC 基本上都已经为人们所了解了，不过科学家们包括这位“prion 之父”史坦利.布鲁希纳却没有停下研究的脚步，他们把 prion 的案例扩展到了其他因蛋白质错误折叠而致病的疾病上，如阿尔茨海默病、帕金森病和亨廷顿氏舞蹈症。而这些非典型的“朊病毒”疾病也被实验证明同样具有可传递性（注意这里用的是 transmissibility 而非 infectious），即通过给实验小鼠注射蛋白变异体而导致相似症状的发生。因此，人们认为朊病毒疾病更像是一种转移而不是一种感染，比如库鲁病就是因为一种罕见的食尸习俗而导致朊病毒的转移，而非自然感染。

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讲到这里，prion 发现的历史已经差不多讲完了，但是人们对于 prion 的研究却还远没有到终点，比如：既然机体产生的错误蛋白质会致病，那么这些错误的蛋白质会不会本身也具有一些正常的生理功能就像酵母菌里的 prion 一样？德州大学西南医学中心的几位中国学者就做了这方面的研究。

兜了一个大圈子之后，最后我来点个题。其实看过上面的内容后，我们就可以发现，朊病毒其实就是一类蛋白质，它和细菌病毒有着显著的区别，当然也不能算是一种生物，所以朊病毒在进化学方面的地位，恐怕真没有我们想象的那么重要（这也是我读完文献后的感受）。

不过，朊病毒发现的意义也不限于此，它不仅打破了人们对于传染病病原的定式，同样也揭示出蛋白质物理化学性质的改变同样能够引起生理学的变化包括病变。

参考文献：

1.A brief history of prions，FEMS Pathogens and Disease, 2015, Vol. 73, No. 9；

http://2.De Novo Generation of Infectious Prions In Vitro Produces a New Disease Phenotype，PLoS Pathogens，2005，Vol.5

http://3.De novo generation of infectious prions with bacterially expressed recombinant prion protein，The FASEB Journal，2013.Vol.27

4.A Unifying Role for Prions in Neurodegenerative Diseases,Science,2012.

结语：大概三千多字的回答，是我目前知乎上最长的答案了。写写停停大概一两个月，收到邀请更是不知道是什么时候的事情了。内容层次不是很清晰，很可能文不对题，不过通过写这么一个回答，我却从最初的对朊病毒的“一知半解”可能达到了“二知，三知”的程度，我也借此勉励自己继续保持这样的学习精神，同时也希望这个答案能让观者有所收获，有所补益吧。

 

美国路易斯安那州最深的湖是一个 60 多米深的咸水湖。如果潜入湖底，就会惊奇地发现许多木本植物残骸，幸运的话还可能寻获一些起重机之类的机械。

 

而在 30 多年前，它还只是一个最深只有 5 米的小淡水湖。仅仅几天的时间，它就完成了一场淡水湖变咸水湖的惊人质变。

 

1980 年 11 月 20 日这一天，这个平静的淡水湖面突然发出一声巨响，从湖面激起了一道 100 多米高的喷泉。

 

真正要命的是，这时从湖底卷起了一个不断加速旋转的漩涡。漩涡越来越大，湖泊像张开了血盆大口，一副气吞万物的狂妄气势。它的强劲引力逐渐吞噬了湖泊中的淡水鱼和其他动植物，无一幸免。最终形成了一个直径 400 米的史上最大人造漩涡。

 

皮内尔湖是一条 12 英里长，流向墨西哥湾的运河。它虽然覆盖了 526 万平方米的流域，但湖泊最深只有 5 米。湖泊浅得很安全，偶尔有人泛舟湖上钓钓鱼、散散心。但皮内尔湖最大的价值，还是它底下暗藏的珍贵“宝藏”。

湖泊旁边的杰斐逊岛上有一个品种繁多的植物园。

在皮内尔湖和杰斐逊岛底部，有着丰富的盐矿资源。一家盐矿公司在这里源源不断地开采了 61 年。

 

在平静湖面上泛舟的人可能不曾想到，在他们下方 400 多米的深处，每天进行着炸药的猛烈轰炸。于是一个 15 米宽、8 层楼高的杰斐逊岛盐矿帝国逐渐成型了。

 

通常在盐矿附近，都极有可能出现丰富的石油矿藏。这是因为液态的石油比地下水的密度小。所以即使深藏在地底下，但从高压形成开始，它们就非常容易与天然气混合，一起挤过砂岩的微小气孔，最终蒸腾到地表渗漏。

 

从地壳中形成这些矿藏以来，就有数万亿桶宝贵的石油和天然气因此蒸发到空气中。

但是石油在地下的通行也不是畅通无阻的。偶尔也会遇到某些障碍物，阻挡着上升之路。

而盐具有难以渗透的特性，也就成了障碍物之一。移动的石油如果不慎进入穿孔的盐层，其实也是掉进了一个捕油陷阱。这样一来，大量的石油沉积在盐层周围，形成断层和褶皱被固定。

 

资源如此丰富的天然盐矿，或许也会有令人惊喜的石油矿藏。于是，德士古石油公司也打算来分一杯羹。他们采用了价值 500 万美元的新型钻井台，准备在皮内尔湖下大展拳脚。他们把钻井台直接架在湖面上，从湖面往下钻探石油。

20 日早上，前一天才组装好的钻井平台被搬上湖面，正式开始工作。他们建立三点参考坐标体系，通过两个已知的点设定了一个未知的目标探测点。原以为在计划周密、装备先进的安排下，只等最终抽出源源不断的石油带来丰厚营收。

 

但才刚开始工作，就发生了一场意外，这场意外把一切都搞砸了。这一天之后，油矿、盐矿和岛上的植物园都不复存在。

新的钻井平台采用可拆卸重搭的特别设计，本准备庆祝一番开工大吉，然而才刚钻了 180 米就出现了状况。这时钻机突然被卡住，难以继续往下钻，像是钻到了什么坚硬的东西。

 

经过一番折腾后加大打钻动力，钻头才又推进了 350 米。然而钻头再次卡住，直接停了下来罢工。

 

当指挥员焦头烂额地苦想解决方案时，才发现，事情已经不是工程停滞那么简单了。

这时，周围突然响起一阵钢瓶倾倒的声响，平台猛然震动，接着钻井台开始侧向一边倾斜。照这样看，平台随时都有可能沉没。还没来得及想明白怎么回事，平台上的十几名操作员就收到紧急撤离指令。众人纷纷弃井，跳上驳船，开足推进器匆忙逃离。

逃离到岸上的人眼前随即出现了惊人的一幕。价值 500 万美元的钻井平台、六层楼高的井架和起重机从湖面掉落，陷入不知名的深处。很快，平台掉落的位置出现了一个快速移动的小漩涡。

 

众人一脸懵逼，这毫无征兆的死亡漩涡让人一时摸不着头脑。但实际上这只是他们亲自用钻头打开的灾难大门。

其实多次卡顿的钻头早有预示，这是遇上坚硬的岩盐矿层了。本想勘探油矿，却错误地往盐矿的方向延伸，把盐矿给凿开了一个洞。可是设计图上标记的定点距离盐矿足足有 120 米，灾难根本不可能发生。但残酷的事实却给了他们一记重拳。

 

原来在确定目标点坐标时计算出错了，以至于钻头方向偏离，径直往盐矿伸去。钻头把盐矿钻开一个 36 厘米宽的洞口，接着恐怖的事情就发生了。

 

水体与空旷的盐矿中压力差悬殊，形成的水压大概是消防栓十倍大的压力。这时大量的湖水从小洞涌进矿洞，同时在洞口产生了漩涡。而矿井中的盐不断溶解到水中，岌岌可危的盐矿随时有可能坍塌。

眼看形势险峻，矿井平台上的十多名工人在平台掉落前就乘驳船逃离了。整个逃离过程只花了 19 分钟。但 460 米下的矿井中还有 55 名矿工正在工作。他们浑然不知已经失去了湖面上的依靠，而死亡的危险在向他们靠近。

小漩涡持续加速旋转，同时还产生巨大的吸力，吸纳附近的一切能搬动的东西。湖里的鱼类和浮游生物也已经惨遭“吞食”。

 

在巨大的压力下，不断涌入的水和吸附过来的重物把洞口逐渐撑大。湖水和泥浆混合，逐渐扩大成一个直径 400 米的巨大漩涡。这是历史上最大的人造漩涡，但场面壮观之余，却也是暴力破坏的灾难。

 

从钻井平台遗落下的 11 艘驳船被席卷进入漩涡。高速旋转的巨大漩涡改变了运河的方向，来自墨西哥湾的海水倒灌进皮内尔湖。再加上水体极速膨胀，一场水体爆炸也就发生了。

 

盐矿中的盐被湖水冲击溶解成溶液，湖底下方的土地开始坍塌。矿井上方的杰斐逊岛也面临崩溃，岛上的植物园沉没湖里，湖面因此扩大了 28 平方千米。

流入矿洞的水与从矿洞逸出的空气相互交换空间，被压缩的空气因此喷涌而出，在洞口形成一道 120 米高的喷泉。

 

而在这场恐怖的灾难中，只有警报，没有救援，却出现了最大的奇迹：所有矿工都成功逃离了危险，没有出现人类伤亡。

 

在漩涡还没完整形成时，一位在盐矿工作的电工看见了最不该在盐矿中出现东西——洪水。

 

水从不知名的漏洞快速渗入，花费 61 年打造的盐矿帝国已经在崩溃的边缘。耳边响彻着在水流冲击中，燃油桶相互碰撞的巨大声响。情况不妙！他迅速打电话通知闪烁三次矿灯，表示紧急撤离。

 

看到预警信号后，矿工们才意识到灾难降临，于是开始逃亡。他们乘坐矿车到达，那里有一个连接矿区与湖面的电梯。

但是这架电梯行驶缓慢，而且每次只能塞进 8 个人。而上升到湖面之后，还要驾驶救生船逃往 200 多米的岸边，这才真正逃离死亡漩涡。

眼看着湖水从洞口涌进来，绝望的逃难者开启了一场紧张的生死竞赛。

 

这也全靠平时精心排练过逃生演习，他们及早发现了危险的苗头，并且发出警报。在紧迫的危急关头，沉着有序地按指挥逐步逃离。当到达安全的湖岸时，回头发现湖面上的一切已经都了无痕迹地卷入漩涡。这时刚刚侥幸脱险的矿工们恐怕还心有余悸。

 

墨西哥湾的海水不断涌进皮内尔湖，填补“破洞”的盐矿。直到一周之后终于把盐矿填满，水压恢复平衡，湖泊才平静了下来。但这时的皮内尔湖已经完全变了样，不再是从前那个小且浅的淡水湖了。

它“吞噬”了杰斐逊岛的植物园，从而扩大了湖的面积。同时漩涡在钻孔方向上往下延伸，让湖水深度增加到 61 米。

结合岛上的地势，湖上形成了一个 46 米高的瀑布。这个瀑布至今一直是路易斯安那州最大的瀑布。

而当初淡水湖已经完全变成了咸水湖。这不仅是盐矿的崩塌给湖水加料调味，最根本的原因还是来自墨西哥湾海水的灌溉。

原本的水中生物没能逃离死亡漩涡的厄运，取而代之的是随海水迁徙而来的丰富海洋生物。

 

这场灾难虽然没有造成人员伤亡，但矿区的财产损失却是一笔惊人的数字。事件的责任归咎，自然落在的凿穿湖底的石油公司身上。

 

在那之后，石油公司向盐矿公司赔偿了 3500 万美元，向岛上惨遭牵连的植物园赔偿了 1300 万美元。但无论怎么赔偿，昔日的皮内尔湖也已经不复存在。

 

巨额的损失和自然状况的本质巨变，都来源于规划图上寥寥几笔的数字计算。谁也想不到，一个错手造成的 36 厘米窟窿最终可以引发如此严重的灾难。蝴蝶效应的苦果再一次投影到现实中。

* 参考资料

Lake Peigneur. Wikipedia.

Tebbie85. Lake Peigneur sinkholedisaster[Video]. YouTube, 2008.12.05.

保罗·罗伯茨. 石油的终结:濒临危险的新世界[M].中信出版社, 2005.

Alan Bellows. Lake Peigneur: The SwirlingVortex of Doom[J]. Dame Interesting, 2005.09.06.

每日一冷. 第七十四号：钻个油井却造出死亡漩涡是怎么回事[J]？故事, 2017.01.18.

谢邀。

简单说，题主图片中“溅起的白色烟雾”就是发烟火箭留下的烟迹，而烟迹的用途则是辅助观测核爆冲击波。

顺便，“探空火箭 / 采样火箭”是不严谨且不准确的表述。

目录

1. 现象——白色烟迹

1.1 关于题主图片的三个视频

1.2 Operation Jungle 核试验

1.3 Operation Tumbler 核试验以及 Operation Snapper

1.4 Operation Upshot-Knothole 核试验

2. 原因——观测冲击波的刚性需求

2.1 三位一体核试验中的阻拦气球绳索

2.2 50 年代初核试验中的发烟火箭（未完，正在填坑）

2.3 其他手段

3. 发烟火箭还是探空火箭？

3.1 文献中对火箭的描述——发烟火箭

3.2 探空火箭在核试验中的角色——采样（未完，正在填坑）

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关于核爆炸白色烟迹（鬼佬称 smoke trails）的科普其实很多，知乎上也不少，不过答主还是结合我以前写过的科普再回答一下这个问题，也再强调一下烟迹的作用以及关于烟迹的误区。

1. 现象——白色烟迹

1.1 关于题主图片的三个视频

题主所贴图片是 1953 年 Operation Upshot-Knothole 系列核试验中最著名的 Grable 试爆，先放三个几十秒的短视频。视频从多个角度展示了 Grable 试爆初期的场景，大家可以仔细观察一下位于火球及蘑菇云右侧发烟火箭所留下的白色烟迹。

1953 年 Grable 试爆与白色烟迹 https://www.zhihu.com/video/1059249568373325824 1953 年 Grable 试爆广角镜头 https://www.zhihu.com/video/1059249617295712256

下面这个视频则对探空火箭所留下的白色烟迹作了特写：

核爆冲击波与白色烟迹的互动 https://www.zhihu.com/video/1059254031834193920

1.2 Operation Jungle 核试验

当然，出现多条垂直烟迹的核试验肯定不止 Grable 这一次，实际上在整个 50 年代中前期，特别是 1952 年到 1953 年的核试验，美帝核试验中这种白色烟迹的出镜率一直很高。

下面视频中是 1951 年 11 月 19 日 Operation Jungle 的 Sugar 试爆，可以看到核爆前发烟火箭在核爆炸前升空并留下了烟迹。核试验地点是内华达核试验场 Nevada Test Site (NTS)，试爆当量 1.2 千吨，爆高 1 米，触地核爆炸 surface，而 sugar 这个代号就是 surface 的变音。视频中的解说其实已经对烟迹的作用作出了解释，答主这里就先卖个关子，继续展示其他视频和图片。

1951 年 Jangle Sugar 试爆 https://www.zhihu.com/video/1059394444188495872

下面的视频则则是 10 天以后，11 月 29 日 Operation Jungle 的 Uncle 试爆，同样可以看到发烟火箭所留下的烟迹。试爆当量仍为 1.2 千吨，但爆高是地下 5.2 米，性质是地下核爆炸，而 uncle 这个代号就是 underground 的变音。

1951 年 Jangle Uncle 试爆 https://www.zhihu.com/video/1059400937562656768

1.3 Operation Tumbler 核试验以及 Operation Snapper

在 1952 年于内华达核试验场进行的 Operation Tumbler 和 Operation Snapper 中，白色烟迹也大量出现。

1.4 Operation Upshot-Knothole 核试验

谈到白色烟迹，那肯定得提到结果 – 节孔行动 (Operation Upshot-Knothole)，该系列核试验中，大多数试爆都伴随有发烟火箭的痕迹。

2. 原因——观测冲击波的刚性需求

2.1 三位一体核试验中的阻拦气球绳索

看完这么多白色烟迹的核试验照片，下面就讲一下白色烟迹的用途。一切的根源在于技术水平不够发达，而观测核爆炸冲击波的刚需就迫使人们需要借助发烟火箭尾迹这样的辅助手段。

首先简要解释一下为什么观测冲击波是刚性需求。在核武器研发初期，实际试爆当量是通过冲击波来测定的，冲击波外缘震波锋 (show front) 的移动速度是测定核爆炸当量的重要指标。但问题在于，冲击波是很难用肉眼观测的。冲击波 shock wave 和火球 fireball 在核爆最初的几十毫秒内互为一体，此时火球表面即震波锋，因此震波锋明亮且易于观察。但当火球温度下降到 30 万摄氏度时，火球膨胀速度减慢，此时火球外缘已经远远落后于冲击波震波锋，这种现象被称作分离 breakaway。空气因加热而变得明亮，那么失去了来自火球的热量之后，冲击波震波锋的亮度自然也随之减弱。最终，冲击波变得完全不可见，难以观测。关于火球与冲击波的详细关系可以看我另外一个答案：

人在原子弹爆炸的中心点，先被炸死还是先听到爆炸声音？

再贴一张图，直观得展示一下为什么肉眼观测冲击波难度较大。下图冲击波震波锋距离明亮的火球外缘很近，因此仍然依稀可见。而在火球靠近地表处，能看到震波锋触地“反弹”后所呈现出的一个拱形。拱形顶端距离火球外缘近，更加明亮；拱形底端靠近地表，距离火球外缘较远，则亮度很低，几乎不可见。这个拱形就说明了，距离火球越远，震波锋就越透明，越难以被观测。

50 年代的计算机性能有限，不足以进行核爆冲击波运行轨迹的完整建模，所以倘若要观测远离火球外缘且亮度有限几乎不可见的冲击波，这时候就得借助一些辅助手段。1945 年正要进行人类史上第一次核试验即将踹开地狱之门的美帝科学家也面临着同样的问题，观测冲击波的刚需与落后生产力之间的矛盾。他们想出了个办法——放阻拦气球上天（二战很多见的防空气球），即用连接气球的绳索通过光学折射现象帮助研究人员观测冲击波。

1945 年 7 月 16 日，三位一体 Trinity 核试验，在这全人类盗得天火的日子，在新墨西哥州一望无垠的沙漠里——美帝科学家们放了个气球。气球及其钢索位于预订核爆地点后侧的安全地点，防止受到核爆炸的影响。当核爆冲击波过境时，震波锋前后密度不一的空气会造成光学折射现象，震波锋前的空气密度低，震波锋后的空气密度高，钢索因此呈现出仿佛被“折断”的光学现象。下图中的第二和第三章照片分别显示了三位一体核试验当天 90 毫秒和 109 毫秒之间冲击波锋面的移动轨迹，注意图中右侧箭头所指的阻拦气球绳索以及非常明显的折射现象。

2.2 50 年代初核试验中的发烟火箭

到了 50 年代初的 Operation Tumbler 等核试验中，美帝把阻拦气球换成发烟火箭 / 探空火箭。在核试验前几秒，研究者事先在核爆拟定地点，施放多枚火箭，在核试验空域留下“又粗又长”的白色烟雾尾迹。而当核装置爆炸时，研究者就能像当年三位一体核试验那样，利用光学折射原理记录冲击波了。

可以在下图右侧烟迹特写中看到一个“钩”，这就是白色烟迹所呈现的光学折射现象，性质与阻拦气球绳索的“折断”现象一致。图中发烟火箭是呈 85 度角发射升空，因此其留下的烟迹并不是完全垂直于地表的。

仍然没看懂的知友可以参考下图，下图更加直观得展示了烟迹因冲击波而呈现出的光学折射现象。

这里需要特别强调一下，上面展示的 Climax 试爆彩图与上文提到的三位一体核试验一样，在照片拍摄时，冲击波都没有直接触及用以辅助观测的烟迹或绳索。烟迹与绳索在照片中呈现出的扭曲，完全是冲击波阵波锋前后密度不一致所导致的光学现象。很多人在看核爆视频时，都会注意到冲击波与烟迹的物理接触，都会注意到烟迹在冲击波推动下所产生的位移。然后不少人就错将这种物理接触当做烟迹能够辅助观测冲击波的原因。比如下面这位 Quora 高赞答主的回答中，光学现象就被他忽视了，只字未提：

没错，物理接触当然能辅助观测，但在物理接触发生之前，相较原爆点而言距离摄像机更远的白色烟迹就已经因不可见的冲击波产生了光学折射现象，一段时间之后（比如 1 秒以后），冲击波才与烟迹发生物理接触。换言之，真正解决研究人员观测刚需的是光学折射现象，而不是光学折射现象发生之后才出现的物理接触。

下面贴一个 15 秒的视频，这个视频完美得说明了“光学折射在先，物理接触在后”的事实。视频中的白色烟迹在原爆点后侧，即核爆炸位置距离摄像机更近，而白色烟迹距离摄像机位置更远。正是因为距离上的前后设置，因此当核爆冲击波膨胀时，先与白色烟迹进行“光学接触”，一段时间后再发生物理接触。知友们在看视频时可以特别注意一下，视频中的白色烟迹首先发生了类似上文三位一体核试验中绳索的“折断”光学现象，然后才因冲击波的物理接触而发生位移。

https://www.zhihu.com/video/1059439445329117184

贴一段原文：

My attention was drawn to the role and functions of the Naval Ordnance Laboratory’s rocket generated smoke trails that formed a vertical grid behind the burst point. Everett explained to me that Greg Hartmann’s NOL staff, in conjunction with the EG&G photography team, used the smoke trails to record the shock front as a function of space and time, from which they could calculate the shock velocity, which in turn, with the Rankine-Hugoniot conditions, gave the shock over-pressure versus space around the burst.
“Aren’t the smoke trails way in back of the detonation?” I queried. “And they didn’t appear to have been hit by the blast until quite late?”
“That’s right,” Cox elaborated, “the high density air immediately behind the shock front causes a refraction break in the apparent position of the smoke trails.”
“I see, that’s neat.” “If you want to define the shock front conditions, however,” I continued, “couldn’t you also define the shock conditions on the interior of the blast wave by observing the compression of the smoke and also measuring the particle velocity?”
“I guess so,” responded Everett, “but it sounds pretty complicated to me.”

（未完，正在填坑）

2.3 其他手段

除了比较常见的发烟火箭以外，还有其他类似的烟雾发射装置，用以辅助观测冲击波，比如烟雾发射器 smoke mortars。下图是 1964 年 7 月 17 日的 Operation Snowball，是一次常规炸药试验，当量 454 吨 tnt。试验中用以辅助观测冲击波的是比发烟火箭成本更加低廉的烟雾发射器，原理类似于迫击炮，多用于主战坦克。

再比如下面这张 GIF 图中的烟幕发生器，下图是前文提到的 Snapper Dog 核试验，可以看到，在核爆炸前 5 秒，距离摄像机较远的发烟火箭升空，而距离摄像机较近的那一排低矮烟雾就是烟幕发生器的成果了。烟雾发生器所“吐”出的烟雾相较发烟火箭尾迹而言，更加厚实，且高度很低。这些团状烟幕并不是通过光学折射现象来帮助观测冲击波，而是直接通过物理接触（位移）来帮助研究人员观测冲击波跨音速时的地表湍流。

前面答主已经提到，“一切的根源在于技术水平不够发达”，那么倘若技术发达了会怎么样呢？——就可以直接在照片上看到原本肉眼看不到的冲击波阵波锋了。下图出自 2015 年 7 月的洛斯阿拉莫斯国家实验室的 National Security Ccience 期刊，展示了经由图像处理后，由不可见变为可见的冲击波。看，科技发达之后，就不用浪费钱去放小火箭挂小气球了。

3 探空火箭还是发烟火箭？

3.1 文献中对火箭的描述——发烟火箭

这里需要纠正一个误区。很多关于核爆炸白色烟迹的解释中都会提到探空火箭（sounding rockets），这其实是不准确的。但实际上，最准确的表述其实是一点也不高深的发烟火箭 smoke rockets。

既然题主所贴照片来自 1953 年的 Upshot-Knothole Grable 试爆，那么答主就援引美帝国防部关于 Operation Upshot-Knothole 的官方文献。下文是 1982 年由美帝国防部下属的国防部原子能机构 defense nuclear aggency 所撰写的Operation Upshot-Knothole 1953，文中提到：

“在 Annie, Dixie, Encore, Grable 以及 Climax 试爆时，1.2 项目组的人员将火箭发射器以及高速摄像机分别置于核爆炸相对的两侧，以记录发烟火箭尾迹的扭曲现象，由此判定冲击波的特性。”

注意 smoke rocket trails 这个词组，发烟火箭的尾迹，很显然，在描述产生白色烟迹的火箭时，美帝国防部用的是 smoke rocket 发烟火箭一词，而不是 sounding rocket 探空火箭一词。事实上，在整篇报告中都没有出现 sounding rocket 的字样。

我们再来看美帝国防部的另一篇报告，在本答案第一部分我已经提到除了 1953 年的 Upshot-Knothole 中大量出现发烟火箭的白色烟迹外，在 1952 年的 Operation Tumbler 与 Snapper 中白色烟迹出镜率同样很高。下面援引同为美帝国防部原子能机构撰写的Operation Tumbler-Snapper 1952 一文，文中表示：

“…而 1.5 项目参与者则通过拍摄发烟火箭的尾迹来测定冲击波超压。”

显然，在描述 1952 年核试验的报告中，美帝国防部使用的仍然是 smoke rocket 一词。

如果说美帝国防部用的 smoke rocket 一词是嵌套在 smoke rocket trails 词组中还不够有说服力，那么洛斯阿拉莫斯国家实验 (LANL) 期刊上的表述则是清晰无疑的了。下图截取自 LANL 2015 年 7 月 National Security Science 期刊的第 5 页，注意 trails of smoke rockets 这个词组，很显然，这个词组是完全没有任何歧义的，唯一理解就是 smoke rockets 发烟火箭的轨迹 / 尾迹。而在 LANL 的期刊中，依然没有出现 sounding rockets 的字眼。

同样第 5 页，在对 1953 年 Upshot-Knothole Climax 试爆作图片说明时，又一次出现了 trails of smoke rockets 这个词组。

看到这里其实已经很明确了，在文献中，不管是美帝国防部的解密文献也好，还是洛斯阿拉莫斯的期刊也好，在描述 50 年代早期核试验，特别是描述题主题图来源的 1953 年 Operation Upshot-Knothole 系列核试验时，用词始终是 smoke rockets 发烟火箭，并未出现 sounding rockets 探空火箭的身影。既然权威文献用的是发烟火箭一词，那么就用词一致性上，答主认为我们不应该将发烟火箭与探空火箭混淆，我们应该用更加准确更被权威文献所认可的发言火箭一词。就算抛开这些期刊以及政府报告不谈，即使在网络环境中，smoke rocket 也是出镜率最高的词汇，不管是在 nuclear weapon archive 这个核武器信息汇总网站，还是在 atom central 这个核爆视频集散地，出现在军迷眼前的只有 smoke rocket 一词。

3.2 探空火箭在核试验中的角色——采样

（未完，正在填坑）

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