撰文 保罗·G·理查兹(Paul G. Richards)
金沅永(Won-Young Kim)
翻译 王昊明
寻找特定信号
核爆炸会产生放射性同位素、次声波等可观测信号，相应监测技术都能够监测到这些信号。
核爆炸监测技术是与核爆炸试验一起发展的。美国发展监测技术的根本原因，是为了收集潜在竞争对手的基本信息；另一个重要原因，是为支持各种限制核武器的国际性条约。如果参与《全面禁止核试验条约》的国家都相信，任何试图掩盖核试验的努力都是白费力气，那么迫于国际制裁的压力，它们就可能彻底放弃核试验。自二战结束以来，世界范围内总共进行过2,000多次核试验，包括地面试验、空中试验以及地下试验。通过研究这些试验留下的数据，研究人员在捕获和理解核爆炸信号方面取得了大量经验。
核爆炸会同时产生许多潜在的可观测信号。空中核爆炸会产生强烈闪光，能够被卫星捕捉到；爆炸还能产生巨大的声音，人类听力范围内的声波（频率在20Hz~20,000Hz内）会随声音的传播迅速衰减，但频率低于20Hz的次声波能够在大气中传播相当远的距离，装备着测微气压计（microbarometer）的次声波观测站能够监测大气压力的微小变化，进而找到次声波信号。
核爆炸会产生稳定的放射性同位素（radioactive isotope），在进行空中核爆炸试验时，它们会被气流吹到高空。当它们冷却时，一些元素（例如放射性氙）就会以气态存在于大气中，揭示曾经发生过一次空中核试验；另一些元素会同灰尘结合，形成放射性尘埃，随风在全球漂流。早在1948年，美国空军在太平洋监测本土空中核爆炸试验时就发现，这些放射性尘埃的颗粒较大，将空气抽吸通过磨咖啡用的普通滤纸就能够截留它们。
放射性同位素探测技术很快就显示了自身的价值。1949年9月3日，一架WB-29轰炸机在堪察加半岛东部飞行时收集的数据证明，四天前苏联已成为世界上第二个进行核武器试验的国家。对放射性尘埃中同位素（大部分是钚和铀238）的比例所作的分析显示，苏联在核武器试验中引爆了一颗21,000吨TNT当量的*********，同4年前美国在长崎投下的*********几乎一模一样。
除了空中核试验，美国在早期核计划中还进行了水下核试验。声波在水中的传播效率很高，特别是海水中由于温度及含盐量的细微差别而形成所谓的声学定位测距声道（sound fixing and ranging channel，SOFAR），并将声波能量束缚在其中时，传播效率就更高。在水下600米到1,200米之间的SOFAR声道附近放置水听器（hydrophone，即水下麦克风），当量仅为数千克的水下爆炸也会无所循形。
地震波探测核爆炸
监测地震的传感器能够检测到爆炸产生的震波信号，因此被用于监测有军事意义的地下核爆炸。
在经历漫长的谈判与磋商之后，1963年美国、苏联和英国（最早掌握核弹技术的三个国家）联合签署了《部分禁止核试验条约》（Limited Test Ban Treaty，LTBT），禁止在外太空、大气层中及水下进行核爆炸试验。然而，条约签署国仍然能够进行地下核试验。因此，通过寻找震波，即撞击、坍塌、滑坡、爆炸或其他力量触发的弹性波，来监测地下核爆炸的手段，迅速受到各界的关注。幸运的是，用于监测地震的传感器，用来监测爆炸也能够胜任。但如何区分地震波和爆炸产生的冲击波，花费了研究人员许多年的时间，时至今日，研究人员还在进一步细化这项研究工作。
最主要的困难在于，每天都有种类繁多、数量庞大的地震和化学物质爆炸等非核爆炸现象产生的地震波信号。任何合格的监测网络都不会放过这些信号，但这恰恰是产生大量无用数据的原因。在世界范围内，平均每天能够产生600次地震记录；工业化国家每年用于采矿的爆炸物数量可达数百万吨。总体上，平均每天会发生25次震级超过4级的地震；震级每下降一级，数量大约变为原来的10倍（也就是说，每天3级以上的地震大约有250次）。
在地球绝大多数地方，一次典型的核爆炸试验（当量略低于1,000吨，且置于地下坚硬的岩层之中）产生的震动，大约与一次4级地震相当。坚硬的岩层能够有效地向外传递能量，如果岩层较软，岩石就会吸收更多的能量，使探测到的震级下降。一些决策者因此担心，某些国家可以通过调整试验地点的地理条件，大大减弱产生地震信号的强度。例如，在岩层中挖一个足够大的洞，并将试验地点选在洞中，就能在很大程度上抑制产生的地震波。但对于任何有军事意义的核爆炸试验，如果用这种方法掩饰自身的存在，这个洞穴的体积就必须足够巨大。也许在能够进行试验之前，洞穴就会因为经受不住地表的重量而坍塌。在其他方面，这个洞穴也会露出马脚，比方说挖出来的碎石必须仔细隐藏，否则会被卫星发现。总之，有军事意义的核爆炸试验被发现的可能性很高。
实际上，单独使用地震波监测技术，每天分析50～100条记录，就能监测到90%当量不低于1,000吨的核爆炸试验。如果要监测规模更小的爆炸，就须加大每天分析的数据量。然而，对于核试验来说，即使是1,000吨TNT当量也是很小规模，美国科学院2002年的报告指出，这种级别的核试验对那些想制造大型核武器的国家（尤其是对那些初次进行核试验的国家）没有任何帮助。
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