「上帝之杖」的主構成元素，緣自科學家們的接力發現！

「上帝之杖」不是電影《哈利·波特》中巫師那條無所不能的魔杖，而是美國航空航天局正在研製的動能武器系統。

「上帝之杖」不是電影《哈利·波特》中巫師那條無所不能的魔杖，也與《射鵰英雄傳》「江南七怪」老大柯鎮惡手中懲奸除惡的鐵杖毫不沾邊，而是美國航空航天局正在研製的動能武器系統。它的全名為上帝之杵天基動能武器系統，該系統由一顆衛星搭載名為「上帝之杖」的金屬棒，從遙遠的太空發射，依靠動能來對地球上的任何地區進行精準性毀滅，其攻擊能力強大、打擊範圍廣，駭人聽聞。此系統攻擊目標時綠色環保且無核污染，未來可代替核武器。

「上帝之杖」升空模拍圖。（來源於網路）

直徑0.3米、長約6米、重達數十噸的「上帝之杖」主要是什麼元素構成的？它經過大氣層時為何能承受住與大氣摩擦的上千度高溫呢？它又是怎麼被科學家們發現的？……

回答這些問題前，不妨把視線拉回到兩個多世紀前。

接力「揪」出它

「這石頭怎麼如此沉？裡面如果是錫或鋅的話應該很輕呀！」1758年，瑞典礦物學研究者克朗斯泰特手裡掂著一塊沉甸甸的白色礦石，不禁喃喃自語。這些礦石是德國薩克森州厄爾士山脈的礦工們發現的，礦主認為這些石頭可能會提煉出鋅或錫，便寄給當國科學院。克朗斯泰特另一身份是本國的著名化學家和社會學家，他與德國化學家交流時得到這些礦石，便帶回國進行研究。

克朗斯泰特多次試驗也沒弄明白這是什麼礦石。為了便於後人研究，他用瑞典文「tungsten」來命名這種既硬又重的礦石，並撰文發表，聲稱「tungsten」中含有未知元素。「tungsten」直譯是「重石」，意即沉重的石頭。

白鎢礦（來源於網路）

轉眼到了1781年。瑞典化學家舍勒讀到克朗斯泰特的論文後，從本國找來白色的重石，反覆進行實驗，看到底裡面有沒有未知元素。他用碳酸鉀與重石共熔，再添加硝酸，得到一種黃色的粉狀固體。他與同為化學家的朋友貝格曼商量後，把這種粉狀固體稱為「tungsticacid」。由此，舍勒得到兩個結論：一是重石中不含錫或鋅，二是將「tungsticacid」還原後可得到未知的高硬度金屬。這種金屬就是「tungsten」。

化學家舍勒（來源於網路）

事情還沒結束。2年後，西班牙兩位研究礦石的兄弟對一種叫「狼泡」的礦石產生了濃厚的興趣。胡塞?德魯亞爾和浮士圖?德魯亞爾兄弟是瑞典烏布薩拉大學貝格曼教授的學生，曾聽老師談過舍勒分析重石的實驗。貝格曼教授鼓勵他們要另闢蹊徑進行科學研究，即使大師舍勒研究過的也不放過。

德魯亞爾兄弟於是將「狼泡」和木炭粉末組成的混合物用高溫進行灼燒，灼燒結束冷卻後生成一種黑褐色的金屬顆粒。進一步實驗，他們發現這種金屬顆粒既堅硬密度又大。德魯亞爾兄弟用「狼泡」的英文「wolfram」來命名這種金屬元素，化學簡稱為「W」。若干年後的1870年，清末科學家徐壽等編寫《化學材料中西名目表》時，以「漢語固有舊字賦予新義」的原則，把「wolfram」翻譯成鎢。自此，鎢終於走進世人視線。

黑鎢礦（來源於網路）

值得一提的是，接力「揪」鎢的科學家們研究的石頭，正是鎢在自然界主要存在的兩種礦石：克朗斯泰特、舍勒所研究的是白鎢礦，主要成分是鎢酸鈣，西方人把這種礦石稱為「Scheelite」，漢譯為舍勒礦；德魯亞爾兄弟所研究的是黑鎢礦，又叫鎢錳鐵礦，主要成分是鎢酸錳鐵。作為一種親石元素，鎢在地殼中含量極少，只有約百萬分之一。

「烈火金剛」大顯身手

話說德魯亞爾兄弟用碳還原三氧化鎢得到鎢粉後一百多年裡，人們並沒認識到鎢的重要性。歷史進入1880年，「發明大王」愛迪生為研製燈泡，做過1600種不同的試驗後終做成竹絲電燈。這種電燈壽命雖有幾百小時，但顯然不能滿足人類的生活和工作需求。30年後，美國科學家庫里奇在實驗中發現鎢的熔點高達3400多度，且升華速度很慢，可謂是燈絲的不二之選。他製作出了可延長的鎢絲，並研製出鎢絲燈泡。這種平均壽命達1500小時，售價也不高的燈泡很受市民歡迎。1914年全世界8850萬隻燈泡中，鎢絲燈佔了70%；1945年全世界7.95億隻燈泡中，鎢絲燈泡已佔96%以上。這種情況持續到21世紀初，直到它被節能燈取代。

鎢絲燈泡（來源於網路）

科學家們進一步研究，確定鎢有以下優點，一是它是熔點最高的天然金屬，是當之無愧的「烈火金剛」；二是密度超高、硬度超高、抗腐蝕性超強、沸點超高。20世紀30年代，具有如許優點的鎢作為鋼的添加劑用於治金工業，佔了整個市場的50%左右。在鋼中加入9%-17%的鎢製成鎢鋼後，硬度更高，可用於現代工業中的金屬切割或切削；在鎢鋼中加入鉻、鈷等元素後，可製成比鎢鋼硬度更高、更能耐高溫的合金。由此，鎢逐步被應用於天然氣、礦業、金屬加工、重型製造業等領域。

20世紀70年代起，「烈火金剛」鎢在航空航天上大顯身手，主要用作飛船、航母等的製造原料。各國政府認識到鎢的重要性，紛紛把鎢納入本國的戰略金屬之列。美國、英國等國家的鎢需求總量，佔世界鎢總量的 60％以上，且大多從國外進口。作為世界上最大的鎢供應國，中國的鎢含量較豐，產地主要在江西大庾山等。

高精度鎢鋼打磨頭。（來源於網路）

20世紀80年代，極端重視儲備戰略金屬的美國政府，從增強本國軍事力量的角度出發，產生了研製「上帝之杖」的構想，並計劃在2025年前完成部署。「上帝之杖」主要由鎢為主的戰略金屬製成，幾分鐘內依靠衛星制導對地球上任何地區的目標進行打擊。

這種構想已被不少科學家和科普作家所接受，並演繹到影視作品中。科幻電影《特種部隊2》里，美國科學家就設想了一種類似「上帝之杖」的太空武器並付諸實踐：將一根重達幾十噸的鎢棒運至太空里的人造衛星，讓它自由落體，如此輕鬆地毀滅了倫敦市區。

電影播放的情節完全符合科學原理，一是「烈火金剛」組成的金屬棒經過大氣層時可以承受摩擦產生的高溫，不被熔化掉；二是它非常重，從距離地面1000公里的太空傾瀉而下的時速可達上萬公里，高速產生的重力足以讓倫敦市區所在的地面結構發生變化而導致塌陷。

當然，儘管「上帝之杖」如此威風，但把它當作類似核武器一樣的威懾性武器，這應該不是當初接力發現鎢的科學家們的初衷！

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【參考資料】

1、 論文《鎢在化工領域中的應用現狀和發展前景》，作者姜恆，《中國鎢業》2012年2月刊。

2、 論文《漢字「鎢」的發明人李國欽》,《百年潮》2001年笫12期。

3、 論文《白熾燈的誕生史》，未來科學網等。

作者：魏德勇

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