Ученые под руководством физика-ядерщика Грега Сприггса из Ливерморской национальной лаборатории имени Эрнеста Лоуренса Министерства энергетики США выложили в сеть 62 ролика испытаний ядерного оружия в атмосфере, которые ранее содержались в секретных хранилищах. Команда Сприггса работает над сохранением и анализом около десяти тысяч документальных видеоматериалов, снятых в период 1945-1962 годов. Для этого они используют сканер кинопленки, преобразовывая кадры взрывов в цифровые изображения.
Видеоматериалы охватывают 210 атмосферных испытаний ядерного оружия, при этом каждый взрыв снят, как минимум, с 50 различных точек. На съемку вспышек уходило несколько сотен метров пленки в секунду, что позволяло в режиме Slow-mo запечатлеть появление огненных шаров, их расширение и быстрое угасание. Другие камеры отслеживали формирование и эволюцию грибовидных облаков. Рассекреченный архив — ценный источник данных, которые являются основой для компьютерной симуляции, позволяющей понять физику взрывов и их последствия.
При детонации ядерного заряда возникают два световых импульса. На видео испытания Harlem, проведенного в рамках проекта Dominic 12 июня 1962 года над островом Рождества (Тихий океан), видно, как первый импульс возникает сразу после начала взрыва. Однако огненный шар быстро теряет яркость, поскольку сверхнагретый (свыше 3300 градусов Цельсия) воздух вокруг него отражает фотоны обратно к центру. Через секунду ударная волна остывает, делая воздух более прозрачным, и фотоны беспрепятственно распространяются, создавая второй световой импульс.
Видео испытания Bluestone запечатлело эволюцию огненного шара при взрыве ядерного заряда мощностью 1,3 мегатонны. Можно заметить, как яркая внешняя оболочка сферы, усыпанная белыми пятнами, тускнеет и становится прозрачной. Это объясняется тем, что во время детонации высвобождаемое рентгеновское излучение вступает в реакцию с молекулами воздуха, порождая первичный радиационный огненный шар. Однако в нижних слоях атмосферы рентген не может далеко распространяться, и шар обгоняет гидродинамическая ударная волна, заставляющая воздух светиться. Через миллисекунды после взрыва ее энергии уже недостаточно для накаливания атмосферных газов, и ударная волна визуально отделяется от радиационной сферы, становясь прозрачной.
Мощность взрыва во время испытания Turk (7 марта 1955 года) в рамках операции Teapot составила 43 килотонны в тротиловом эквиваленте. Детонация заряда произошла на специальной башне, в 154 метрах над землей на полигоне в пустыне штата Невада. Детализированная съемка проводилась с помощью высокоскоростных пленочных камер, что позволило измерить скорость роста огненного шара, а также различить детали, возникшие на его поверхности в момент взрыва и столкновения с поверхностью. Например, в первые доли секунды из огненного шара выходят «трюки» (англ. rope trick effect) — выросты, чье возникновение вызвано нагревом и испарением тросов, поддерживающих башню, где укреплена бомба.
Видео испытания Turk позволяют увидеть и другие структуры, возникающие на поверхности огненного шара. Например, появляются светлые и темные области — это объясняется испарением корпуса бомбы. Образовавшиеся пары ускоряются до огромных скоростей, порядка несколько десятков километров в секунду, однако остаются на внутренней поверхности ударной волны. Разница в плотности газов и создает пятнистую картину, наблюдаемую при скоростной съемке первых долей секунды взрыва.
Взрыв Turk является наземным контактным, когда тепловая волна достигает поверхности и начинает испарять землю. При этом происходит выброс грунтов и паров от бомбы. Продукты взрыва вступают в ядерную реакцию с частицами почвы, а последние разбрасываются на обширной территории огненным облаком, что создает радиоактивное заражение. Также возникает грунтовая волна, из-за которой в эпицентре образуется воронка, напоминающая метеоритный кратер. У другой разновидности наземных взрывов — неконтактных — ударная волна успевает отделиться от тепловой, отражается от поверхности и отбрасывает огненный шар вверх.
На видео, демонстрирующем испытание Bighorn, заметно формирование грибовидного облака. Тогда, 27 июня 1962 года, над островом Рождества в центральной части Тихого океана был взорван заряд мощностью 7,65 мегатонны в тротиловом эквиваленте. Идеальной формы шар возник на высоте 3,5 километра, однако вскоре ударная волна отскочила от поверхности Земли и деформировала нижнюю часть огненного шара, превратив его в купол. Облако уходит вверх, увлекает за собой с земли пыль и грунт, формируя тем самым ножку гриба. Скорость, с которой растет гриб, может использоваться для расчета выделившийся энергии. У высотных взрывов образуется облако без ножки.