張奕揚(yáng) 閆娜

若是問， 火焰是什么形狀的？你多半就會想到日常生活中見到的那些——蠟燭燃燒時(shí)那水滴形狀的火焰，篝火燃燒時(shí)那搖擺不定的跳舞一般的火焰，甚至電影中那些熊熊烈火的大場面。

但你一定沒有見過球狀的火焰，因?yàn)檫@一奇景只會綻放在太空之中。

在太空環(huán)境下，火焰與我們平時(shí)看到的截然不同。在幾乎沒有重力、空氣流動(dòng)又很微弱的空間站之中，火焰竟然不同尋常地呈現(xiàn)為球狀。這個(gè)球狀火焰看起來有些“寒冷”，還有些暗淡，如同一張薄薄的火焰膜輕輕地將蠟燭包裹。這就是空間微重力燃燒。

空間微重力燃燒，遠(yuǎn)離地球的奇景

為何空間微重力燃燒如此神奇？要先從什么是燃燒說起。燃燒，本質(zhì)上是化學(xué)反應(yīng)，比如木頭達(dá)到一定的溫度后就會與空氣中的氧氣發(fā)生作用，木頭中的可燃物質(zhì)與氧氣發(fā)生劇烈的氧化還原反應(yīng)，并在此過程中放出大量的光和熱?；鹧娴墓饬僚c熾熱的溫度就來源于此。

都是燃燒，那為何地面與太空中的火焰的區(qū)別如此明顯？這是因?yàn)榭諝鈱α鞯淖饔?。由于空氣中的各個(gè)區(qū)域溫度不同，會導(dǎo)致空氣之間發(fā)生相對流動(dòng)。比如，夏天開空調(diào)制冷時(shí)，坐得越低越?jīng)隹欤欢扉_暖氣制熱時(shí)，則是站得越高越暖和——造成這一現(xiàn)象最根本的原因是重力。同理，在地面上，當(dāng)蠟燭被點(diǎn)燃后，火焰燃燒會加熱緊鄰區(qū)域的空氣，使得空氣受熱體積膨脹，密度降低。這時(shí)，與蠟燭有一定距離的空氣則由于密度更大，便會因?yàn)橹亓ο鲁?，與被加熱的空氣形成對流，從而將火焰的形狀拉長，呈現(xiàn)出水滴的形狀。

在太空環(huán)境下，由于重力幾乎消失，原本受到重力才能產(chǎn)生的對流現(xiàn)象也幾近消失，蠟燭的火焰便只能依靠擴(kuò)散作用，自發(fā)地從內(nèi)向外，慢慢地變成了球狀。

不一樣的燃燒，值得不一樣對待

由于空間微重力燃燒與我們所熟知的燃燒現(xiàn)象有顯著不同，因此滅火方式也大不相同。由于重力幾乎消失，滅火器噴出的二氧化碳難以附著包圍在起火點(diǎn)上，因此滅火器等常用的滅火器具難以適用。通常，當(dāng)空間站遇到較大的火災(zāi)時(shí)，往往靠的是將整個(gè)著火艙室與其他艙室隔絕，使火災(zāi)消耗完剩余的氧氣之后直接“餓死”。

當(dāng)然，利用空間微重力燃燒難以熄滅的特點(diǎn)也許能夠起到更大的作用。與生活中常見的蠟燭火焰在燃料耗盡后便會快速熄滅不同，太空中的蠟燭火焰在變得無比暗淡，甚至于人眼觀察到仿佛是已經(jīng)熄滅之后，使用比人眼更為靈敏的攝像頭仍然能拍攝到蠟燭的表面附著有一層薄薄的微弱火焰，并且還能夠持續(xù)相當(dāng)長的時(shí)間。這種狀態(tài)下，燃燒產(chǎn)生的煙塵也更少。目前，部分研究人員認(rèn)為，這種空間微重力燃燒如果能在地面上實(shí)現(xiàn)，將能顯著提高內(nèi)燃機(jī)的燃燒效率，而且還更為環(huán)保。

在太空的微重力環(huán)境下，如此一團(tuán)小小的球狀火焰，就讓我們窺得了更多物理的奧秘。相信未來，在同學(xué)們的探索和努力之下，一定能看到神奇的球狀火焰在地面上綻放，給人類帶來更潔凈和更充沛的動(dòng)力之源。