来源:科技眼
蜡烛的火焰是什么样的,地球人都了解,但如果在太空中点燃蜡烛,火焰会变成什么样呢?这个问题可能没人亲眼见过,但宇航员们已经为我们揭示了答案:太空中的火焰呈球形,并且闪烁着淡蓝色的光,就像地球上蜡烛火焰的中心部分那样暗淡。这个现象也证实了太空环境下燃烧的特殊性。
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在地球上的工厂中,爆炸时常发生,尤其是燃料气体泄漏、与空气混合后,遇到火花就可能引发爆炸。正因为如此,加油站和加气站才会有“严禁烟火”的警示。然而,想象一下,如果这种燃料混合气进入太空后燃烧,会发生什么样的变化呢?它还会爆炸吗?
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火焰在失重的环境下会发生怎样的变化?为了研究这个问题,一位燃烧学专家决定先在地球上模拟失重环境,观察燃料气体的燃烧情况。如果这些实验值得进一步探索,他将进行更高层次的太空实验。1984年,这位专家在美国宇航局的微重力研究中心做了实验。他将一个开口的氢气燃烧罐放入吊篮中,启动开关后,吊篮自由下落,迅速飞行了30米,几乎是短短2.5秒钟的时间,处于失重状态。在这个过程中,燃烧的火焰竟然分裂成多个小火球在空中漂浮。这些火球直径只有几毫米,显得相当微弱,仅能在黑夜中看到。几秒钟后,这些小火球便因燃料耗尽而消失。
火苗在失重状态下的变化确实是小火球!这个实验也证实了1944年一位苏联物理学家的预言,他认为在某些特定条件下,火苗会变成多个小火球。虽然这种现象非常罕见,且不稳定,但在失重的环境下,却可能发生。他还推测,地球上无法观测到这种现象,但在无重力的情况下,或许会有机会出现。
这一实验引发了更多的疑问。失重下火苗呈球形,这很容易理解。但是火苗为什么会转变成许多小火球?这些火球的尺寸有什么规律吗?它们能燃烧多久?又会呈现出什么奇特的现象?这些问题激发了科学家们对太空中燃料气燃烧更深层次的兴趣。
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1997年,宇航员在哥伦比亚号航天飞机上进行了一项实验。在一个密封的金属罐内,他们混合了氢气、甲烷、氧气及惰性气体,并安装了电打火器和微型摄像机,用以观察火焰的燃烧情况。实验开始后,燃料气被点燃,火焰再次分裂成多个小火球,直径在2毫米到15毫米之间。这些小火球比地球上失重状态下的更为微弱,需要仔细观察才能看到。相比地球上50瓦特的生日蜡烛光和热,这些火球的能量仅为1瓦特左右。随着航天飞机的震动,这些小火球四处飘动,宛如神秘的UFO。令人惊讶的是,这些火球的寿命远超预期。在自动控制装置关闭前的8分钟里,它们依然在继续燃烧,打破了地球实验中火球燃烧几分钟就熄灭的传统观念。
为了更详细地观察火球的行为,科学家们在2003年再次进行实验。这一次,他们使用了更先进的摄像设备,并将实验时间延长至数小时。通过这次实验,科学家们发现火球的行为像极了单细胞生命,它们会四处“觅食”。火球在某个地方燃烧一段时间后,就会飘向其他区域寻找新的燃料。当它们找到燃料丰富的地方时,便开始继续燃烧,若没有足够的燃料,它们则会熄灭。这些小火球甚至会在争夺食物时发生碰撞,但它们并不会真的相撞,而是会在接近到一定程度后互相避开。
科学家特别关注的是一些体型较大的火球,直径接近十几毫米。然而,这些火球的“胃口”也大,经常因燃料消耗过快而熄灭。在临近燃料耗尽时,火球还会出现跳动的现象,就像油灯在油快烧尽时会颤动一样。科学家解释称,这是因为燃料气在剩余不多时分布不均,燃料浓度的不稳定使得火球产生跳动。
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这项研究也引发了一个新的问题:如果太空中发生火灾,火球该如何扑灭?一般情况下,强风或踩踏能够熄灭火焰,但小火球在没有气流的环境中反而可能燃烧得更旺。因为在失重环境下,小火球的周围没有对流,气流的扰动反而能促进它们的燃烧。因此,想要扑灭这些小火球并不容易。科学家推测,最有效的方法是使用一块板子缓慢接近火球,迫使火球撞上并耗尽燃料,从而熄灭。