球狀火焰，你未曾見過的太空奇景

張奕揚 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——蠟燭燃燒時那水滴形狀的火焰，篝火燃燒時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，因為這一奇景只會綻放在太空之中。

在太空環境下，火焰與我們平時看到的截然不同。在幾乎沒有重力、空氣流動又很微弱的空間站之中，火焰竟然不同尋常地呈現為球狀。這個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，本質上是化學反應，比如木頭達到一定的溫度后就會與空氣中的氧氣發生作用，木頭中的可燃物質與氧氣發生劇烈的氧化還原反應，并在此過程中放出大量的光和熱。火焰的光亮與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別如此明顯？這是因為空氣對流的作用。由于空氣中的各個區域溫度不同，會導致空氣之間發生相對流動。比如，夏天開空調制冷時，坐得越低越涼快；冬天開暖氣制熱時，則是站得越高越暖和——造成這一現象最根本的原因是重力。同理，在地面上，當蠟燭被點燃后，火焰燃燒會加熱緊鄰區域的空氣，使得空氣受熱體積膨脹，密度降低。這時，與蠟燭有一定距離的空氣則由于密度更大，便會因為重力下沉，與被加熱的空氣形成對流，從而將火焰的形狀拉長，呈現出水滴的形狀。

在太空環境下，由于重力幾乎消失，原本受到重力才能產生的對流現象也幾近消失，蠟燭的火焰便只能依靠擴散作用，自發地從內向外，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上，因此滅火器等常用的滅火器具難以適用。通常，當空間站遇到較大的火災時，往往靠的是將整個著火艙室與其他艙室隔絕，使火災消耗完剩余的氧氣之后直接“餓死”。

當然，利用空間微重力燃燒難以熄滅的特點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，并且還能夠持續相當長的時間。這種狀態下，燃燒產生的煙塵也更少。目前，部分研究人員認為，這種空間微重力燃燒如果能在地面上實現，將能顯著提高內燃機的燃燒效率，而且還更為環保。

在太空的微重力環境下，如此一團小小的球狀火焰，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力之源。