太空科學(xué)課（二十三）

今天，讓我們一起回到“天宮課堂”第四課，看看神舟十六號(hào)乘組的航天員老師為我們展示了哪些有趣的實(shí)驗(yàn)。

中國空間站燃燒科學(xué)實(shí)驗(yàn)柜內(nèi)的甲烷燃燒圖像（左）與地面同種工況下的甲烷燃燒圖像（右）（圖源：中國科學(xué)院工程熱物理研究所、清華大學(xué)燃燒能源中心）

首先，來自北京的同學(xué)提出了一個(gè)有趣的問題：微重力環(huán)境下的燃燒現(xiàn)象和地面的有什么不同嗎？燃燒，你一定很熟悉。爸爸媽媽用燃?xì)庠钭霾藭r(shí)的灶火、過生日時(shí)蠟燭的燭火，都是生活中常見的燃燒現(xiàn)象。你仔細(xì)觀察過一個(gè)物體燃燒時(shí)是什么樣的嗎？燃燒往往伴隨有明亮的火焰。火苗永遠(yuǎn)都是向上“生長”，就像在物體上跳舞的小精靈一樣——頭部可以隨風(fēng)搖擺，雙腳卻牢牢地抓在物體上。如果你稍微靠近火苗，還會(huì)感覺到溫?zé)嵘踔潦亲茽C。所以你發(fā)現(xiàn)了吧，燃燒是一種會(huì)發(fā)光、發(fā)熱的現(xiàn)象。雖然人類在遠(yuǎn)古時(shí)期就已經(jīng)開始用火了，但是關(guān)于燃燒的原理，依然有很多值得研究的問題。在我們的空間站中，就有專門用來研究微重力環(huán)境下燃燒現(xiàn)象的燃燒科學(xué)實(shí)驗(yàn)柜呢！

地面上的火焰我們都很熟悉了，那空間站的火焰是什么樣的呢？隨著航天員將點(diǎn)燃的火柴靠近蠟燭的棉芯，棉芯也隨之被點(diǎn)燃。不過，蠟燭頂端的火苗卻與地面的不同，竟然是球形的！

空間站燭火與地面課堂燭火對(duì)比

回想一下你見過的蠟燭火苗，在沒有空氣流動(dòng)的干擾下，火苗是不是上端細(xì)、下端粗，近乎呈一個(gè)圓錐體？為什么空間站中的火焰形狀這么奇特呢？其實(shí)，與其說是空間站的火焰形狀特殊，不如說是地面的重力環(huán)境導(dǎo)致火焰出現(xiàn)了更復(fù)雜的圓錐體結(jié)構(gòu)。當(dāng)蠟燭燃燒時(shí)，我們所看到的火苗其實(shí)是可燃物質(zhì)與氧氣在發(fā)生劇烈的化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)生的高溫會(huì)將其附近的空氣加熱。相同體積的熱空氣比冷空氣更輕，就會(huì)向上運(yùn)動(dòng)，推動(dòng)火苗向上走。而蠟燭周圍的冷空氣又會(huì)聚集過來補(bǔ)充熱空氣的位置，這樣就會(huì)把火苗向內(nèi)“夾”成一個(gè)長條的形狀。而火苗離蠟燭越遠(yuǎn)，可燃物質(zhì)的含量就越少，火焰自然就會(huì)變?nèi)跎踔料В@就是火焰頂端會(huì)更加細(xì)小的原因。

而在空間站中，同樣是火焰把它周圍的空氣加熱，但是微重力環(huán)境下的熱空氣并不會(huì)向上飄，而是繼續(xù)穩(wěn)穩(wěn)地停留在火焰附近，周圍的冷空氣也補(bǔ)充不進(jìn)來，所以火焰就只能以一個(gè)近似球體的形狀存在了。值得一提的是，由于空氣的補(bǔ)充比較緩慢，所以空間站中的火焰無法得到地面上同樣的氧氣供應(yīng)，燃燒就會(huì)不夠充分，火苗看上去會(huì)更暗些，溫度也會(huì)稍低些。

太空熊貓君鄭重提醒你：關(guān)于燃燒的實(shí)驗(yàn)?zāi)悴豢梢暂p易嘗試，要在大人的監(jiān)督和幫助下完成。火焰是非常危險(xiǎn)的，一不小心就可能引起火災(zāi)，給自己和家人帶來傷害。平時(shí)也不要玩火，遇到火情記得要第一時(shí)間撥打消防電話119 喲！

本期“節(jié)日連連看”答案：

4 月1 日 國際愛鳥日

4 月8 日 國際珍稀動(dòng)物保護(hù)日

4 月22 日 世界地球日

5 月22 日 國際生物多樣性日

6 月5 日 世界環(huán)境日

6 月8 日 世界海洋日

6 月22 日 世界雨林日