会觅食的太空火球

蜡烛的火焰什么样,地球人都知道,但是烛焰到了太空什么样?一般人都没见过,但我们可以猜到,太空的烛焰是球形的,这已经被宇航员们证实了。太空的烛焰不但是球形的,而且闪耀着悠悠的蓝光,就像地球烛焰的焰心那样黯淡。这是烛焰的情况。

我们知道工厂里经常会发生爆炸,尤其是当燃料气溢出,混到空气中后,遇到火星子就会发生爆炸。这就是加油站或加气站亮出“严禁烟火”警示牌的原因。现在想象一下,这种燃料混合气到了太空会如何燃烧,还会不会爆炸?

失重下,火苗化身火球

有位燃烧学专家就联想到了这一点。由于进行太空实验费用昂贵,他先在地球上模仿失重的环境,看看燃料气会如何燃烧,若有进一步实验的价值,再把实验升级到太空。

于是,1984年,燃烧学专家在美国宇航局微重力研究中心的吊篮上,放上开口的氢气燃烧罐,按下开关后,吊篮自由下落,迅速向地面冲去,也就是大约2.5秒的时间,就在空中经过了30米的高度。自由下落的吊篮显然处于失重状态,就在这种情况下,燃烧着的火苗竟然分化出了一个个微小的火球在空中飘动。这些小球直径也就是几毫米,看上去很黯淡,它们在没有灯光的黑夜中才能看到。仅仅几秒钟的时间,这些小火球就因燃料燃尽而消失了。

火苗在失重状态下,确实会化身为小火球!这个实验证实了一位苏联物理学家在1944年的预测,这位物理学家认为,在某种特殊条件下,火苗会变成很多个微小的火球,但是这种情况出现的几率就像钢笔以笔尖立起来一样,几率很小,而且不稳定。他进一步推测地球上不太可能出现这种情况,但在没有重力的环境里或许有可能。

这个实验引发了一系列问题,失重状态下,火苗是球状的,这谁都能理解。但是火苗为什么要化身为很多个很小的火球?火球的尺寸有什么讲究?小火球能燃烧多久?小火球还会表现出什么有趣的现象?这个实验让科学家看到了到太空研究燃料气燃烧的价值。

诡异的荧火

于是在1997年,宇航员在哥伦比亚号航天飞机上进行了这样的实验。一个密封的金属罐子,罐子内装有燃料混合气,其成分有氢气、甲烷、氧气和一些惰性气体,惰性气体的作用是稀释燃料气。罐子中有电打火器,罐子中还安装了微型摄像机,可以让人观察里面气体燃烧的情况。

实验过程很有意思。当燃料气被电火花点燃后,也是形成了很多个小火球,火球的直径在2毫米到15毫米。这些小火球比地球上那次失重下的火球更黯淡,需要仔细看才能看到。在地球上,生日蜡烛放出的光和热有50瓦,而这里的小火球放出的能量估计也就是1瓦的样子。火球们会随着航天飞机的飞行震动而到处飘荡,看上去就像诡异的UFO。这些火球的寿命还很长,在自动控制装置8分钟后结束实验的时候,里面的火球还在燃烧呢!这是出人意料的,因为根据地球上的实验情况,太空火球能燃烧几分钟就不错了,但实际上,太空火球却长寿得很。

太空火球会觅食

为了进一步看清火球的表现,测出火球的最长寿命,科学家在2003年又进行了一次实验。这次实验也是在哥伦比亚号航天飞机上进行的。实验采用了更高级的摄像机,把实验的时间延长到数个小时。

这次实验充分展现了小火球的有趣性。给科学家的感觉,这些小火球好像是一个个单细胞生命,它们会到处觅食。

这些火球在固定的地方燃烧一段时间后,就会向别处飘,科学家说,它们这是在觅食。因为它呆的地方,燃料已经被它用掉了,而在太空中,燃烧罐内的燃料气又不会对流,因此小火球自己向别处移动,换个“食物”充足的地方吃食。火球们还会因觅食而出现争斗现象,也就是一个火球会撞向另一个火球,但它们不会真的撞到一起,而是接近到一定程度后,另一个火球就逃开了。

研究者很看重直径十几毫米的肥胖火球,但肥胖火球很不争气。它们吃得多,因此往往会因觅食不足而熄灭了。火球在“饿死”之前还会跳动,就像油灯缺油的时候,也会跳动一样。科学家说,这是因为燃料气在缺乏的时候,分布不均匀,燃料浓度大小的波动就会让火球跳动。

火球们个性各异

有两个火球给科学家留下了深刻的印象,它们相互环绕着向前飞行,形成了类似DNA的双螺旋轨迹。这两个火球怎么会做出这样的行为?要知道,火球因燃料缺乏会运动,因航天飞机的轻微震动也会运动,除了这两种情况外,没有别的原因让火球运动了。这两种情况并不会导致火球来个双螺旋表演啊!另外,别的火球怎么没有这种表演雅兴,为何这两个火球却如此独特?

这两个火球如此活泼,但是却有一些火球性格抑郁,别的火球都在寻觅食物,以求活得更长,这些火球却不去觅食,不仅如此,它们还因想不开,时不时 “一头撞死”在燃烧罐的壁上。因为罐壁附近的燃料是最稀少的,火球只要来到罐壁附近就会熄灭。

最令人关注的是一个叫“科利”的火球,它最长寿了,活了81分钟!科学家在进行实验之前,就曾希望制造出能环绕地球一圈的火球,因为航天飞机环绕地球一周需要90分钟,科利火球基本实现了科学家的愿望。科利之所以能长寿,科学家认为是因为科利不“自私”,心态最稳。看看科利的经历,很是有意思。一次电火花后,它与另外8个火球一起诞生了。一起生活了一段时间后,它的兄弟姐妹都东游西逛地觅食去了,还因争食而出现了争斗现象。唯有科利守在家里不动。不久,觅食、争食的那些火球都因不小心靠近了罐壁而熄灭了。最后整个燃烧罐就剩下科利自己,它美美地享受着丰盛的食物,活到81分钟的高龄。

长不大的太空火球

我们完全被火球们的表演迷住了,忘记了另一个重要的问题:火球的个头有限制吗?为什么都是几毫米的尺寸,最大的才15毫米?科学家研究之后,告诉我们,火球的大小是有限制的。

太空火球都是在表面那一层燃烧的,因为只有表面球壳可以接触到燃料,火球的内部是燃烧后生成的废气。但是这些废气却可以穿过球壳向外扩散,燃烧生成的热量也会从球壳表面向外辐射。球壳表面越大,接触到的燃料越多,因此,火球不能太小,否则球壳接触到的燃料太少,无法燃烧起来。但是球壳越大,散热也就越多。研究发现,火球表面的温度与火球的直径成反比,火球越大,它表面的温度越低,而燃烧需要的温度是不能太低的,否则燃料不会烧起来。这样,两种因素的综合作用,就把太空火球的个头限制在了几毫米的量级。

太空火灾扑不灭

这次实验还没有让科学家很满意,他们还想知道人为干扰火球会怎么样。目前这个实验还没有做。但是可以设想,万一空间站里燃料气溢出,发生了火灾的话,空间站里的火灾景象就是一个个小火球到处飘荡。那么如何把这些火球扑灭?科学家推测,太空火球可能会很诡异,难以扑灭。

一般情况下,急速的气流或者踩踏会把烛火熄灭,但是这些比烛火还微弱得多的小火球却会在气流冲击下,反而燃烧更明亮。因为没有什么气流的话,失重情况下的小火球周围没有对流,小火球只能在它的边缘那一层球壳上安静地燃烧,但是一旦有气流扰动,就相当于出现了空气对流,让火球燃烧更旺。这种情况与风箱会让煤燃烧更旺是一样的道理。

那么异常快速的气流会不会让小火球熄灭?由于小火球自己会避开强气流,因此我们即使用强气流也对它奈何不了。想扑灭或踩灭它,都很难。它就像幽灵一样躲闪着,同时还看上去更明亮了,好像故意气你一样。

那么这样的太空火球如何熄灭?科学家认为,可以用一块板慢慢接近太空火球,制造一个太空火球碰壁的情况,太空火球就会因燃料不足而熄灭了。

不过太空火灾应该没有地球火灾那么可怕,那些小火球放热很少,不足以把周围的物品烧着。

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