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　　美國的科學(xué)家正研究，在太空沒有引力的狀態(tài)下，火是怎樣燃燒的，研究

　　的結(jié)果會幫助避免宇宙飛船發(fā)生火警。

　　太空總署(NASA)的科學(xué)家指出，在地球的引力(gravity)下，火是會向上燃燒，而煙塵(soot)會隨著火向上，到達(dá)火焰(flame)的尖端，使火焰變成黃色;但是在太空沒有引力的情況下，沒有對流作用，火焰會變成球狀，沒有煙塵，而火焰的顏色是藍(lán)色的。

　　上圖所見，是科學(xué)家解釋火焰在引力和沒有引力的情況下怎樣燃燒。

　　科學(xué)家解釋說，了解火焰在太空沒

　　有引力，對流不會發(fā)生的情況下，怎樣

　　燃燒和怎樣熄滅，可以幫助避免宇宙飛船

　　(spacecraft)上發(fā)生火警。

　　科學(xué)家在放平了的圓盤上生火，然

　　后將圓盤順時針方向旋轉(zhuǎn)，發(fā)現(xiàn)火焰的形

　　狀是螺旋形的;右圖所見，是科學(xué)家在實

　　驗時拍攝到火焰的照片。

　　從理論上講，燃燒的蠟燭在失重狀態(tài)下會立刻熄滅。道理很簡單：沒有重力的情況下就不會有對流，燃燒產(chǎn)生的熱空氣上升，含有氧氣的冷空氣馬上填充進(jìn)來。氧化劑一旦與火焰接觸就消耗殆盡，燃燒即中止。

　　這種解釋完全合乎邏輯，可能正是這種邏輯妨礙人們在實踐中去驗證。乘坐宇宙飛船遨游太空的人，誰也不會想到去擦火柴或點(diǎn)蠟燭。

　　1987年2月，這種情況終于碰到了。 “和平號”宇宙空間站發(fā)生了故障??氧氣發(fā)生器起火了。與理論上的看法相反，燃燒的火焰并沒有自動熄滅，宇航員只好動手將火撲滅。

　　這起事故觸發(fā)了俄羅斯和美國宇航員在失重條件下進(jìn)行燃燒實驗的想法。于是他們點(diǎn)燃了蠟燭，結(jié)果蠟燭持續(xù)燃燒起來，不過燃燒速度比在地面緩慢得多，尤其不同的是火焰的外形不是一般那樣向上伸展，而是一個很標(biāo)準(zhǔn)的圓球，火球外圍呈淡藍(lán)色。

　　既然在失重狀態(tài)下依然能夠燃燒，科學(xué)家在設(shè)計國際宇航空間站時，就必須預(yù)先考慮

　　一個被命名為‘凱麗’的火焰球

　　在哥倫比亞號航天飛機(jī)(STS-107)上的

　　火焰球已經(jīng)做出了某些奇怪而驚人的事情

　　(向哥倫比亞號航天飛機(jī)及其遇難者致敬!??譯者)

　　它們是太空的創(chuàng)造物：微小的火焰卷曲成球形，像幽浮(UFO)一樣飛來飛去。它們幾乎是不用燃料燃燒，暗淡的，往往難以發(fā)現(xiàn)。但它們富于個性。

　　“(我把這一個叫做)霍華德，”面無表情的宇航員達(dá)夫?布朗本周在哥倫比亞號航天飛機(jī)(STS-107)上。他已經(jīng)好幾次為細(xì)小的火焰拍照了，看著它們在測試室里煞有介事地尋找食物(燃料)，這時他腦子里突然冒出一個主意：這些火焰球需要有名字。

　　圖一 在這個錄像里，9個火焰球中的一個名為‘凱麗’。繼續(xù)讀下去，找出她有些什么特殊之處。

　　“之后，每個人都開始給它們命名，”USC的工程學(xué)教授保羅?隆內(nèi)說，是他設(shè)計了這項實驗。“這很有趣，它也幫助我們對看到的某些新奇的東西進(jìn)行跟蹤�！北确秸f，有兩個火焰球像DNA那樣按螺旋飛行，“我們叫它們克里克和華生�！�

　　然而，這遠(yuǎn)遠(yuǎn)不是逗趣。這些火焰球?qū)嶒??稱為SOFBALL，是‘低熱值火焰球結(jié)構(gòu)’(Structure of Flame Balls at Low Lewis number)的縮寫??是對‘火’的物理現(xiàn)象的嚴(yán)肅的研究。

　　不像地球上的火焰有著因重力場內(nèi)空氣上升而形成的淚滴形狀，太空中的火焰分裂成一些直徑數(shù)毫米的球形。一個典型的浮動火焰球大約產(chǎn)生1到2瓦的熱能??也就是說，比一支50瓦的生日蠟燭要小得多�！拔覀冊赟TS-107上創(chuàng)造的某些火焰球只發(fā)射0.5瓦的熱能??低記錄，”他說。

　　火焰球是‘節(jié)能’燃燒者，它們不需要更多的燃料來維持燃燒。工程師們將樂于把它們的效率復(fù)制到汽車發(fā)動機(jī)中去，“但首先我們必須懂得火焰球是怎樣工作的，”隆內(nèi)說。

　　這就是SOFBALL的目的。

　　SOFBALL是一個像辦公室垃圾桶大小的小室，充滿了可燃?xì)怏w：“少量的氫或甲烷(燃料)，一些氧(氧化劑)，還有大量的惰性氣體(如氦或氮)以稀釋混合氣體直到剛好燃燒為止，”隆內(nèi)說。實驗安排在航天飛機(jī)的一個名為‘燃燒指令艙’的架子的貨物角里。宇航員只要按下按鈕給混合氣體打出火花，瞧…火焰球。它們的溫度、亮度、熱損耗，以及氣體副產(chǎn)品的成分全部被內(nèi)置的儀器所監(jiān)控。SOFBALL是在NASA的格林研究中心由項目科學(xué)家卡爾文?魏蘭德和項目經(jīng)理安?歐威爾指導(dǎo)建造和試驗的。

　　圖二 SOFBALL的‘實驗安裝結(jié)構(gòu)’(EMS)有一個內(nèi)置的火花塞，一個溫度傳感器，一個幅射計和其他器件。

　　這是SOFBALL的第二次飛行，第一次是在1997年，也是在哥倫比亞號上(STS-83)。在那些日子里，實驗只運(yùn)行了8分鐘�！拔覀儧]有想過火焰球能維持十分鐘以上，”隆內(nèi)解釋說，“但我們錯了。它們中有許多在SOFBALL的控制計算機(jī)自動終止試驗以后仍在燃燒。我們需要更多的時間�！�

　　于是，在STS-107任務(wù)中，SOFBALL曾經(jīng)運(yùn)作了長達(dá)三個小時。而“我們已經(jīng)看到了某些非同尋常的事，”隆內(nèi)說。

　　克雷克和華生就是個例子。隆內(nèi)說，究竟是什么原因讓火焰球作螺旋形環(huán)繞飛行的，他還是沒有主意。“火焰球的運(yùn)動有兩個原因，”他解釋說�！暗谝�，當(dāng)它們耗盡了附近的燃料時，它們會向有更多燃料的地方飄移。它們像小的有機(jī)體那樣追隨燃料。第二，它們會因為航天飛機(jī)的輕微加速而飄移�！边@兩個原因中的任何一個都不會產(chǎn)生螺旋形的飛行途徑。

　　圖三 一個作螺旋形運(yùn)動的火焰球。

　　霍華德是另外一個隆內(nèi)以前從未見過的例子�！盎羧A德是自殺性的，”他說。它不像一般火焰球那樣去追隨燃料，霍華德一頭朝室壁上撞，那是缺乏燃料的區(qū)域。“它很快就熄滅了。我們還看到好幾個火焰球也像這樣�！蹦鞘橇硪粋�神秘之處。

　　SOFBALL實驗也會產(chǎn)生最大和最小的火焰球，直徑從2毫米到15毫米�！拔覀儼炎畲蟮囊粋�命名為‘車爾多維奇’，以紀(jì)念在1944年預(yù)測到火焰球的俄羅斯物理學(xué)家。”一位‘好心的’宇航員給一個火焰球起名為‘保羅?隆內(nèi)’，“但是它變小了，而且是短命的?? 一個庸才，”隆內(nèi)笑了。

　　閃動的火焰球是另一個首次發(fā)現(xiàn)�！按蠹s在15年前，伊利諾斯州立大學(xué)的約翰?巴克馬斯特和法國潑艾提爾(Poitier)CNRS的蓋伊?卓林預(yù)言，火焰球在燃料快要用完的時候會出現(xiàn)閃動。你或許看到過微弱的蠟燭火焰在它們熄滅前呈有節(jié)奏地上下跳動。我們以前從未見到過火焰球的這種閃動，但現(xiàn)在我們在兩個被命名為巴克馬斯特和卓林的火焰球上看到了。”閃動的持續(xù)時間揭示了火焰球大量的內(nèi)在活動，隆內(nèi)補(bǔ)充說。這是一個非常重要的結(jié)果。

　　圖四 一個SOFBALL輻射計信號顯示的火焰球閃動。??橫坐標(biāo)為‘時間(秒)’，縱坐標(biāo)為‘幅射(毫瓦/平方厘米)’，譯注??

　　然而，隆內(nèi)最喜歡的火焰球是凱麗。“在任務(wù)開始以前我說過，我要送一個火焰球去環(huán)繞世界，凱麗差不多做到了�！焙教祜w機(jī)每繞地球一圈是90分鐘，凱麗燃燒了81分鐘??這是迄今記錄到的持續(xù)時間最長的火焰球。

　　“凱麗的實驗是火焰球當(dāng)中聚合動力學(xué)造成閃動的例子，”隆內(nèi)說�！八�在含有氫、氧、和四氟化硫(惰性填料)的混合氣體的九個火焰球中，是創(chuàng)造性的。所有其他的幾個開始環(huán)繞室壁飄移，尋找食物，互相競爭，而凱麗卻在中間保持不動。不久以后，別的幾個都筋疲力盡了，它們已經(jīng)飄移得離室壁太近，并開始閃爍。凱麗則獨(dú)自留在充滿燃料的室內(nèi)�！�

　　“這需要耐心，”隆內(nèi)提醒說。他應(yīng)該認(rèn)識到這點(diǎn)。隆內(nèi)于1984年在俄亥俄州的格林，從NASA的一個落下塔里發(fā)現(xiàn)了火焰球，在那里，一個火焰球的無重力壽命只有幾秒鐘。為了取得這樣的數(shù)據(jù)，他已經(jīng)等了差不多20年…

　　在隆內(nèi)的辦公室里，有這樣一個標(biāo)志：‘當(dāng)神要懲罰你的時候，他們會回應(yīng)你的祈禱�！�這將要花費(fèi)我們好多年的時間來分析所有這些結(jié)果。

　　來源：精品學(xué)習(xí)網(wǎng)