会觅食的太空火球

来源 :大科技·科学之谜 | 被引量 : 0次 | 上传用户:hanyuanji2008
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
  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。
其他文献
能源与环境是新世纪里面临的严峻课题。染料敏化太阳能电池有希望成为调节能源与环境矛盾,并解决日益匮乏的能源问题的有力工具。本文研究的环节是染料敏化电池的重要组成部分
磁电复合薄膜同时具有良好的铁电性能和铁磁性能,不仅易与微电子器件兼容,而且能降低器件的体积,因此在下一代多功能器件(如信息存储器件、自旋电子器件、新型磁电耦合传感器
过滤是一个动态的、复杂的过程,到目前为止所建立的每一种数学模型都存在一些缺陷,因此有必要将一些新的思想引入到深床过滤数学模型的建立中。逾渗理论及其模型在多孔介质的研究领域具有独到的优势,它是一个可以描述自然界中很多无序现象的有力工具。悬浮液中的悬浮颗粒堵塞孔道而使得过滤介质失效的过程与逾渗模型中形成集团发生逾渗的过程类似,并且随机网格(Delaunay网格、Voronoi网格等)的几何结构又十分接
当前,云南正在大力推进智能电网建设.云南省能源局电力处处长王志祥日前公开对外界表示,智能电网建设是云南省打造世界一流绿色能源牌和推进数字云南建设的重要组成部分,云南
期刊