把火从地球上拿走:太空中的“冷焰”以蓝色球体的形式出现。
2012年，宇航员分析了国际空间站上的火焰燃烧情况。通过这个“灭火实验”(简称FLEX)，科学家们验证了更深层次的理论知识，即己烷液滴在氧气存在的情况下可以被点燃，形成蓝色球形冷焰。但是火焰怎么会是冷的呢？为什么要先到达太空观察冷焰？我们来综合分析一下！
冷焰形成的化学原理
当一个物体被点燃时，其周围的气体会变得过热，并开始发光产生火焰。火的“公式”很简单，因为只需要三种原料:氧气、燃料和热量。这种基本关系也被称为“火三角”。
在地球上，我们不用担心火焰缺氧。在任何时候，地球大约含有654.38+0.2万亿吨氧气。除了维持生命，这种富氧环境还为生火提供了完美的条件。接下来，我们来谈谈燃料，这是一种在任何氧气存在下都会燃烧并在此过程中释放能量的物质。从技术上来说，我们周围的一切都是燃料，如果达到足够高的温度，就会着火。然而，我们更喜欢使用易燃或低燃材料作为燃料，包括煤、油或己烷。
火焰燃烧涉及一个简单的化学过程，这就是所谓的燃烧。在这个过程中，燃料与氧气结合，进行一些化学反应，并以光和热的形式释放能量。然而，燃料只有在高于点火温度时才能与氧气反应。达到这一温度并启动燃烧过程所需的额外能量由外部热源提供，例如，点燃炉子的热源是电火花，而对于火柴杆来说，是火柴头与火柴盒纹理面板摩擦产生的热量点燃火柴头上的燃料。
冷火焰的形成遵循完全相同的化学过程。燃料碳氢化合物在氧气存在的情况下被点燃并燃烧，这些火焰不会冻结东西，而是融化它们。它们被称为“冷火焰”，因为这些火焰的温度相当低。普通炉灶产生的火焰约为1700摄氏度，而冷焰的温度在400-600摄氏度之间。
冷焰有什么独特之处？
在国际空间站上观测到的冷焰是球形的，正常情况下在地球上几乎不可能重现。我们大多数人可能没有意识到，但重力在地球火焰燃烧现象中起着重要作用。当人们点燃火焰时，周围的气体会被加热。通过对流，密度较小的热气体将上升，并吸入更冷、更新鲜的空气，从而维持火焰继续燃烧。这种轻热气和轻冷空气之间的推拉效应产生了明显的泪滴状火焰。在太空环境中，没有重力产生密度梯度，这就解释了为什么会形成球形火焰。
同时，冷火焰无法获得氧气供应，因此可以使用外部调节器，如风扇，来增加火焰。这种可控的氧气流产生一种微弱的蓝色火焰，燃料完全燃烧形成一氧化碳和甲醛，没有任何残留的烟灰。冷焰的形状在调整的情况下略有不同。
如果我们仔细观察蜡烛的火焰，我们可以发现两种类型的火焰:外部的蓝色火焰和内部的黄色火焰，因为氧气含量和温度不同。火焰外部的蓝色区域由于周围新鲜空气的进入，氧气浓度最高，成为火焰中最热的区域。这里的燃料(大部分是碳基燃料)是完全燃烧的，所以只有二氧化碳和水作为副产品产生。
另一方面，黄色区域温度低，含氧量也低，导致燃料燃烧不完全，形成未燃烧的碳粒——“碳烟”，还有二氧化碳和水。烟灰碳颗粒随后被再次加热，并形成典型的黄色火焰。
虽然不是很常见，但在地球上可以产生完全蓝色的火焰。人们所要做的就是向火焰中引入足够的氧气。本生灯和焊枪等设备，通过仔细调节氧气和燃料流量，几乎可以产生完全蓝色的火焰。
是什么原因导致太空火焰「降温」？
首先，太空火焰变冷是因为在太空环境中被点燃。其次，火焰扩散燃烧过程缓慢。
在微重力环境下，氧气通过扩散与火焰接触，而不是像地球上的重力一样形成密度梯度形成吸力。这种缓慢的氧气流大大降低了火焰温度，并且火焰温度高度依赖于火焰中可用的燃料和氧气的量。由于缺乏辐射热和发光的电离化学物质，这些火焰确实提高了周围的温度或呈现明亮的火焰。
缓慢低温的火焰似乎是安全的标志，但恰恰相反，地球上的火焰是一个快速燃烧的过程，需要持续快速的氧气流动才能继续燃烧，启动和停止都比较容易。如果氧气供应被切断一会儿，火焰就会熄灭。然而，冷火焰的情况并非如此，即使在氧气流量有限的情况下，冷火焰也会在燃烧的情况下持续很长时间。
事实上，我们对地球外的低温火焰和火焰燃烧知之甚少。揭示冷焰的神秘化学性质，不仅可以让太空旅行更加安全，还可以帮助我们开发高效无烟内燃机！