據(jù)國(guó)外媒體報(bào)道，人類祖先發(fā)現(xiàn)火焰已有數(shù)千年的歷史，即便如此，我們還是忍不住被篝火上危險(xiǎn)跳動(dòng)的火焰吸引著，生火和控制火，已成為人類最古老的化學(xué)操作之一，幾個(gè)世紀(jì)以來，我們已經(jīng)對(duì)火焰在陸地上燃燒的特征表現(xiàn)產(chǎn)生基本認(rèn)知，在人類不斷探索極限的過程中，有些人決定將火種“帶離地球”，觀察火會(huì)發(fā)生怎樣的變化……

2012年，宇航員在國(guó)際空間站分析火焰燃燒情況，通過這項(xiàng)“滅火實(shí)驗(yàn)（簡(jiǎn)稱FLEX）”，科學(xué)家驗(yàn)證了更深層的理論知識(shí)，己烷液滴在氧氣存在下能被點(diǎn)燃，形成藍(lán)色、球狀冷火焰。但是火焰怎么會(huì)是冷的呢？為什么我們要首先抵達(dá)太空觀察冷火焰呢？讓我們來全面分析一下吧！

冷焰形成的化學(xué)原理

當(dāng)某物體點(diǎn)燃時(shí)，其周圍氣體會(huì)變得過熱，開始發(fā)光產(chǎn)生火焰，火的“配方”很簡(jiǎn)單，因?yàn)閮H需要三種原料：氧氣、燃料和熱量，這種基本關(guān)系也被稱為“火三角”。

在地球上，我們不必?fù)?dān)心火焰缺少氧氣的問題，在任何時(shí)候，地球都容納著大約12萬億噸氧，除了維持生命，這種富含氧氣的環(huán)境為生火提供了完美條件。接下來，我們講一下燃料，它是任何氧氣存在的條件下燃燒并在該過程釋放能量的物質(zhì)，從技術(shù)上講，我們周圍的一切都是燃料，如果讓它達(dá)到足夠高的溫度，就會(huì)著火。然而，我們更喜歡使用易燃或者燃點(diǎn)低的材料作為燃料，包括：煤、石油或者己烷。

火焰燃燒涉及一個(gè)簡(jiǎn)單的化學(xué)過程，稱為燃燒，在這個(gè)過程中，燃料與氧氣結(jié)合，進(jìn)行幾種化學(xué)反應(yīng)，以光和熱的形式釋放能量。然而，燃料只有在高于著火溫度時(shí)才能與氧氣發(fā)生反應(yīng)。達(dá)到這一溫度并啟動(dòng)燃燒過程所需的多余能量由外部熱源提供，例如：點(diǎn)燃爐灶的熱源是電火花，而對(duì)于火柴棒而言，它是火柴頭與火柴盒紋理面板摩擦生熱點(diǎn)燃火柴頭上的燃料。

冷火焰的形成遵循完全相同的化學(xué)過程，燃料碳?xì)浠衔镌谘鯕獯嬖谙曼c(diǎn)燃并燃燒，而且這些火焰不會(huì)凍結(jié)事物，而是熔化它們。它們之所以被稱為“冷火焰”，是因?yàn)檫@些火焰的溫度相當(dāng)?shù)?，普通爐灶產(chǎn)生的火焰大約1700攝氏度，而冷火焰的溫度在400-600攝氏度之間。

冷火焰有什么獨(dú)特之處？

在國(guó)際空間站觀察到的冷火焰是球形的，這在正常情況下幾乎不可能在地球上重現(xiàn)。我們大多數(shù)人可能沒有意識(shí)到，但重力對(duì)于地球火焰燃燒現(xiàn)象起著重要作用，當(dāng)人們點(diǎn)燃火焰時(shí)，它周圍的氣體會(huì)被加熱，通過對(duì)流作用，密度較小的熱氣體上升，吸入更冷、更新鮮的空氣，從而維持火焰繼續(xù)燃燒。這種較輕熱氣體和輕重冷空氣之間的推拉效應(yīng)產(chǎn)生了明顯的淚滴狀火焰，在太空環(huán)境中，沒有重力作用產(chǎn)生密度梯度，這就解釋了為什么會(huì)形成球狀火焰。

同時(shí)，冷火焰無法獲得氧氣補(bǔ)給，可使用一個(gè)外部調(diào)節(jié)器，例如風(fēng)扇，用于增加火焰。這種可控的氧氣流動(dòng)產(chǎn)生微弱的藍(lán)色火焰，燃料完全燃燒形成一氧化碳和甲醛，沒有任何殘留煙灰。冷火焰在調(diào)節(jié)條件下保持的外形略有差異。

如果我們仔細(xì)觀察蠟燭的火焰，就可以發(fā)現(xiàn)兩種類型的火焰：外部藍(lán)色火焰和內(nèi)部黃色火焰，原因是氧含量和溫度不同，火焰外層藍(lán)色區(qū)域由于周圍新鮮空氣進(jìn)入，氧氣濃度最高，使其成為火焰中最熱的區(qū)域，這里的燃料（大部分是碳基燃料）處于完全燃燒狀態(tài)，因此只產(chǎn)生二氧化碳和水作為副產(chǎn)物。

另一方面，黃色區(qū)域的溫度較低，含氧量也較低，這就導(dǎo)致了燃料不完全燃燒，形成了未燃燒的碳顆粒——“煤煙”，以及二氧化碳和水，煙灰碳顆粒隨后二次加熱，并形成火焰典型的黃色。

雖然不是很常見，但是地球上可以產(chǎn)生完全藍(lán)色的火焰，人們要做的就是將足夠的氧氣引入火焰，像本生燈和焊槍這樣的設(shè)備通過仔細(xì)調(diào)節(jié)氧氣和燃料流量，幾乎可以產(chǎn)生完全藍(lán)色的火焰。

何種原因?qū)е绿栈鹧?ldquo;變冷”？

首先，太空火焰變冷是由于是在太空環(huán)境中點(diǎn)燃，其次，火焰擴(kuò)散燃燒過程較慢。

在微重力環(huán)境下，氧氣通過擴(kuò)散接觸火焰，而不是像地球上重力形成密度梯度形成吸力，這種緩慢的氧氣流動(dòng)大幅降低了火焰溫度，而火焰溫度高度依賴于火焰中可用的燃料和氧氣數(shù)量，由于缺乏熱輻射發(fā)光的電離化學(xué)物質(zhì)，這些火焰確實(shí)增強(qiáng)了周圍溫度或者呈現(xiàn)出明亮火焰。

緩慢而低溫的火焰似乎是一種安全跡象，但事實(shí)恰恰相反，地球上火焰是一個(gè)快速燃燒過程，需要持續(xù)快速流動(dòng)的氧氣來繼續(xù)燃燒，這使得開始和停止都更容易，如果將氧氣供應(yīng)切斷一會(huì)，火焰就會(huì)熄滅。然而，對(duì)于冷火焰而言，情況并非如此，在燃燒存在的情況下，這些火焰可以維持很長(zhǎng)時(shí)間，即使在氧氣流量有限的情況下。

事實(shí)上，我們對(duì)低溫火焰和地球之外的火焰燃燒現(xiàn)象了解甚少，揭曉冷火焰的神秘化學(xué)物質(zhì)屬性不僅能使太空旅行更加安全，還能幫助我們研發(fā)高效的無煙內(nèi)燃機(jī)！