在这个神奇的实验室，地球上的法则不再适用 1894年

1894年，康斯坦丁·齐奥尔科夫斯基描绘了一个环绕地球轨道的“太空小屋” ，它实际上就是一座空间站，可以进行天文观测，还可以进行植物栽培。如今空间站对大众来说已经不是个陌生的概念，然而在空间站中，又有哪些地面所没有的优势，究竟能够做哪些在地面上可望而不可及的实验呢？太空里有哪些奇特的物理现象呢？
在太空微重力条件下，物质运动的规律发生了很多变化，出现了在地面无法观测到的一些奇特现象，涉及流体、燃烧、材料、基础物理等各个方面。

文章图片
NASA宇航员蒂姆·科普拉在国际空间站实验室的微重力科学手套箱中执行操作。版权／NASA
/太空中沸腾出现大气泡

文章图片
在正常重力情况下（左图），浮力的作用使得气泡克服表面张力从加热器表面向上升起。在微重力（右图）中，浮力很弱，由于表面张力的存在，气泡通常附着在加热器上，并且由于来自加热器的能量连续输入，会产生更多的蒸汽，气泡变大。
【在这个神奇的实验室，地球上的法则不再适用】在太空中浮力对流基本消失了，对于水加热的情况，高温的水不能升起，而是靠近热源，越来越热。同时，远离热源的水保持相对较冷。当加热的流体达到其沸点时，气泡不会上升到表面。相反，形成的气泡聚合成位于加热器表面上的一个大气泡。在泡沫中蕴藏着珍贵的热能，但这些热能被困在气泡中。通过在空间站上实现变重力的沸腾实验，科学家可以研究影响沸腾的各种因素，从而有可能推动改进冷却系统设计，提高制冷技术的效率，这将对全球经济和环境产生积极影响。
/太空中燃烧的球形火焰

文章图片
火焰在地面（左图）和在微重力环境（右图）中的对比。
在地球上，当火焰燃烧时，它会加热周围的空气，在重力的作用下，更冷、更密集的空气吸引到火焰底部，从而排出升起的热空气。这种对流过程将新鲜氧气输送到火中，向上流动的空气使得火焰形成液滴形状并使其闪烁。但奇怪的事情发生在太空中，没有重力，热空气膨胀但不会向上移动。由于氧气的扩散，火焰持续存在，氧气分子随机飘入火中来维持火焰，其火焰会向四周伸展，形成球形火焰。
但是由于氧气分子飘入火焰的量相对地球环境中要少许多，而且受到周围废气的阻碍，燃烧不够充分。所以太空燃烧会比在地球上更缓慢。正常重力条件下产生的火焰和微重力环境下的火焰之间的区别可谓一目了然。科学家在微重力环境中研究燃烧过程，进一步揭示了重力掩盖下燃烧和传热的规律，进而帮助提高燃烧效率和清洁能源研发。
/神奇的“冷焰”

文章图片
国际空间站发现的冷焰现象。
在国际空间站上有一个有趣的火焰熄灭实验，是在不同的压力和气体环境中，燃烧庚烷和甲醇液滴。在大量的液滴实验中，科学家观察到了令人意想不到的“冷焰”现象。在庚烷液滴的燃烧后，明明已经看不到火焰，是所谓的“熄灭”状态，但是液滴却在连续、快速、几乎稳定的蒸发，表现出与有可见火焰时相同的状态，科学家将这个过程定义为“冷焰” 。