生命綻放、火焰舞動……太空實驗太有趣了!
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生命綻放、火焰舞動……太空實驗太有趣了!,太空實驗以其獨特的環境和奇妙的現象,為科學研究帶來了許多驚喜和突破[1] 。
生命在太空綻放
植物生長實驗:在太空微重力環境下,植物的生長呈現出與地球截然不同的現象。中國空間站以擬南芥和水稻等模式植物為研究對象,首次實現了空間微重力條件下水稻從種子到種子全生命周期的發育研究。種下6粒種子,收穫59粒,雖然空間發育的種子變小,單株結實率下降,但胚乳澱粉粒形態粉質化明顯,且葡萄糖和果糖含量增加。將這些種子帶回地面繁殖後,與地面對照相比,空間原生稻在株高、籽粒數和穗重等方面都發生了顯著變化。這一研究不僅解析了微重力對植物開花和種子發育影響的分子機理,更為農作物品種選育提供了新的技術途徑[2]。
動物生物學研究:動物生物學研究聚焦於理解動物適應航天環境的機制,為人類長期太空生存及地球健康問題提供關鍵支撐。自20世紀30年代起,各國紛紛將動物送入太空,美國、俄羅斯等利用火箭將果蠅、猴子、小鼠等多種動物送上太空,開展了大量研究。例如,科學家們通過研究太空環境下動物的生理變化,了解微重力對動物身體機能的影響,為未來人類長期太空旅行和居住提供重要參考。
火焰在太空舞動
在太空,火焰的形態和行為與地球上有很大不同。地球上常見的火焰是向上燃燒的,這是由於熱空氣上升,周圍冷空氣補充形成對流。但在太空微重力環境下,浮力對流基本消失,火焰呈球形,有時甚至會「隱形」。這些奇特的表現為探究燃燒原理開闢了新途徑。相關研究成果對於解決污染、火災、全球氣候變暖等問題意義重大。例如,石油的燃燒效率每提高1%,全球每年就能節省幾億桶石油。
太空實驗不僅有趣,還具有重要的科學研究價值,為人類探索宇宙、認識自然規律提供了寶貴的機會。
太空中的馭火者
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在太空的另一端,燃燒科學實驗正在如火如荼地進行。火,這個自數萬年前的原始人認識並利用以來就伴隨人類發展的神秘物質,在太空微重力環境下展現出了與地球截然不同的燃燒現象。
燃燒科學實驗櫃的核心就是一個燃燒室,除了在燃燒室中央形成的火炬之外,燃燒室內外還遍布各種測量儀器,能檢測點火是否成功和火焰的細微變化,還能檢測高達1500多度火焰的溫度及濃度的空間分布,研究被重力掩蓋的燃燒的物理化學過程。
清華大學副教授劉有晟作為燃燒科學實驗責任科學家,指出太空燃燒實驗的兩個主要目的:一是研究空間站防火問題的深層次機理,二是為地面和航空航天領域與燃燒相關的能源系統、動力系統裝置提供理論支撐。
藉助燃燒科學實驗櫃,科學家們得以在微重力環境下對燃燒過程開展研究,排除浮力對流作用,抑制顆粒或液滴沉降,從而觀察到被重力掩蓋的燃燒的物理化學過程。這一研究對於發展反應動力學理論,以及優化地面燃燒動力系統具有重要意義。
2023年2月16日,夢天艙內燃燒科學櫃中的實驗系統成功執行了首次在軌點火測試,採用甲烷作為燃料,展示了與地面截然不同的火焰形態。在航天員關上燃燒室的艙門以後,所有的指令是從地面運控中心,相應的團隊去發出指令,裡面的點火可以說是全自動的,通過這些指令,把燃燒室排成真空,輸入我們想要的環境氣體,達到一定配比後,我們再進燃料氣體。
當失去了重力的影響,這團小火球呈現出了與地面截然不同的狀態,外部的擴散火焰與地面相同實驗結果相比,更為短而圓,火焰層次也更加清晰可見。這一實驗不僅標誌着中國太空燃燒實驗取得了重要突破,更為人類探索燃燒這一古老而又常新的自然過程提供了新的視角。
參考文獻
- 移至 ↑ 進階版科學實驗搬進太空,中國科普網,2022-04-08
- 移至 ↑ 探秘中國空間站:那些有趣的科學實驗,光明網,2025-04-25