太空舱里可以点火吗？其实在太空中，航天员对火的需求并不高。为了安全起见，火能做到的事情通常都会通过电或磁效应实现。但在实用角度之外，有一个场景下，火焰难以被替代：过生日点蜡烛！出门在外仪式感可不能丢，那么太空中的蜡烛火焰和地面上会有所不同吗？9月21日，神舟十六号航天员景海鹏、朱杨柱、桂海潮面向全国青少年进行了一场生动的太空科普授课，相信很多看过的小伙伴都对太空中的火焰燃烧实验念念不忘。那么，微重力环境下的蜡烛火焰和我们在地面上见到的究竟有什么不同呢？其背后的原因又是怎样的？
对于第一次听到这个名词的小伙伴来说可能会误以为，微重力就是微小的重力，其实不然。我们平常说的重力是由地球引力产生的。而引力跟距离的平方成反比，所以，不少人会误认为，人造卫星所在的轨道因为距离地面比较远，因此地球对它们的引力很小，所以叫做微重力。其实这是不对的。微重力，又称为零重力，它不是由地球的引力产生的，而是由于太空残余大气等因素造成的。这就好比一个跳水运动员在空中时，难道她真的就失去了所有支撑吗？答案是没有，因为还有空气阻力，这个阻力会给运动员一个微小的支撑，使其还能感受到一丝极其微弱的“重力”。同理，国际空间站、天宫一号和各种近地轨道卫星，它们在高速运行时，其实也会受到太空残余大气的阻力，并带来“微重力”。很多小伙伴都知道是重力的作用使我们得以生存和站立在这个星球的土地上。地球这片土地对于人类来说似乎已经不再那样神秘，未来空间探索的活动会越来越多，人类最终必然要迈向深空的探测。而太空环境与地面截然不同，很多地面上的经验决不能轻易照搬到太空，否则将可能带来灾难。而人类要进军太空，就要深入研究太空微重力环境下各种与众不同的现象，并掌握其规律以便在生命科学、材料科学等方面获得新突破，而这也就是微重力研究的总体领域。如果你在地面上点燃一根蜡烛，你会观察到蜡烛的火焰呈现出“泪滴状”，就像下图中的左图一样。这是因为在地球上，可燃物质与周围的氧气反应会生成高温气态的氧化物，这些燃烧产物的温度高、密度小，与大气中的气体产生相对浮力，从而使高温气体上升，同时周围的冷空气补充过来使可燃物继续燃烧。这样就在火焰周围形成空气向上移动的对流循环，从而使火焰呈细长的泪滴状。
细心的小伙伴可能还发现上图中的火焰颜色存在着差异，如果仔细观察蜡烛的火焰，会看到在火焰底部有一个蓝色区域，在蓝色区域上方有一块小的深橙色部分，最上面的火焰主体呈现黄色。蓝色区域是大分子碳氢化合物蒸发并开始分解为小分子碳氢化合物的区域，该区域的氧气充足，因此属于富氧燃烧，这一部分的火焰的温度大约是800摄氏度；深橙色区域的氧气相对较少。在这里，各种形式的碳氢化合物继续分解，并伴随着碳黑颗粒的生成，这一部分的火焰温度大约有1000摄氏度；在黄色区域的底部，产生的碳黑颗粒逐渐增多。随着碳黑的上升，它们会继续被加热直到发生燃烧，并产生黄色的火焰。在太空失重的环境中，意味着浮力的消失，气体对流便随之消失。燃烧产生的高温气体粒子具有较大的动能，会主动向四周的低温区域扩散，周围的氧气从高浓度环境中往低浓度的火焰中心区域运动，使得助燃剂可以持续进入，此时的火焰没有所谓的向上或向左等方向，而是向四周伸展，没有了对流的存在，可燃物质能够得到充分燃烧，因此在太空中呈现出的是蓝色圆形的火焰。要想获得微重力环境，最好的当然是大型空间站。但它们通常都很贵，比如国际空间站的建造和维护成本就高达上千亿美元。那么，还有什么途径能够获得微重力环境呢？微重力落塔就是其中一种，它采用的方式比较简单粗暴，就是从高处直接砸下来。下图便是中国科学院力学研究所的微重力落塔，它是继德国Bremen落塔（ZARM）之后世界上第二座在地面上建成的超百米落塔，高116米，可获得3.60秒的微重力时间。落塔可进行流体物理、非金属材料燃烧、液体管理等微重力实验研究，为航天飞行器载荷搭载实验及其防火技术预研提供了便利的实验手段。此外在落塔进行固体微细颗粒流型实验研究，以及某些高精度微重力感应仪器研制试验，其结果对空间科技发展具有重要的参考价值。在某种程度上，力学所落塔标志着我国在微重力科学和应用领域内的发展水平。
