人類祖先發現火焰已有數千年的曆史，即便如此，我們還是忍不住被篝火上危險跳動的火焰吸引着，生火和控制火，已成為人類最古老的化學操作之一，幾個世紀以來，我們已經對火焰在陸地上燃燒的特征表現産生基本認知，在人類不斷探索極限的過程中，有些人決定将火種“帶離地球”，觀察火會發生怎樣的變化……

2012年，宇航員在國際空間站分析火焰燃燒情況，通過這項“滅火實驗（簡稱FLEX）”，科學家驗證了更深層的理論知識，己烷液滴在氧氣存在下能被點燃，形成藍色、球狀冷火焰。但是火焰怎麼會是冷的呢？為什麼我們要首先抵達太空觀察冷火焰呢？讓我們來全面分析一下吧！

冷焰形成的化學原理

當某物體點燃時，其周圍氣體會變得過熱，開始發光産生火焰，火的“配方”很簡單，因為僅需要三種原料：氧氣、燃料和熱量，這種基本關系也被稱為“火三角”。

在地球上，我們不必擔心火焰缺少氧氣的問題，在任何時候，地球都容納着大約12萬億噸氧，除了維持生命，這種富含氧氣的環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，從技術上講，我們周圍的一切都是燃料，如果讓它達到足夠高的溫度，就會着火。然而，我們更喜歡使用易燃或者燃點低的材料作為燃料，包括：煤、石油或者己烷。

火焰燃燒涉及一個簡單的化學過程，稱為燃燒，在這個過程中，燃料與氧氣結合，進行幾種化學反應，以光和熱的形式釋放能量。然而，燃料隻有在高于着火溫度時才能與氧氣發生反應。達到這一溫度并啟動燃燒過程所需的多餘能量由外部熱源提供，例如：點燃爐竈的熱源是電火花，而對于火柴棒而言，它是火柴頭與火柴盒紋理面闆摩擦生熱點燃火柴頭上的燃料。

冷火焰的形成遵循完全相同的化學過程，燃料碳氫化合物在氧氣存在下點燃并燃燒，而且這些火焰不會凍結事物，而是熔化它們。它們之所以被稱為“冷火焰”，是因為這些火焰的溫度相當低，普通爐竈産生的火焰大約1700攝氏度，而冷火焰的溫度在400-600攝氏度之間。

冷火焰有什麼獨特之處？

在國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。我們大多數人可能沒有意識到，但重力對于地球火焰燃燒現象起着重要作用，當人們點燃火焰時，它周圍的氣體會被加熱，通過對流作用，密度較小的熱氣體上升，吸入更冷、更新鮮的空氣，從而維持火焰繼續燃燒。這種較輕熱氣體和輕重冷空氣之間的推拉效應産生了明顯的淚滴狀火焰，在太空環境中，沒有重力作用産生密度梯度，這就解釋了為什麼會形成球狀火焰。

同時，冷火焰無法獲得氧氣補給，可使用一個外部調節器，例如風扇，用于增加火焰。這種可控的氧氣流動産生微弱的藍色火焰，燃料完全燃燒形成一氧化碳和甲醛，沒有任何殘留煙灰。冷火焰在調節條件下保持的外形略有差異。

如果我們仔細觀察蠟燭的火焰，就可以發現兩種類型的火焰：外部藍色火焰和内部黃色火焰，原因是氧含量和溫度不同，火焰外層藍色區域由于周圍新鮮空氣進入，氧氣濃度最高，使其成為火焰中最熱的區域，這裡的燃料（大部分是碳基燃料）處于完全燃燒狀态，因此隻産生二氧化碳和水作為副産物。

另一方面，黃色區域的溫度較低，含氧量也較低，這就導緻了燃料不完全燃燒，形成了未燃燒的碳顆粒——“煤煙”，以及二氧化碳和水，煙灰碳顆粒随後二次加熱，并形成火焰典型的黃色。

雖然不是很常見，但是地球上可以産生完全藍色的火焰，人們要做的就是将足夠的氧氣引入火焰，像本生燈和焊槍這樣的設備通過仔細調節氧氣和燃料流量，幾乎可以産生完全藍色的火焰。

何種原因導緻太空火焰“變冷”？

首先，太空火焰變冷是由于是在太空環境中點燃，其次，火焰擴散燃燒過程較慢。

在微重力環境下，氧氣通過擴散接觸火焰，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量，由于缺乏熱輻射發光的電離化學物質，這些火焰确實增強了周圍溫度或者呈現出明亮火焰。

緩慢而低溫的火焰似乎是一種安全迹象，但事實恰恰相反，地球上火焰是一個快速燃燒過程，需要持續快速流動的氧氣來繼續燃燒，這使得開始和停止都更容易，如果将氧氣供應切斷一會，火焰就會熄滅。然而，對于冷火焰而言，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時間，即使在氧氣流量有限的情況下。

事實上，我們對低溫火焰和地球之外的火焰燃燒現象了解甚少，揭曉冷火焰的神秘化學物質屬性不僅能使太空旅行更加安全，還能幫助我們研發高效的無煙内燃機！