على الأرض، يبدو اللهب بالنسبة لنا بمثابة دمعة بسبب التفاعلات الكيميائية التي تحدث أثناء الاحتراق. ماذا حدث للشعلة في محطة الفضاء الدولية؟
منذ تدجين النار في عصور ما قبل التاريخ، كانت محط اهتمام، حيث حاول الناس معرفة كيفية إشعالها وكيفية الحفاظ عليها، لأغراض عملية، مثل الطهي. لقد نجحت أجيال من الكيميائيين في فك رموز الآلية الكيميائية التي توضح كيفية اختلاط الأكسجين الموجود في الهواء مع مواد الاحتراق وما هي المواد الكيميائية التي تنشأ نتيجة الحريق (اعتمادًا على مصدر المادة التي احترقت). كنا نظن أننا نعرف كل شيء عن النار، ولكن اتضح أنه حتى المجال الأكثر بحثًا في العلوم لديه شيء لنتعلمه.
على الأرض، حتى في حالة احتراق شمعة بسيطة، تحدث آلاف التفاعلات الكيميائية. تحترق الهيدروكربونات من الفتيل وتتحلل في الحرارة. تتحد مع الأكسجين وتنتج الضوء والحرارة وثاني أكسيد الكربون والماء. أما باقي المواد فتصبح مادة نسميها بالاسم العام السخام، وهي تتطاير في الهواء من مكان الاحتراق حيث تطفو وتتأرجح في عملية تعرف باسم "الطفو". وبسبب هذه الحركة، وكذلك حركة الهواء بجانب اللهب، يبدو لنا اللهب على شكل دمعة.
النار في الفضاء
دراسة أجراها الدكتور فورمان ويليامز من جامعة كاليفورنيا في سان دييغو فحصت النيران داخل غرفة مغلقة في محطة الفضاء الدولية (بالاستعانة برواد الفضاء الذين كانوا في المحطة في ذلك الوقت) كيف يتطور الاحتراق وتفاجأ برؤية ذلك بدلا من ذلك من شكل الدمعة، تطور شكل الكرات الصغيرة. على عكس ألسنة اللهب على الأرض، والتي تتوسع بجشع لأنها تتطلب المزيد والمزيد من الوقود. تسمح كرات الاحتراق للأكسجين بالوصول إليها. يتصل الأكسجين والوقود في منطقة ضيقة على سطح الكرة وليس بداخلها. في تجربة تسمى FLIX، أحرق رواد الفضاء قطرات من مركب الوقود الهيدروكربوني - الهكتان. وبدا على وجهه أن اللهب الرئيسي قد انطفأ، لكن القطرات الموجودة بداخله استمرت في الاحتراق بشكل مستقل
يقول ويليامز: "يبدو أنهم استمروا في الاحتراق دون لهيب". "في البداية لم نصدق ذلك بأنفسنا." في الواقع، يعتقد ويليامز أن النيران كانت موجودة، لكنها كانت باهتة جدًا بحيث لا يمكن رؤيتها. ويوضح قائلاً: "سوف نسميها النيران الباردة".
يحترق اللهب العادي عند درجات حرارة تتراوح بين 1,200 و1,800 درجة مئوية. تحترق النيران الباردة عند درجة حرارة منخفضة نسبيًا تتراوح بين 250-550 درجة مئوية. وفقا لويليامز. "إن كيمياءهم مختلفة تمامًا. تنتج النيران الطبيعية السخام وثاني أكسيد الكربون والماء. النيران الباردة تنتج أول أكسيد الكربون والفورمالدهيد."
وبحسب ويليامز، فإن دراسة سلوك "اللهب البارد" في المحطة الفضائية قد يساعد في تصميم أنظمة إشعال أنظف للسيارات. إن فهم كيمياء هذه الظاهرة سيجعل من الممكن تحسين التطور الذي عملت عليه شركات تصنيع السيارات في السنوات الأخيرة، وهو "الإشعال بضغط الشحنة المتجانسة" (HCCI - وهو اختصار لعبارة "الإشعال بضغط الشحنة المتجانسة"). فبدلاً من حدوث شرارة في أسطوانة السيارة، سيتم تفعيل عملية احتراق لطيفة وأقل تلويثاً داخل المقصورة".
يقول ويليامز: "تتضمن كيمياء HCCI إشارة إلى كيمياء النيران الباردة". "إن التحكم الإضافي الذي نحصل عليه من الاحتراق المستقر في المحطة الفضائية سيمنحنا قيمًا كيميائية أكثر دقة لهذا النوع من الأبحاث."
المزيد عن الموضوع على موقع العلوم:
كشفت نتائج "التجربة التوأم" كيف يتغير جسم الإنسان في الفضاء
تقرير: الإشعاع في الفضاء يسبب قلقاً بالغاً بشأن الرحلات الجوية المأهولة لفترات طويلة
سيقوم طلاب المدارس الثانوية بإجراء تجربة في الفضاء مع أول رائد فضاء إسرائيلي (أخبار من عام 1999 تحضيراً لرحلة المرحوم إيلان رامون والتي تمت أخيراً عام 2003 وانتهت بحادث تحطم).
