生命綻放、火焰舞動(dòng)……太空實(shí)驗(yàn)太有趣了！

出品：科普中國(guó)

作者：中國(guó)科普博覽

監(jiān)制：中國(guó)科普博覽

在距離地球約400公里的浩瀚太空中，中國(guó)天宮空間站正以每秒7.9公里的速度呼嘯而過(guò)，成為人類(lèi)探索宇宙奧秘的新前沿。在這片廣袤無(wú)垠的太空中，科學(xué)家們正開(kāi)展著一系列令人著迷的生命科學(xué)實(shí)驗(yàn)和空間燃燒科學(xué)實(shí)驗(yàn)，試圖揭開(kāi)生命與火焰在太空環(huán)境下的神秘面紗。

生命在太空綻放

在中國(guó)空間站的問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙內(nèi)，曾經(jīng)歷過(guò)120天的水稻全生命周期空間培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)，這是國(guó)際上首次完成的水稻在太空結(jié)籽的壯舉?？茖W(xué)家們，如中國(guó)科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心研究員鄭慧瓊，通過(guò)這一實(shí)驗(yàn)，邁出了在太空種植糧食作物的重要一步。

中國(guó)科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心研究員鄭慧瓊表示，讓水稻在空間結(jié)籽只是第一步，未來(lái)他們計(jì)劃利用這些水稻種子，在空間再完成2-3代植物從種子到種子的實(shí)驗(yàn)，深入研究植物對(duì)長(zhǎng)期空間環(huán)境的適應(yīng)性以及遺傳機(jī)制的穩(wěn)定性。

這一研究不僅具有科學(xué)價(jià)值，更具有深遠(yuǎn)的意義。中國(guó)科學(xué)院空間應(yīng)用工程與技術(shù)中心研究員倉(cāng)懷興指出，一旦植物在空間相關(guān)規(guī)律被研究透徹，人類(lèi)將能夠培育出適合在太空種植生長(zhǎng)的糧食作物，這對(duì)于未來(lái)的太空探索，無(wú)論是月球基地的建設(shè)，還是火星移民計(jì)劃，都將起到至關(guān)重要的作用。

生命生態(tài)實(shí)驗(yàn)柜，這個(gè)被形象地稱(chēng)為“太空旅館”的設(shè)施，為科學(xué)家們提供了研究生物個(gè)體在微重力和輻射環(huán)境下生長(zhǎng)、發(fā)育與衰老的寶貴平臺(tái)。實(shí)驗(yàn)柜內(nèi)，不同的研究對(duì)象得到了個(gè)性化的實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)，從植物種子、幼苗到微小型動(dòng)物如果蠅、線(xiàn)蟲(chóng)，甚至是小型嚙齒類(lèi)動(dòng)物如小鼠，都能在這里找到適合的研究環(huán)境。

生命生態(tài)實(shí)驗(yàn)柜示意圖

（圖片來(lái)源：科學(xué)大院）

與此同時(shí)，生物技術(shù)實(shí)驗(yàn)柜則從微觀角度開(kāi)展研究，以生物組織、細(xì)胞和生化分子等樣品為對(duì)象，探索太空環(huán)境對(duì)生命的影響。例如，通過(guò)肺細(xì)胞的培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)，科學(xué)家們可以考察空間輻射對(duì)肺細(xì)胞生長(zhǎng)的影響，從而揭示太空環(huán)境對(duì)人體健康的潛在風(fēng)險(xiǎn)。

太空中的馭火者

在太空的另一端，燃燒科學(xué)實(shí)驗(yàn)正在如火如荼地進(jìn)行?；?，這個(gè)自數(shù)萬(wàn)年前的原始人認(rèn)識(shí)并利用以來(lái)就伴隨人類(lèi)發(fā)展的神秘物質(zhì)，在太空微重力環(huán)境下展現(xiàn)出了與地球截然不同的燃燒現(xiàn)象。

燃燒科學(xué)實(shí)驗(yàn)柜的核心就是一個(gè)燃燒室，除了在燃燒室中央形成的火炬之外，燃燒室內(nèi)外還遍布各種測(cè)量?jī)x器，能檢測(cè)點(diǎn)火是否成功和火焰的細(xì)微變化，還能檢測(cè)高達(dá)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(xué)過(guò)程。

清華大學(xué)副教授劉有晟作為燃燒科學(xué)實(shí)驗(yàn)責(zé)任科學(xué)家，指出太空燃燒實(shí)驗(yàn)的兩個(gè)主要目的：一是研究空間站防火問(wèn)題的深層次機(jī)理，二是為地面和航空航天領(lǐng)域與燃燒相關(guān)的能源系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)裝置提供理論支撐。

借助燃燒科學(xué)實(shí)驗(yàn)柜，科學(xué)家們得以在微重力環(huán)境下對(duì)燃燒過(guò)程開(kāi)展研究，排除浮力對(duì)流作用，抑制顆?；蛞旱纬两?，從而觀察到被重力掩蓋的燃燒的物理化學(xué)過(guò)程。這一研究對(duì)于發(fā)展反應(yīng)動(dòng)力學(xué)理論，以及優(yōu)化地面燃燒動(dòng)力系統(tǒng)具有重要意義。

空間站燃燒科學(xué)實(shí)驗(yàn)柜甲烷燃燒圖像（左）與地面同種工況甲烷燃燒圖像（右）（圖片來(lái)源：中國(guó)科學(xué)院工程熱物理所 清華大學(xué)燃燒能源中心）

2023年2月16日，夢(mèng)天艙內(nèi)燃燒科學(xué)柜中的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)成功執(zhí)行了首次在軌點(diǎn)火測(cè)試，采用甲烷作為燃料，展示了與地面截然不同的火焰形態(tài)。在航天員關(guān)上燃燒室的艙門(mén)以后，所有的指令是從地面運(yùn)控中心，相應(yīng)的團(tuán)隊(duì)去發(fā)出指令，里面的點(diǎn)火可以說(shuō)是全自動(dòng)的，通過(guò)這些指令，把燃燒室排成真空，輸入我們想要的環(huán)境氣體，達(dá)到一定配比后，我們?cè)龠M(jìn)燃料氣體。

當(dāng)失去了重力的影響，這團(tuán)小火球呈現(xiàn)出了與地面截然不同的狀態(tài)，外部的擴(kuò)散火焰與地面相同實(shí)驗(yàn)結(jié)果相比，更為短而圓，火焰層次也更加清晰可見(jiàn)。這一實(shí)驗(yàn)不僅標(biāo)志著中國(guó)太空燃燒實(shí)驗(yàn)取得了重要突破，更為人類(lèi)探索燃燒這一古老而又常新的自然過(guò)程提供了新的視角。

結(jié)語(yǔ)

從生命在太空的綻放，到火焰在太空的舞動(dòng)，中國(guó)天宮空間站正成為人類(lèi)探索宇宙奧秘的重要平臺(tái)。隨著科學(xué)家們的不斷努力，相信在不久的將來(lái)，我們將能夠揭開(kāi)更多關(guān)于生命與火焰在太空環(huán)境下的神秘面紗，為人類(lèi)的太空探索之路鋪就堅(jiān)實(shí)的基石。