Танец пламени: Что свеча может рассказать о невесомости
Пламя свечи колышется, отбрасывая причудливые тени, и внезапно вспыхивает с новой силой. Его призрачный танец выглядит загадочно, но причина — не потусторонние силы, а отсутствие одной вполне земной: гравитации.
Этот короткий ролик запечатлел научный эксперимент, проведенный в рамках кампании параболических полётов Европейского космического агентства (ЕКА) в сентябре. Он наглядно показывает, что происходит с пламенем свечи, когда из уравнения убирают силу тяжести.
Параболические полёты — это способ создать кратковременную невесомость, не улетая далеко от Земли. Самолёт «Zero-G» описывает в небе особую траекторию — параболу: сначала круто взмывает вверх, достигает вершины и затем устремляется вниз.
Именно во время этого контролируемого падения все, что находится на борту — и люди, и оборудование, — испытывают около 22 секунд невесомости. Ощущения похожи на те, что бывают в самой высокой точке американских горок. А затем маневр повторяется снова.
Каждая такая парабола длится около минуты, и за один полёт их выполняют 31 раз, что в сумме даёт примерно десять минут невесомости.
Эксперимент со свечой был одним из многих, проведенных в ходе 87-й кампании параболических полётов ЕКА в Бордо, Франция.
В течение 93 парабол, распределенных на три полёта, исследователи поджигали свечи из разного воска и с различными фитилями. Их помещали в герметичный бокс и пристально наблюдали за происходящим.
За процессом следили три типа камер: обычная визуальная фиксировала само пламя, набор инфракрасных камер раскрывал картину распределения тепла, а камера теневой визуализации (шелдограф) отслеживала изменения в окружающем воздухе. На этом видео показано, что произошло с пламенем за несколько секунд невесомости: справа — само пламя, слева — его тень.
Автор эксперимента, Якк ван Лун из Лаборатории систем жизнеобеспечения и физических наук ЕКА, поясняет: «Мы все хоть раз в жизни видели горящую свечу, но мало кто задумывается, как это работает.
В таком, казалось бы, простом процессе задействовано множество сил. Конвекционные потоки создают циркуляцию воздуха, которая придает пламени его характерную каплевидную форму. Капиллярные силы поднимают расплавленный воск по фитилю, противодействуя силе тяжести.
Мы хотели создать модель, в которой гравитация играет роль, и которая была бы понятна людям. Свеча — идеальный пример».
«Всё началось в 2017 году, когда Большой центрифуге (LDC) ЕКА исполнилось 10 лет, — вспоминает Якк. — Все знают, что на дне рождения должны быть свечи. Чтобы отпраздновать первую декаду работы центрифуги, мы решили провести небольшой эксперимент — зажгли свечи в её гондолах и раскрутили их до 20 g, пока сила гипергравитации не погасила их».
«Теперь наша идея — исследовать, что происходит с пламенем свечи во всём диапазоне гравитаций, который мы можем получить или смоделировать в ЕКА — от невесомости до гипергравитации».
И что же мы видим в невесомости? Пламя теряет свою привычную вытянутую форму и становится почти идеальной сферой — маленьким, голубоватым светящимся шаром. Исчезает сила тяжести, а значит, исчезает и конвекция: горячий воздух больше не стремится вверх, потому что понятия «верх» просто нет. Горение происходит медленнее и эффективнее, так как кислород к пламени поступает не за счёт восходящих потоков, а исключительно благодаря диффузии — медленному проникновению молекул.
Этот неземной огонёк — не просто красивое зрелище. Его изучение имеет огромное практическое значение для космонавтики. Понимание того, как ведёт себя огонь в невесомости, критически важно для разработки систем жизнеобеспечения будущих лунных баз и кораблей, отправляющихся к Марсу. Оно помогает создавать более безопасные условия для космонавтов, ведь пожар на борту — одна из самых страшных аварийных ситуаций.
Так что следующий раз, когда вы будете смотреть на колеблющееся пламя свечи, вспомните, что это не просто уютный огонёк. Это целая физическая лаборатория, таящая в себе ключи к освоению космоса. И его сферический, призрачный двойник, танцующий в невесомости, — это не просто научный курьёз, а шаг к тому, чтобы человечество стало по-настоящему межпланетным видом.
В нашем Telegram‑канале, и группе ВК вы найдёте новости о непознанном, НЛО, мистике, научных открытиях, неизвестных исторических фактах. Подписывайтесь, чтобы ничего не пропустить.
