Както обичат да казват някои учени, огънят е най-древният и най-успешен химичен експеримент на човечеството. И наистина, огънят е с нас, откакто се знаем (или поне откакто Прометей ни го е дарил) – от първите огньове, на които сме започнали да приготвяме месото си, до пламъците на ракетния двигател, който ни е завел на Луната. С други думи, огънят се явява символ и оръдие на прогреса на нашата цивилизация.
Д-р Форман Уилямс, професор по физика от Калифорнийския университет в Сан Диего, отдавна работи над изучаването на пламъка. Обикновено огънят е сложен процес от хиляди взаимосвързани химични реакции. Например в пламъка на свещта въглеводородните молекули се изпаряват с фитила, разцепват се под въздействието на топлината и се съединяват с кислорода, произвеждайки светлина, топлина, CO2 и вода.
Някои от въглеводородните съставки във формата на пръстеновидни молекули, наричани полициклични ароматни въглеводороди, образуват сажди, които могат да изгарят или да се превръщат в дим. Познатата издължена форма на пламъка на свещта се придава от гравитацията и конвекцията – горещият въздух се повдига нагоре и вкарва в пламъка свещ студен въздух, благодарение на което пламъкът се издига нагоре.
Но оказва се, в безтегловност всичко се случва различно. В хода на експеримента FLEX учените изучавали огъня на борда на МКС, за да разработят технология за гасене на пожари в безтегловност. Изследователите запалили малки мехурчета хептан в специална камера и наблюдавали как се държи пламъкът.
И се натъкнали на странно явление. В условията на микрогравитация пламъкът гори различно и образува малки топчици. Това явление било очаквано, тъй като за разлика от пламъците на Земята, в безтегловност кислородът и горивото се срещат в тънък слой на повърхността на сферата. Това е проста схема, която се отличава от земния огън.
И все пак била открита странност – учените наблюдавали продължение на горенето на огнените топки дори след като по всички изчисления горенето трябвало да спре. При това огънят преминал в т.нар. студена фаза – той горял много слабо, толкова, че било невъзможно пламъкът да се види. Но това все пак било горене и пламъкът можел мигновено да избухне с голяма сила при контакт с гориво и кислород.
Обикновено видимият огън гори при висока температура – между 1227 и 1727 градуса по Целзий. Хептановите мехури на МКС също горели ярко при тази температура, но с изчерпването на горивото и изстиването започнало съвсем друго горене – студено. То протича при относително ниска температура – 227-527 градуса, и не произвежда сажди, CO2 и вода, а по-токсичните въглероден оксид и формалдехид.
Подобни типове студен пламък в лаборатория са възпроизвеждани и на Земята, но в условията на гравитация сам по себе си този огън е неустойчив и винаги затихва бързо. На МКС студеният пламък може да гори устойчиво няколко минути.
Това не е много приятно откритие, тъй като студеният огън представлява по-голяма опасност – той лесно се разгаря, включително самопроизволно, трудно се открива и отделя повече токсични вещества.
От друга страна, откритието може да намери практическо приложение, например в технологията HCCI, която предполага запалване на горивото в бензиновите двигатели не от свещ, а от студен пламък.
