歐洲航天局在國際空間站上有一個科學實驗室,叫做哥倫布。在這個實驗室裡是流體科學實驗室,專門研究微重力下流體的行為。目前,這個實驗室被用來研究一種我們大多數人可能不會花太多時間思考的物質:泡沫。
說到泡沫,我們知道泡沫基本上是液體和氣體的混合物,氣體被困在氣泡中。我們用它們來做各種各樣的東西,從剃鬚膏到防火劑。有些泡沫是被困在固體裡的氣泡,比如聚苯乙烯泡沫塑料,但原理是一樣的。
在地球上,重力主導著液體泡沫。有不同大小的氣泡,重力將單個氣泡之間的液體向下拉。較小的氣泡會縮小,也會合併成較大的氣泡。最終,當重力把所有的液體往下拉時,氣泡破裂,泡沫消散。
太空中的泡沫
但是科學家們想知道更多關於泡沫的行為,這就是這個實驗背後的原因。在微重力環境中,向下拉液體的力更小,因此泡沫持續的時間更長。這給了研究人員時間來持續地研究它。儘管液體泡沫在我們的生活中很常見,但對這些溼泡沫的詳細物理性質卻知之甚少。例如,一些液體在微重力下攪拌或搖晃時會產生泡沫,而地球上的液體則不會。
2009年,宇航員弗蘭克·德·溫恩(Frank de Winne)進行了泡沫穩定性實驗。德·溫恩的實驗包括搖晃不同的液體並監測其變化。這些液體包括純水、蛋白質類液體和其他型別的液體。共檢測60個樣品,其發泡行為與地球上大不相同。液體穩定得更快,產生的泡沫也比地球上的多。基本上,實驗表明在微重力環境下製造出超穩定的泡沫是可能的。
這是2009年泡沫穩定性實驗的照片。它顯示了四對相同的樣本。在每一對的左邊是微重力樣品,而在右邊是地球實驗用同樣的液體。微重力實驗中的泡沫顯然比地球上的泡沫持續的時間要長得多。
而這個新的實驗叫做泡沫粗化,它建立在2009年泡沫穩定性實驗的基礎上。新的實驗將集中在仔細觀察泡沫在不同液體階段的運動,特別是當泡沫轉變為液體狀態的時候。但是在地球引力的作用下,要做到這種觀測是不可能的。
這是一張早期的ESA在國際空間站上的粗糙的泡沫影象。這是一個測試影象,但它表明,到目前為止,事情正在按計劃進行。流體科學實驗室是一個多功能的裝置。它可以由國際空間站上的宇航員操作,也可以在它的“遠端科學”模式下操作。在這個即將到來的泡沫粗化實驗中,它將在比利時遠端操作。第一張太空泡沫的圖片是一個測試圖片。
在泡沫粗化實驗中,泡沫被置於獨立的容器中,容器中的液體會被活塞震動,並通過鐳射光學和高解析度相機進行分析。研究人員將密切觀察泡沫在微重力下的行為。
當然,研究泡沫的結果不僅僅是太空。更多地了解泡沫可能會影響我們在地球上的日常生活。雖然我們都熟悉像剃鬚泡沫之類的東西,但泡沫卻被用在各種製造過程中,它們甚至被用於建築。然而,這個實驗與“量子泡沫”無關,這是一個完全不同的話題。