اغلب آتش را کهن ترین آزمایش شیمی انسان می دانند. هزاران سال است که انسان ها هوای پر از اکسیژن زمین را با گونه های بی پایانی از سوخت ها در هم می آمیزند تا شعله ی داغ و فروزان آتش را بیافرینند. آموختن درباره ی پدیده ی سوختن (احتراق) دارای کمانیست که آغازش به آتش های انسان های نخستین می رسد و تا پیشرفته ترین خودروهایی که در شاهراه های سده ی ۲۱ به پیش می تازند ادامه می یابد.

مهندسان فرآیند سوختن را بررسی می کنند تا موتورهای درون‌سوز بهتری تولید کنند؛ شیمیدان ها شعله های آتش را به دقت می نگرند تا واکنش های تازه و شگفت آور را بیابند؛ و سرآشپزها آتش را می آزمایند تا غذاهای بهتری بپزند.

 

شاید فکر کنید برای آموختن در این باره چیز بیشتری وجود ندارد. ولی دکتر فورمن اِی ویلیامز، استاد فیزیک در دانشگاه سن دیه گو با این دیدگاه مخالف است. وی می گوید: «سخن از آتش که بشود، تازه در آغاز راهیم.»

شعله های آتش را به دشواری می توان شناخت زیرا پیچیده اند. در شعله ی یک شمع معمولی، هزاران واکنش شیمیایی رخ می دهد. مولکول های هیدروکربنِ فتیله بخار شده و توسط گرما از هم جدا می شوند. آن ها با اکسیژن ترکیب می شوند و نور، گرما، دی اکسید کربن (CO۲) و آب تولید می کنند. برخی از اجزای هیدروکربن هم مولکول های حلقوی شکل به نام مولکول های آروماتیک چندحلقه ای پدید می آورند و در پایان هم چیزی که می ماند دوده است. خود ذرات دوده هم می توانند بسوزند یا به سادگی به همراه دود به این سو و آن سو پراکنده شوند. 

 

شکل آشنای اشک-مانندِ شعله پدیده ایست که در اثر گرانش ایجاد می شود. هوای داغ بالا می رود و هوای تازه ی سرد را پشت سرش به جا می گذارد. به این فرآیند "بالارانی" یا شناوری می گویند و چیزیست که باعث می شود شعله ی آتش زبانه بکشد و لرزان رو به بالا برود.

ولی اگر یک شمع را در ایستگاه فضایی بین المللی (ISS) روشن کنیم چه می شود؟

ویلیامز می گوید: «در شرایط ریزگرانشی (گرانش ناچیز)، شعله ها به گونه ای دیگر می سوزند: آن ها یک گویِ (کُره ی) کوچک پدید می آورند.»

 

این گوی های شعله ور آزمایشگاه های مینیاتوری شگفت انگیزی برای بررسی پدیده ی سوختن (احتراق) به وجود می آورند. برخلاف شعله های روی زمین که برای دستیابی به سوخت، آزمندانه گسترش می یابند، گوی های آتشین می گذارند تا اکسیژن خودش به سویشان بیاید. اکسیژن و سوخت در ناحیه محدودی روی سطح کره با هم ترکیب می شوند، نه در سراسر و همه جای شعله. سامانه ی شعله در این شرایط بسیار ساده تر است.

 

به تازگی، ویلیامز و همکارانش یک آزمایش به نام "FLEX" در ایستگاه فضایی بین المللی ترتیب دادند تا دریابند اگر در شرایط ریزگرانش با رخدادی غیرعادی روبرو شدند، چگونه می توانند یک آتش را خاموش کنند. قطره های کوچک هپتان (ترکیبی آلی از دسته ی آلکان ها با هفت اتم کربن) درون اتاقک احتراق می سوختند. همانگونه که برنامه ریزی شده بود، شعله ها خاموش شدند ولی به گونه ای نامنتظره، قطره های سوخت به سوختن ادامه دادند.

 

ویلیامز می گوید: «درست است! به نظر می رسید این قطره ها داشتند بدون شعله می سوختند. در آغاز خودمان هم این را باور نمی کردیم.» در واقع ویلیامز بر این باور است که شعله ها هنوز وجود داشتند، ولی کم نورتر از آن بودند که دیده شوند. وی توضیح می دهد: «به این ها شعله های سرد می گویند.»

 

آتش معمولی (که دیده می شود)، با دمای بالایی میان ۱۵۰۰ تا ۲۰۰۰ درجه ی کلوین می سوزد. گلوله های شعله ی هپتان در ایستگاه بین المللی هم در آغاز از همین "آتش های گرم" بودند ولی با سرد شدن گوی های شعله و آغاز روند خاموشی، گونه ی تازه ای از سوختن پدید آمد.