【创作培育计划】无水无空气？太空中的铁为何也生锈

日常生活中的铁会生锈，这是大家都知道的常识。因为铁裸露在空气中而空气里有大约21%是氧气，所以氧会与铁发生化学反应，生成红色的氧化铁，也就是我们经常看到的铁锈。如果空气里有水，铁生成铁锈速度就更快，要想让铁不生锈，就得涂上一层防锈漆，就是为了不让它接触到氧气。很多人会认为太空中没有空气，也没有氧，那是不是空间站上的铁就不会生锈了？

事实上并非如此。2013年国际空间站的一次出舱太空行走任务中，在光照下出舱口的隔热盖上面就出现了很明显的一片看起来像烧焦的痕迹，舱盖的边缘有一些深色的污迹，与白色的盖布形成了鲜明的对比。宇航员描述说，这些深色的污迹闻起来就像烧焦的蛋糕，或者饼干或者像一根熄灭的火柴的气味。其实那片深色的污迹就是铁锈。为什么会出现这样的现象，或者说太空中的铁为什么会生锈？国际空间站和中国天空空间站都在距离地面约400公里的高度飞行，许多时候我们称这里为太空，认为太空就是真空是没有空气的。但是实际上在空间站周围依然存在着稀薄的空气。事实上空间站在轨道上运行，由于空间站每时每刻都受到那里稀薄空气的阻力的影响，每天要往下掉几十米，为了保持空间站的轨道高度，国际空间站需要不时的开启发动机进行升轨。为此每年要消耗大约7.5吨的推进剂，我们国家也每隔6个月就要对天太空间站进行推进剂的补加。

在太阳辐射中的紫外线的照射下，这里空气中的氧分子就会光解离而产生原子氧，原子氧是近地轨道中残留的大气的主要成分，在空间站高度约400公里，氧原子的密度虽然很稀薄，但如果去数，在那里每立方厘米，也就是一毫升一节指头这么大的空间里面就有1,000万到1亿个氧原子。在原子氧的作用下大多数金属比如铝、铜、钢铁、硅都会发生腐蚀作用，只是腐蚀发生的氧化物层很薄，不会膨胀成多孔的形式，阻挡了进一步的氧化腐蚀反应，而且生锈的速度比地面要慢很多。在空间站轨道上，由于氧化造成的氧化物的生成速度为每年23个微米，大概不到我们头发直径的1/3，所以科学家推测国际空间站的防热舱盖生锈的原因是由于在金属铆钉的周边使用了一种有机的密封剂，太空中的原子氧与7.6公里每秒运行的空间站发生了撞击，从而与有机密封剂和铆钉发生氧化反应，形成了类似铁锈一样的痕迹。与普通的氧气不同，原子氧更活跃，它会氧化所碰到的金属，包括裸露的不锈钢、铝也容易被氧化。但是铝氧化后会在表面形成坚硬的氧化铝薄膜，因此空间站的材料主要使用铝。

作者：周炳红