为什么嫦娥六号从月球起飞，看不到发动机的火焰呢？

美国阿波罗飞船起飞，也看不到明显的火焰，反而蹦出来很多“粒子”，就像是奥特曼的“特效”。四年前，嫦娥五号从月球正面起飞，同样看不到火焰。

阿波罗起飞 和 嫦娥五号起飞

嫦娥六号到底是怎么飞回来的，火焰去哪里了呢？

这是嫦娥五号的上升器，在地面上做的起飞试验，在点火的瞬间，是可以看到明显的火焰的，但是升空之后，火焰就不太明显了，淡淡的红色，不仔细看有点难发现。

嫦娥五号地面起飞试验

这事儿就要从嫦娥六号的结构说起了，六号跟五号是双胞胎，姐妹俩长得基本一样，身体有4个部分组成，其中轨道器和返回器，是留在太空的，着陆器和上升器，是降落在月球表面的。

而刚刚看到点火起飞的，只是上升器，底下的着陆器永远留在月球，不回来了。

上升器加上两公斤的月宝样本，大约是770公斤重，其中430公斤都是燃料。什么燃料呢？注意看点火瞬间，是不是有橘红色的烟雾？

橘红色烟雾

我国神舟飞船发射的瞬间，也有橘红色的烟雾。没错，嫦娥六号上升器的燃料，跟长征2F火箭一样，是偏二甲肼和四氧化二氮。

肼类燃料虽然有剧毒，但是可以常温储存，所以从二战时期开始，就在火箭上大量使用，红旗-2防空导弹、阿波罗的登月舱，用的都是这种有毒燃料。

上升器长得像个盒子一样，里面的结构其实非常简单，就是一个十字隔板，塞了四个圆形的燃料罐，每个都是100升。

发动机就放在中间，推力是3000N，大约相当于地球上的300公斤。

（4个球，中间一个发动机，托着月壤样本起飞）

300公斤的推力，怎么推动770公斤的上升器原地起飞呢？

别忘了月球上的重力只有地球的六分之一，大约是1.63 m/s²，中学物理简单计算一下就知道，3000N的推力，足够让上升器产生2.2 m/s²原地向上的加速度，这个加速度可以说非常快了，比长征五号从地球起飞点火瞬间的加速度还快。

而且随着燃料消耗，上升器越来越轻，加速度越来越大，最终在360秒左右，就可以把上升器加速到每秒1.7公里，也就是月球的第一宇宙速度，然后跟轨道器和返回器太空对接，把挖到的宝贝交给返回器带回地球。

这个过程其实跟地球上发射火箭是一样的，但是视觉效果完全不同。

我们在地面上看长征2F火箭发射，可以发现一个特点，火焰不仅是透明的淡黄或淡红色，而且还一节一节的，这个叫马赫环。

这是因为火箭喷出来一股超音速气流，这股集中的、稳定的气流，叫做层流，跟周围环境的空气，会形成一层界面，超音速气流产生的激波，在这个界面上来回反射，就形成了马赫环。

激波形成马赫环

但是从月球上起飞，月球几乎是真空环境，超音速气流从发动机喷出去之后，几乎瞬间就在太空中扩散了，不再是一束稳定的层流，而是快速扩散变成了一大团像羽毛一样的形状，空气动力学上，叫做羽流。

（在真空中瞬间扩散成羽流）

由于没有了稳定的界面，激波也就没办法形成马赫环，所以火箭发动机在太空里面，不仅看不到马赫环，就连稳定的一束火焰都没有了。

那现在大家应该就知道嫦娥六号发射的时候为什么火焰不明显了，就是因为在几乎真空的环境里面，发动机的火焰瞬间扩散，变成了羽流。

由于偏二甲肼燃料的火焰本来就是半透明的淡红色，层流都不明显，这一下扩散之后，就更透明了。再加上月球探测器的相机曝光量一般比较低、像素也比较低，就更难看到了。

地球上发射的火箭，飞到了上百公里的高度，空气越来越稀薄，火焰也会扩散变成羽流。我们有时候可以看到高空火箭羽流的形状，一方面是因为水蒸气凝聚在尾气上面，另一方面是尾气反射了太阳光。

（高空火箭羽流，反射太阳光形成壮观的尾迹）

但是在宇宙中有一种非常极端的例外情况，不仅可以看到像发动机那样的火焰，还可以看到非常明显的马赫环。

科学家利用36个射电望远镜组成了一个矩阵，观察9300万光年之外的NGC2663星系。

这不看不知道，这个星系中央的黑洞，正在向外喷射一股巨大的喷流，有多大呢？

经过测算，喷流的总长度达到了1150光年，而且还具有明显的马赫环的形状，一节一节的。

（后来科学家发现了很多这样的星系喷流，跨度几千甚至百万光年）

黑洞不是连光线都会吸收吗，怎么还能往外喷射呢？注意了，这个并不是黑洞本身喷出来的，而是黑洞在吸收周围尘埃原子的时候，形成了一个高速旋涡，这个旋涡里面有很多带电粒子，像不像一个电磁线圈？

黑洞的吸积盘就像是一个巨大的电磁炮，把外围的带电粒子，从旋涡当中发射出去，所以，在黑洞的南极和北极，都会产生喷流。这些喷流一样会产生激波，在星云当中反射，就形成了星系级别的马赫环。

不光是黑洞，中子星的两极，也有这样的喷流，可以把粒子加速到光速的三分之一，横跨整个星系。这就是宇宙尺度上的“星系发动机”，是一种巨大的能量。

中国空间站上面有4台霍尔推进发动机，核心原理跟“星系发动机”是一样的，就是把带电粒子加速喷出去，只是能量级别完全没法比。

有科学家认为，宇宙中如果有3型文明的话，就可以利用这种级别的能量。很难想象，小到几百公斤的嫦娥六号，大到星系发动机，其实都遵循同样的物理原理，在我看来，这就是物理的魅力。