原標(biāo)題：“天宮課堂”第二課開講 太空實(shí)驗(yàn)背后蘊(yùn)含哪些奧秘？

“太空教師”翟志剛、王亞平,、葉光富在中國空間站再上太空科普課

據(jù)新華社電 “天宮課堂”第二課23日開講,，“太空教師”翟志剛、王亞平,、葉光富在中國空間站再次為廣大青少年帶來一堂精彩的太空科普課,。

據(jù)中國載人航天工程辦公室介紹,，在約45分鐘的授課中,，神舟十三號飛行乘組航天員翟志剛,、王亞平、葉光富相互配合,，生動(dòng)演示了微重力環(huán)境下太空“冰雪”實(shí)驗(yàn),、液橋演示實(shí)驗(yàn)、水油分離實(shí)驗(yàn),、太空拋物實(shí)驗(yàn),，講解了實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象背后的科學(xué)原理，展示了部分空間科學(xué)設(shè)施,，介紹了在空間站的工作生活情況,。

授課期間，航天員通過視頻通話形式與地面課堂師生進(jìn)行了互動(dòng)交流,。

這次太空授課活動(dòng)在中國科技館設(shè)地面主課堂,，在西藏拉薩、新疆烏魯木齊設(shè)2個(gè)地面分課堂,。

后續(xù),，“天宮課堂”將持續(xù)開展太空授課活動(dòng)，進(jìn)行形式多樣,、內(nèi)容豐富的航天科普教育,。

太空實(shí)驗(yàn)背后蘊(yùn)含哪些奧秘？

“太空教師”翟志剛,、王亞平,、葉光富為什么要做科學(xué)實(shí)驗(yàn)？背后蘊(yùn)含著哪些科學(xué)奧妙,？與人類探索浩瀚宇宙又有什么關(guān)聯(lián)？多位專家一一進(jìn)行解讀,。

實(shí)驗(yàn)一：溫?zé)岬摹氨颉?/strong>

【現(xiàn)象回顧】這一幕仿佛發(fā)生在“魔法世界”：透明的液球飄在半空中,，王亞平用一根小棍點(diǎn)在液球上，球體瞬間開始“結(jié)冰”,，幾秒鐘就變成通體雪白的“冰球”,。

王亞平說，這枚“冰球”摸上去是溫?zé)岬摹?/p>

【專家解讀】“太空‘冰雪’實(shí)驗(yàn)實(shí)際上是過飽和乙酸鈉溶液形核,、結(jié)晶的過程,，過程當(dāng)中會釋放熱量?！敝袊茖W(xué)院空間應(yīng)用工程與技術(shù)中心研究員張璐介紹,，過飽和溶液結(jié)晶通常需要外界“擾動(dòng)”,，而這個(gè)實(shí)驗(yàn)的“玄機(jī)”就在于小棍上沾有晶體粉末，為過飽和乙酸鈉溶液提供了凝結(jié)核,，進(jìn)而析出三水合乙酸鈉晶體,。

【延伸閱讀】在地面上進(jìn)行結(jié)晶實(shí)驗(yàn)時(shí)，晶體的樣子可能因容器形狀不同有很大差異,。

而在微重力環(huán)境中,，晶體并不受容器的限制，可以懸浮在半空“自由生長”,，這與中國空間站里的無容器材料實(shí)驗(yàn)柜相呼應(yīng),。

無容器材料實(shí)驗(yàn)柜目前主要有兩個(gè)用途：一是實(shí)現(xiàn)材料在無容器狀態(tài)下從熔融到冷卻凝固的過程，供科研人員收集物性參數(shù)進(jìn)行研究,；二是用于特殊材料在軌生長,，縮短新材料從實(shí)驗(yàn)室走向流水線、走進(jìn)大眾視野的時(shí)間,。

實(shí)驗(yàn)二：“拉不斷”的液橋

【現(xiàn)象回顧】葉光富將水分別擠在兩塊液橋板上,，水球狀似倒扣著的碗。

液橋板合攏,，兩個(gè)水球“碗底”挨“碗底”,；液橋板分開，一座中間細(xì),、兩頭粗的“橋”將兩塊板相連,；王亞平再將液橋板拉遠(yuǎn)，液橋變得更細(xì),、更長,，仍然沒有斷開。

【專家解讀】張璐介紹,，微重力環(huán)境與液體表面張力是液橋得以成形的主要原因,。

日常生活中的液橋不易被察覺，比如洗手時(shí)兩個(gè)指尖偶然形成幾毫米液柱,，再拉遠(yuǎn)一點(diǎn)就會受重力作用坍塌,。

而在空間站里，航天員輕松演示出比地面大數(shù)百倍的液橋,，這在地面上是不可能看到的景象,。

【延伸閱讀】液體表面張力是“天宮課堂”中的高頻詞，天宮一號太空授課,、中國空間站首次太空授課做過的水膜,、水球?qū)嶒?yàn)都闡釋了這一原理。

中國科學(xué)院力學(xué)研究所研究員康琦介紹,，空間站可以最大限度擺脫地面重力影響,，為包括液橋?qū)嶒?yàn)在內(nèi)的流體力學(xué)研究創(chuàng)造了良好的條件,。

實(shí)驗(yàn)三：“分不開”的水和油

【現(xiàn)象回顧】王亞平用力搖晃一個(gè)裝有水和油的瓶子，讓水油充分混合,，瓶中一片黃色,。時(shí)間一分一秒過去，瓶中沒有發(fā)生任何變化,，油滴仍然均勻分布在水中,。

葉光富前來助力，抓著系在瓶上的細(xì)繩甩動(dòng)瓶子,。數(shù)圈后,，水油明顯分離，油在上層,，水在下層,。

【專家解讀】“我們都知道地面上油比水輕，平時(shí)喝湯的時(shí)候看到油花都習(xí)以為常,?！敝袊茖W(xué)院物理研究所研究員梁文杰說，然而在空間站中,，情況卻大不一樣,，水和油之所以“難舍難分”、長時(shí)間保持混合態(tài),，是由于在微重力環(huán)境下密度分層消失了,，也就是浮力消失了。

“水油在天上成功分離的原因是,，瓶子高速旋轉(zhuǎn)時(shí)類似離心機(jī),，可以理解為離心作用使得浮力重新出現(xiàn)了?！睆堣凑f,。

國際空間站如何開展太空授課

在載人航天器上開展太空授課具有十分重要的意義，許多國家都對太空授課項(xiàng)目高度重視,。

國際宇航聯(lián)空間運(yùn)輸委員會副主席楊宇光在接受《環(huán)球時(shí)報(bào)》記者采訪時(shí)表示,，如果不限于形式，目前很多國家都開展過“太空授課”活動(dòng),，“比如俄羅斯,、加拿大,、韓國和馬來西亞等國的宇航員都曾在太空中錄制視頻,，然后帶回地面展示”，但如果嚴(yán)格按照天地連線的形式定義太空授課,，目前全世界僅有中美兩國實(shí)現(xiàn)了太空授課的直播,。

據(jù)美國國家航空航天局（NASA）官網(wǎng)信息顯示,，美國的太空授課項(xiàng)目啟動(dòng)較早，但實(shí)現(xiàn)過程歷經(jīng)艱辛與磨難,。

1984年,，時(shí)任美國總統(tǒng)里根宣布將開展一項(xiàng)名為“太空教師計(jì)劃”的項(xiàng)目，該項(xiàng)目最初從1.1萬多名申請者中選定美國高中社會研究課程教師克麗斯塔·麥考利夫和小學(xué)教師芭芭拉·摩根作為“太空教師計(jì)劃”項(xiàng)目的首批參與者,，并最終確定克麗斯塔·麥考利夫作為美國首位太空教師人選開展太空授課,。

不幸的是，那次承載著夢想的飛行任務(wù)卻遭遇了人類航天史上的一次重大災(zāi)難,。

“挑戰(zhàn)者”號航天飛機(jī)在升空過程中解體,，包括克麗斯塔·麥考利夫在內(nèi)的7名乘組成員全部遇難。

之后,，NASA終止了“太空教師計(jì)劃”項(xiàng)目,。

作為此次任務(wù)備份的太空教師芭芭拉·摩根也繼續(xù)自己的教學(xué)生涯。

直到1998年,，NASA重拾“太空授課”計(jì)劃,，以“教育家宇航員”項(xiàng)目取代“太空教師計(jì)劃”項(xiàng)目，新項(xiàng)目的不同之處在于,，被挑選參加飛行任務(wù)的太空教師不會在完成太空飛行任務(wù)后回歸課堂,，而是經(jīng)過培訓(xùn)成為真正的宇航員，他們在擔(dān)負(fù)常規(guī)飛行任務(wù)之外,，還將與其他宇航員一起幫助地面的老師和學(xué)生探索太空,。

頗具傳奇色彩的是，2007年8月,，芭芭拉·摩根以“職業(yè)宇航員”的身份搭乘“奮進(jìn)”號航天飛機(jī)登上國際空間站,，并在此次飛行任務(wù)中圓了自己和麥考利夫的太空授課夢。

全國空間探測首席科學(xué)傳播專家龐之浩在接受《環(huán)球時(shí)報(bào)》記者采訪時(shí)表示,，載人航天器內(nèi)的微重力環(huán)境,，能幫助青少年更好地理解一些物理概念、物理規(guī)律,，國際空間站也因此開發(fā)了不少面向青少年授課的太空失重科學(xué)實(shí)驗(yàn),。

例如，2012年宇航員佩蒂特在國際空間站內(nèi)給地球上的學(xué)生演示了一個(gè)十分有趣的實(shí)驗(yàn)——水滴繞毛衣針在太空飛舞,，以驗(yàn)證帶靜電的毛衣針在太空如何影響水滴運(yùn)動(dòng),。

此外，與載人航天器上的宇航員進(jìn)行通話也是太空教育的一項(xiàng)內(nèi)容,。龐之浩介紹稱,，目前，僅國際空間站就進(jìn)行了700多次業(yè)余無線電通話活動(dòng),，共有40多個(gè)國家和地區(qū),、數(shù)百萬學(xué)生參與,。而與國際空間站舉辦視頻通話，則需要舉辦方通過美國航空航天局現(xiàn)場互動(dòng)媒體服務(wù)頻道連接至美國航空航天局電視臺,，此外還需要兩條專用的電話線路以及配套的廣播設(shè)備,。

通話為雙向音頻、單向視頻,，學(xué)生可以通過視頻看到宇航員的實(shí)時(shí)影像,，通過音頻和宇航員對話。

這項(xiàng)活動(dòng)深受青少年喜愛,。

還會有更多“天宮授課”

航天大國為何都熱衷于開展太空授課,？

楊宇光表示，從大的背景而言,，人類的航天活動(dòng)發(fā)展到今天已經(jīng)比較成熟,，許多衛(wèi)星每天都可以直接服務(wù)于我們的生活和國民經(jīng)濟(jì)，這些航天活動(dòng)是有直接回報(bào)的,。

但載人航天活動(dòng),，似乎沒有直接經(jīng)濟(jì)回報(bào)，因此就需要大眾去了解它的重要性,、不可或缺性,。

“因此我們在中國空間站任務(wù)規(guī)劃時(shí)，就會把科普作為它的一項(xiàng)重要職能,，空間站有著非常特殊的環(huán)境,，在空間站上進(jìn)行的物理學(xué)演示，是地面上根本無法實(shí)現(xiàn)的,，可以給學(xué)生一個(gè)非常好的教學(xué)效果,。因此太空授課是一件很有價(jià)值的事情?！睏钣罟夥Q,。

其次，楊宇光認(rèn)為,，太空授課能起到一個(gè)激勵(lì)作用,。

“前段時(shí)間王亞平在中國空間站第一次太空授課時(shí)，已經(jīng)有很多報(bào)道,，找尋到2013年她在天宮一號進(jìn)行中國第一次太空授課時(shí)的聽課學(xué)生,，他們中的很多人目前已經(jīng)進(jìn)入航天系統(tǒng)或科研領(lǐng)域工作，這一點(diǎn)非常重要,?！睏钣罟膺M(jìn)一步舉例稱，在楊利偉第一次飛天以后，國家重點(diǎn)高校的航天專業(yè)生源都比過去有大幅提升,，有更多優(yōu)秀的學(xué)生選擇航天領(lǐng)域，選擇理工科,，這對于國家的科技推動(dòng)作用是不可估量的,。

此外，楊宇光還提出太空授課的激勵(lì)作用不限于科技人才,，還有利于培養(yǎng)民眾的愛國情懷,。

在接受《環(huán)球時(shí)報(bào)》記者采訪時(shí)，中科院空間應(yīng)用工程與技術(shù)中心應(yīng)用發(fā)展中心主任張偉透露,，根據(jù)中國空間站的工程任務(wù)安排,，未來還會有生命科學(xué)實(shí)驗(yàn)柜、流體實(shí)驗(yàn)柜,、燃燒實(shí)驗(yàn)柜,、基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)柜等十幾個(gè)科學(xué)實(shí)驗(yàn)柜，隨著實(shí)驗(yàn)艙Ⅰ和實(shí)驗(yàn)艙Ⅱ被送入太空,。

將開展包括細(xì)胞,、植物、動(dòng)物生命科學(xué)實(shí)驗(yàn),，此外還將開展流體實(shí)驗(yàn),，顆粒物、氣體的燃燒實(shí)驗(yàn),，基礎(chǔ)物理的實(shí)驗(yàn)等,。

隨著后續(xù)大量實(shí)驗(yàn)將要陸續(xù)開展，未來中國空間站太空授課的形式也將更為豐富多樣,。