原標題：“天宮課堂”第二課開講 太空實驗背后蘊含哪些奧秘,？

“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,，生動演示了微重力環(huán)境下太空“冰雪”實驗、液橋演示實驗,、水油分離實驗,、太空拋物實驗，講解了實驗現(xiàn)象背后的科學原理,，展示了部分空間科學設施,，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行了互動交流,。

這次太空授課活動在中國科技館設地面主課堂，在西藏拉薩,、新疆烏魯木齊設2個地面分課堂,。

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

太空實驗背后蘊含哪些奧秘,？

“太空教師”翟志剛,、王亞平、葉光富為什么要做科學實驗,？背后蘊含著哪些科學奧妙,？與人類探索浩瀚宇宙又有什么關聯(lián)？多位專家一一進行解讀,。

實驗一：溫熱的“冰球”

【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在液球上，球體瞬間開始“結冰”,，幾秒鐘就變成通體雪白的“冰球”,。

王亞平說，這枚“冰球”摸上去是溫熱的,。

【專家解讀】“太空‘冰雪’實驗實際上是過飽和乙酸鈉溶液形核,、結晶的過程，過程當中會釋放熱量,?！敝袊茖W院空間應用工程與技術中心研究員張璐介紹,，過飽和溶液結晶通常需要外界“擾動”，而這個實驗的“玄機”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核,，進而析出三水合乙酸鈉晶體。

【延伸閱讀】在地面上進行結晶實驗時,，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驗柜相呼應。

無容器材料實驗柜目前主要有兩個用途：一是實現(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)進行研究,；二是用于特殊材料在軌生長，縮短新材料從實驗室走向流水線,、走進大眾視野的時間,。

實驗二：“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,，兩個水球“碗底”挨“碗底”；液橋板分開,，一座中間細,、兩頭粗的“橋”將兩塊板相連；王亞平再將液橋板拉遠,，液橋變得更細,、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,，比如洗手時兩個指尖偶然形成幾毫米液柱,，再拉遠一點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,、水球實驗都闡釋了這一原理,。

中國科學院力學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，為包括液橋實驗在內的流體力學研究創(chuàng)造了良好的條件,。

實驗三：“分不開”的水和油

【現(xiàn)象回顧】王亞平用力搖晃一個裝有水和油的瓶子,，讓水油充分混合，瓶中一片黃色,。時間一分一秒過去,，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,，抓著系在瓶上的細繩甩動瓶子。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,，平時喝湯的時候看到油花都習以為常?！敝袊茖W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，瓶子高速旋轉時類似離心機,，可以理解為離心作用使得浮力重新出現(xiàn)了,。”張璐說,。

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目高度重視。

國際宇航聯(lián)空間運輸委員會副主席楊宇光在接受《環(huán)球時報》記者采訪時表示,，如果不限于形式,，目前很多國家都開展過“太空授課”活動，“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，美國的太空授課項目啟動較早,，但實現(xiàn)過程歷經(jīng)艱辛與磨難,。

1984年，時任美國總統(tǒng)里根宣布將開展一項名為“太空教師計劃”的項目,，該項目最初從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·麥考利夫和小學教師芭芭拉·摩根作為“太空教師計劃”項目的首批參與者,，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卻遭遇了人類航天史上的一次重大災難,。

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

之后,，NASA終止了“太空教師計劃”項目。

作為此次任務備份的太空教師芭芭拉·摩根也繼續(xù)自己的教學生涯,。

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

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”號航天飛機登上國際空間站，并在此次飛行任務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傳播專家龐之浩在接受《環(huán)球時報》記者采訪時表示,，載人航天器內的微重力環(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實驗。

例如,，2012年宇航員佩蒂特在國際空間站內給地球上的學生演示了一個十分有趣的實驗——水滴繞毛衣針在太空飛舞,，以驗證帶靜電的毛衣針在太空如何影響水滴運動。

此外,，與載人航天器上的宇航員進行通話也是太空教育的一項內容,。龐之浩介紹稱，目前,，僅國際空間站就進行了700多次業(yè)余無線電通話活動,，共有40多個國家和地區(qū)、數(shù)百萬學生參與,。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)場互動媒體服務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備,。

通話為雙向音頻,、單向視頻，學生可以通過視頻看到宇航員的實時影像,，通過音頻和宇航員對話,。

這項活動深受青少年喜愛。

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于我們的生活和國民經(jīng)濟,，這些航天活動是有直接回報的。

但載人航天活動,，似乎沒有直接經(jīng)濟回報,，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規(guī)劃時,，就會把科普作為它的一項重要職能，空間站有著非常特殊的環(huán)境,，在空間站上進行的物理學演示,，是地面上根本無法實現(xiàn)的，可以給學生一個非常好的教學效果,。因此太空授課是一件很有價值的事情,。”楊宇光稱,。

其次,，楊宇光認為，太空授課能起到一個激勵作用,。

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

此外,，楊宇光還提出太空授課的激勵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)球時報》記者采訪時,，中科院空間應用工程與技術中心應用發(fā)展中心主任張偉透露,，根據(jù)中國空間站的工程任務安排，未來還會有生命科學實驗柜,、流體實驗柜,、燃燒實驗柜、基礎物理實驗柜等十幾個科學實驗柜,，隨著實驗艙Ⅰ和實驗艙Ⅱ被送入太空,。

將開展包括細胞、植物,、動物生命科學實驗,，此外還將開展流體實驗，顆粒物,、氣體的燃燒實驗,，基礎物理的實驗等。

隨著后續(xù)大量實驗將要陸續(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,。