“天宮課堂”再開課“冰墩墩”亮相中國空間站

昨天(23日)下午，“天宮課堂”迎來第二課。駐留在中國空間站的神舟十三號乘組航天員翟志剛、王亞平、葉光富再次化身“太空教師”，通過一系列奇妙的太空實驗，圓滿完成了一次跨越400公里的太空科普。

中國科技館的地面主課堂上，一百余名學生全程睜大雙眼，緊盯屏幕。下課后，不少學生表示，課上得過癮，長了知識，回家后還要再“溫習”。

課程表

3月23日 15：40

太空“冰雪”實驗

演示失重狀態下的飽和液體結晶現象。

液橋演示實驗

演示失重環境下水的表面張力作用。

水油分離實驗

演示失重環境下水油分層現象消失、通過旋轉產生離心力實現分層。

太空拋物實驗

演示天地之間拋物區別。

空間科學設施介紹與展示

介紹核心艙高微重力、無容器實驗機柜，展示本次任務中開展的空間科學實（試）驗進展。

天地互動環節

航天員與地面課堂師生進行天地互動。

精彩課堂

一根小棒“點水成冰”

“太空探索永無止境。”“天宮課堂”第二課的開場白，簡單直接，實驗過程也緊湊進行。第一個進行的實驗是“點水成冰”。王亞平拿到水袋后沒有借助其他器具，輕輕擠壓，水珠便從水袋的管口冒了出來。這時出現了一個小意外——水珠在管口“結冰”了。經過處理后，王亞平再次嘗試，一顆透明的液體球被擠出，靜靜地懸停在空間站艙內。接下來，奇妙的現象發生了，她用蘸有乙酸鈉粉末的小棒觸碰液體球，“結冰”現象再次出現。

在地面主課堂，孩子們與王亞平同步嘗試“點水成冰”。用一根小棒插入裝有透明液體的燒杯中，小棒周圍迅速凝結出白色固體。不過，這些固體并不是冰，用手觸摸燒杯壁時，還能感受到溫熱。

其實，王亞平制作的“水球”和學生在燒杯看到的液體成分一樣，都是過飽和的乙酸鈉溶液。專家解釋，將飽和乙酸鈉溶液加熱，它便有能力繼續溶解更多溶質，再將“加料”后的溶液冷卻，便得到了過飽和乙酸鈉溶液。沒有新的溶質加入，它就會在水袋內穩定保持溶液狀態。“但它并沒有表面看起來那么平靜，只需再加入一點點乙酸鈉粉末，‘水球’便開始結晶并釋放熱量。”

為什么要把“冰雪”實驗帶到太空呢？中科院物理研究所研究員、物理學會科普工作委員會主任魏紅祥解釋，如果在地面進行這項實驗，溶液受到容器的限制只能向內結晶，太空中的微重力“無容器”狀態，可以讓物體在懸浮狀態下完成結晶，從而觀察到不受地球重力影響的材料物性變化。

大尺寸“液橋”不垮塌

“天宮課堂”第一課的時候，王亞平將一朵與女兒一同制作的紙花放置在水膜上。在水表面張力的作用下，紙花沿水膜表面慢慢綻放，給很多人留下了一段溫暖的回憶。

第二課，水的表面張力再放異彩。葉光富向王亞平手持的兩片塑料板表面分別擠上水，隨著兩板逐漸接近，水在板間連成了一座“橋”。王亞平又慢慢將塑料板的距離拉遠，“橋”也沒有斷開。這便是“液橋現象”。

其實，在地面環境下也可以搭建液橋。我們洗手時將兩根濕漉漉的手指貼合，再緩慢分開一小段距離，指間會出現一段小液柱，這就是液橋。不過，由于液體表面張力很弱，在正常的重力環境下，液橋的尺寸通常難以超過幾毫米。而在空間站微重力環境下，表面張力便能“大顯神通”，可以維持大尺寸的液橋不會垮塌。

天宮課堂授課專家組成員、北京交通大學副教授陳征介紹，液橋實驗利用身邊最常見、最普通的水，在微重力環境下展現出奇妙現象，激發人們的好奇心。早在2016年發射的“天宮二號”空間實驗室上，就曾搭載了一個液橋實驗箱，用于開展液橋熱毛細對流實驗。科學家在地面上“遙控”實驗箱，其內部機構相互配合，完成實驗操作。

油水從相融到分離

在地面上，水和油很難相融，但在空間站環境里，密度大的水不再下沉，密度小的油也不再上浮。王亞平手中的小瓶里，水和油混合在一起，看不出彼此的界限。隨后，葉光富用繩系住瓶口，快速旋轉小瓶。由于離心力的作用，水油出現了像在地面上一樣的分層。幾個小動作，展示了微重力環境下密度分層的消失。

為什么要把空間站的失重環境稱為“微重力”呢？其實，空間站雖然擁有失重環境，但它并沒有脫離地球引力。在距離地球約400公里的軌道上，空間站受到的重力大約是地面的88.5%，并沒有顯著小于地面。之所以空間站能形成微重力環境，是因為它具備極高的飛行速度，重力成為了恰到好處的向心力，讓空間站能圍繞地球運行。但地球并非均勻的球體，空間站也并非速度恒定，因此空間站內的環境是“微重力”而非“零重力”。

“冰墩墩”在太空走直線

北京冬奧會吉祥物“冰墩墩”也現身太空課堂。憨態可掬的“冰墩墩”被王亞平拋出后，并沒有像在地面上一樣掉落，而是沿著直線走了出去。這是空間站微重力環境最直觀的體現之一。

“天宮課堂”地面主課堂授課老師、北京師范大學第二附屬中學物理教師張健解釋道，簡單的平拋運動，在牛頓的腦海里被放大到宇宙尺度。既然在地面上拋出物體的速度越快，它就能落到更遠的地方，那如果拋出物體的速度足夠大，它是否能成為環繞地球的衛星？這個思想實驗也被稱為“牛頓的高山大炮實驗”，由它引出的第一宇宙速度等概念，成為了發射人造衛星、空間站的重要依據。

課堂答疑

Q1.

在空間站里流眼淚是什么樣？

生活在空間站皮膚會變好么？

神舟十三號航天員乘組：在空間站飛行過程中，我們經歷過許多熱淚盈眶的時刻。這時，眼淚無法像在地面一樣流下，而是會在眼眶里打轉，或者停留在眼角。

因為空間站里沒有太陽光的照射，溫度和濕度也都控制在合適的范圍內，同時，在微重力的環境下，人的體液會向上分布，就連我們的皮膚也會隨之向上提升，所以在空間站里感覺皮膚狀態還是很不錯的。科研人員還給我們準備了保濕潤膚的產品。

Q2.

在空間站，航天員每90分鐘經歷

一次日出日落，作息時間如何安排？

神舟十三號航天員乘組：在空間站里，既有北京時間，也有世界時間，還有相對飛行時間、絕對飛行時間等，根據任務不同，所采用的時間標準也不一樣。在有人駐留的情況下，一般采用北京時間安排航天員的作息制度。

另外，少了地球上大氣和云的干擾，在空間站上看到的月亮更加明亮、透徹。

Q3.

空間站內能否把水燒開？

神舟十三號航天員乘組：通常所說的開水是指溫度達到100攝氏度的水。雖然空間站艙內能夠提供一個大氣壓，但由于失重的影響，水還是無法燒開。在失重條件下，由于沒有浮力的作用，水溫升高只能依靠熱傳導，產生的氣泡也很難上浮，所以缺少對流和氣泡擾動的作用，水溫上升會很慢。

空間站中的飲用水是經過特殊處理的，既可以直接飲用，也可以通過特定的加熱裝置加熱，但無法把水燒開。

Q4.

在空間站工作忙不忙？

每天都要做哪些有意思的實驗？

神舟十三號航天員乘組：除了課堂上展示的相關實驗，我們還開展了醫學、物理學、材料學、心理學、生命科學等多個學科的研究，對先進的檢測技術、中醫藥等傳統醫學開展空間應用研究，這些都有助于我們探究空間環境中人的各種變化，發展新技術。

生物學也是空間站未來要支持的一項重要科學領域，在我們即將發射的問天實驗艙里，就有支持動植物、微生物研究用的生命生態實驗柜。將來，科學家們還計劃把果蠅帶到空間站里，用于遺傳學和發育生物學的研究，也歡迎同學們的奇思妙想。

現在“天地對話”非常便捷，在實驗過程中，我們也可以和科學家進行天地溝通和交流，實驗數據實現了實時下沉。

延伸閱讀

天宮教室今年擴建

神舟十三號乘組即將在軌滿6個月，按計劃將于4月返回地面。關鍵技術驗證滿足要求后，空間站將轉入建造階段，在今年內完成T字構型建造并轉入運營，期間“天宮課堂”將持續開展太空授課活動。

中國空間站名是“天宮”，天和核心艙是中國空間站的管理和控制中心，神舟十三號乘組就駐留在天和核心艙內。而他們在太空中的重要任務之一，是完成航天員健康監測新技術、科學知識新發現、數據積累等各項在軌實驗。依托中國空間站，我國首次建立了空間條件下細胞的長期培養體系和細胞模型，在國際上首次在失重環境下觀察到心肌細胞收縮過程，完成國際上首次皮膚干細胞長期失重條件下的懸浮培養實驗。這些細胞空間實驗，將有助于人類更好地認識生命。

目前，神舟十三號乘組即將在軌滿6個月，按計劃將于4月返回地面。隨后，科研人員將對空間站關鍵技術驗證情況進行全面評估，結果滿足要求后，空間站轉入建造階段，今年內，空間站將完成T字構型建造，轉入運營階段，持續開展航天員駐留以及多領域空間科學和技術實（試）驗。屆時，中國空間站在軌航天員的活動空間將超過110立方米，并有6個睡眠區和2個衛生區，可實現長期3人、短期6人駐留。

在空間站建設和運營過程中，“天宮課堂”也將持續開展太空授課活動，進行形式多樣、內容豐富的航天科普教育。

北京現場

中學課堂還原太空實驗

昨天(23日)，北京市陳經綸中學保利分校物理老師劉鶴推著瓶瓶罐罐上了高一年級的講臺。他說：“太空上能做的實驗，我們在地面上也能做，要不要一起試試？”

學生們躍躍欲試。劉鶴邀請一名學生上臺，往大杯子里倒水。直到學生抱怨“老師，不能再倒了，馬上溢出來了”的時候，劉鶴給出引導：“仔細觀察，你看到的水面是什么形狀的？”“是圓弧狀！”

“這就是液體的表面張力在起作用。剛剛‘天宮課堂’中液橋實驗背后，也是表面張力在發揮作用。”劉鶴說，直觀的展示讓抽象的物理概念簡單易懂。

“‘天宮課堂’是一次特別好的教學實踐。”劉鶴說，通過地面實驗的補充，希望讓學生對于實驗背后的科學原理有更深入的理解。“天宮課堂”也是對學生們科學夢想的重要啟蒙。學生席佳和說：“人類對太空的探索剛起步，希望我們這代人在未來的某一天，能在太空中行走更遠。”

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