“天宫课堂”再开课“冰墩墩”亮相中国空间站

昨天(23日)下午，“天宫课堂”迎来第二课。驻留在中国空间站的神舟十三号乘组航天员翟志刚、王亚平、叶光富再次化身“太空教师”，通过一系列奇妙的太空实验，圆满完成了一次跨越400公里的太空科普。

中国科技馆的地面主课堂上，一百余名学生全程睁大双眼，紧盯屏幕。下课后，不少学生表示，课上得过瘾，长了知识，回家后还要再“温习”。

课程表

3月23日 15：40

太空“冰雪”实验

演示失重状态下的饱和液体结晶现象。

液桥演示实验

演示失重环境下水的表面张力作用。

水油分离实验

演示失重环境下水油分层现象消失、通过旋转产生离心力实现分层。

太空抛物实验

演示天地之间抛物区别。

空间科学设施介绍与展示

介绍核心舱高微重力、无容器实验机柜，展示本次任务中开展的空间科学实（试）验进展。

天地互动环节

航天员与地面课堂师生进行天地互动。

精彩课堂

一根小棒“点水成冰”

“太空探索永无止境。”“天宫课堂”第二课的开场白，简单直接，实验过程也紧凑进行。第一个进行的实验是“点水成冰”。王亚平拿到水袋后没有借助其他器具，轻轻挤压，水珠便从水袋的管口冒了出来。这时出现了一个小意外——水珠在管口“结冰”了。经过处理后，王亚平再次尝试，一颗透明的液体球被挤出，静静地悬停在空间站舱内。接下来，奇妙的现象发生了，她用蘸有乙酸钠粉末的小棒触碰液体球，“结冰”现象再次出现。

在地面主课堂，孩子们与王亚平同步尝试“点水成冰”。用一根小棒插入装有透明液体的烧杯中，小棒周围迅速凝结出白色固体。不过，这些固体并不是冰，用手触摸烧杯壁时，还能感受到温热。

其实，王亚平制作的“水球”和学生在烧杯看到的液体成分一样，都是过饱和的乙酸钠溶液。专家解释，将饱和乙酸钠溶液加热，它便有能力继续溶解更多溶质，再将“加料”后的溶液冷却，便得到了过饱和乙酸钠溶液。没有新的溶质加入，它就会在水袋内稳定保持溶液状态。“但它并没有表面看起来那么平静，只需再加入一点点乙酸钠粉末，‘水球’便开始结晶并释放热量。”

为什么要把“冰雪”实验带到太空呢？中科院物理研究所研究员、物理学会科普工作委员会主任魏红祥解释，如果在地面进行这项实验，溶液受到容器的限制只能向内结晶，太空中的微重力“无容器”状态，可以让物体在悬浮状态下完成结晶，从而观察到不受地球重力影响的材料物性变化。

大尺寸“液桥”不垮塌

“天宫课堂”第一课的时候，王亚平将一朵与女儿一同制作的纸花放置在水膜上。在水表面张力的作用下，纸花沿水膜表面慢慢绽放，给很多人留下了一段温暖的回忆。

第二课，水的表面张力再放异彩。叶光富向王亚平手持的两片塑料板表面分别挤上水，随着两板逐渐接近，水在板间连成了一座“桥”。王亚平又慢慢将塑料板的距离拉远，“桥”也没有断开。这便是“液桥现象”。

其实，在地面环境下也可以搭建液桥。我们洗手时将两根湿漉漉的手指贴合，再缓慢分开一小段距离，指间会出现一段小液柱，这就是液桥。不过，由于液体表面张力很弱，在正常的重力环境下，液桥的尺寸通常难以超过几毫米。而在空间站微重力环境下，表面张力便能“大显神通”，可以维持大尺寸的液桥不会垮塌。

天宫课堂授课专家组成员、北京交通大学副教授陈征介绍，液桥实验利用身边最常见、最普通的水，在微重力环境下展现出奇妙现象，激发人们的好奇心。早在2016年发射的“天宫二号”空间实验室上，就曾搭载了一个液桥实验箱，用于开展液桥热毛细对流实验。科学家在地面上“遥控”实验箱，其内部机构相互配合，完成实验操作。

油水从相融到分离

在地面上，水和油很难相融，但在空间站环境里，密度大的水不再下沉，密度小的油也不再上浮。王亚平手中的小瓶里，水和油混合在一起，看不出彼此的界限。随后，叶光富用绳系住瓶口，快速旋转小瓶。由于离心力的作用，水油出现了像在地面上一样的分层。几个小动作，展示了微重力环境下密度分层的消失。

为什么要把空间站的失重环境称为“微重力”呢？其实，空间站虽然拥有失重环境，但它并没有脱离地球引力。在距离地球约400公里的轨道上，空间站受到的重力大约是地面的88.5%，并没有显著小于地面。之所以空间站能形成微重力环境，是因为它具备极高的飞行速度，重力成为了恰到好处的向心力，让空间站能围绕地球运行。但地球并非均匀的球体，空间站也并非速度恒定，因此空间站内的环境是“微重力”而非“零重力”。

“冰墩墩”在太空走直线

北京冬奥会吉祥物“冰墩墩”也现身太空课堂。憨态可掬的“冰墩墩”被王亚平抛出后，并没有像在地面上一样掉落，而是沿着直线走了出去。这是空间站微重力环境最直观的体现之一。

“天宫课堂”地面主课堂授课老师、北京师范大学第二附属中学物理教师张健解释道，简单的平抛运动，在牛顿的脑海里被放大到宇宙尺度。既然在地面上抛出物体的速度越快，它就能落到更远的地方，那如果抛出物体的速度足够大，它是否能成为环绕地球的卫星？这个思想实验也被称为“牛顿的高山大炮实验”，由它引出的第一宇宙速度等概念，成为了发射人造卫星、空间站的重要依据。

课堂答疑

Q1.

在空间站里流眼泪是什么样？

生活在空间站皮肤会变好么？

神舟十三号航天员乘组：在空间站飞行过程中，我们经历过许多热泪盈眶的时刻。这时，眼泪无法像在地面一样流下，而是会在眼眶里打转，或者停留在眼角。

因为空间站里没有太阳光的照射，温度和湿度也都控制在合适的范围内，同时，在微重力的环境下，人的体液会向上分布，就连我们的皮肤也会随之向上提升，所以在空间站里感觉皮肤状态还是很不错的。科研人员还给我们准备了保湿润肤的产品。

Q2.

在空间站，航天员每90分钟经历

一次日出日落，作息时间如何安排？

神舟十三号航天员乘组：在空间站里，既有北京时间，也有世界时间，还有相对飞行时间、绝对飞行时间等，根据任务不同，所采用的时间标准也不一样。在有人驻留的情况下，一般采用北京时间安排航天员的作息制度。

另外，少了地球上大气和云的干扰，在空间站上看到的月亮更加明亮、透彻。

Q3.

空间站内能否把水烧开？

神舟十三号航天员乘组：通常所说的开水是指温度达到100摄氏度的水。虽然空间站舱内能够提供一个大气压，但由于失重的影响，水还是无法烧开。在失重条件下，由于没有浮力的作用，水温升高只能依靠热传导，产生的气泡也很难上浮，所以缺少对流和气泡扰动的作用，水温上升会很慢。

空间站中的饮用水是经过特殊处理的，既可以直接饮用，也可以通过特定的加热装置加热，但无法把水烧开。

Q4.

在空间站工作忙不忙？

每天都要做哪些有意思的实验？

神舟十三号航天员乘组：除了课堂上展示的相关实验，我们还开展了医学、物理学、材料学、心理学、生命科学等多个学科的研究，对先进的检测技术、中医药等传统医学开展空间应用研究，这些都有助于我们探究空间环境中人的各种变化，发展新技术。

生物学也是空间站未来要支持的一项重要科学领域，在我们即将发射的问天实验舱里，就有支持动植物、微生物研究用的生命生态实验柜。将来，科学家们还计划把果蝇带到空间站里，用于遗传学和发育生物学的研究，也欢迎同学们的奇思妙想。

现在“天地对话”非常便捷，在实验过程中，我们也可以和科学家进行天地沟通和交流，实验数据实现了实时下沉。

延伸阅读

天宫教室今年扩建

神舟十三号乘组即将在轨满6个月，按计划将于4月返回地面。关键技术验证满足要求后，空间站将转入建造阶段，在今年内完成T字构型建造并转入运营，期间“天宫课堂”将持续开展太空授课活动。

中国空间站名是“天宫”，天和核心舱是中国空间站的管理和控制中心，神舟十三号乘组就驻留在天和核心舱内。而他们在太空中的重要任务之一，是完成航天员健康监测新技术、科学知识新发现、数据积累等各项在轨实验。依托中国空间站，我国首次建立了空间条件下细胞的长期培养体系和细胞模型，在国际上首次在失重环境下观察到心肌细胞收缩过程，完成国际上首次皮肤干细胞长期失重条件下的悬浮培养实验。这些细胞空间实验，将有助于人类更好地认识生命。

目前，神舟十三号乘组即将在轨满6个月，按计划将于4月返回地面。随后，科研人员将对空间站关键技术验证情况进行全面评估，结果满足要求后，空间站转入建造阶段，今年内，空间站将完成T字构型建造，转入运营阶段，持续开展航天员驻留以及多领域空间科学和技术实（试）验。届时，中国空间站在轨航天员的活动空间将超过110立方米，并有6个睡眠区和2个卫生区，可实现长期3人、短期6人驻留。

在空间站建设和运营过程中，“天宫课堂”也将持续开展太空授课活动，进行形式多样、内容丰富的航天科普教育。

北京现场

中学课堂还原太空实验

昨天(23日)，北京市陈经纶中学保利分校物理老师刘鹤推着瓶瓶罐罐上了高一年级的讲台。他说：“太空上能做的实验，我们在地面上也能做，要不要一起试试？”

学生们跃跃欲试。刘鹤邀请一名学生上台，往大杯子里倒水。直到学生抱怨“老师，不能再倒了，马上溢出来了”的时候，刘鹤给出引导：“仔细观察，你看到的水面是什么形状的？”“是圆弧状！”

“这就是液体的表面张力在起作用。刚刚‘天宫课堂’中液桥实验背后，也是表面张力在发挥作用。”刘鹤说，直观的展示让抽象的物理概念简单易懂。

“‘天宫课堂’是一次特别好的教学实践。”刘鹤说，通过地面实验的补充，希望让学生对于实验背后的科学原理有更深入的理解。“天宫课堂”也是对学生们科学梦想的重要启蒙。学生席佳和说：“人类对太空的探索刚起步，希望我们这代人在未来的某一天，能在太空中行走更远。”

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