3月23日下午，

“天宮課堂”第二課開講，

神舟十三號(hào)乘組航天員

翟志剛、王亞平、葉光富，

在中國(guó)空間站再次進(jìn)行太空授課，

一個(gè)個(gè)太空實(shí)驗(yàn)，干貨滿滿！

實(shí)驗(yàn)一：太空“冰雪實(shí)驗(yàn)”

王亞平老師利用過(guò)飽和乙酸鈉溶液制作了一顆冰球。這個(gè)液體球長(zhǎng)得像冰球，其實(shí)是熱球。

▲中國(guó)空間站?“天宮課堂”第二課全程回顧

◎?科技日?qǐng)?bào)記者 ?劉園園 ?付毅飛

3月23日下午，“天宮課堂”第二課在中國(guó)空間站開講，神舟十三號(hào)乘組航天員翟志剛、王亞平、葉光富相互配合進(jìn)行授課，在軌演示了太空“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)等一系列炫酷又好玩的實(shí)驗(yàn)。

不僅好玩，這些實(shí)驗(yàn)背后，藏著不少干貨，來(lái)聽專家們?cè)趺唇庾x——

太空“冰雪”實(shí)驗(yàn)

本次授課率先上場(chǎng)的還是王亞平老師。王老師利用過(guò)飽和乙酸鈉溶液，制作了一顆冰球。這個(gè)液體球，長(zhǎng)得像冰球其實(shí)是熱球。

太空“冰雪”實(shí)驗(yàn)實(shí)際上是空間站里的無(wú)水醋酸鈉實(shí)驗(yàn)。這種實(shí)驗(yàn)在太空做和在地面做有什么不同？

中科院物理研究所研究員、物理學(xué)會(huì)科普工作委員會(huì)主任魏紅祥分析，區(qū)別主要有兩點(diǎn)。

“首先是重力的環(huán)境，在空間站是微重力環(huán)境，在這種環(huán)境下，它的結(jié)晶狀況跟地面上差別還是挺大的?！?魏紅祥說(shuō)。

魏紅祥介紹，其次就是容器的影響?？臻g站里的太空“冰雪”實(shí)驗(yàn)是沒(méi)有容器的，是一個(gè)圓球狀的，在這種情況下結(jié)晶是可以往外發(fā)展的；如果在容器里面由于容器的限制，它只能往內(nèi)結(jié)晶，主要是區(qū)別在這兩點(diǎn)。

“在咱們空間站里面就有無(wú)容器的材料柜，其實(shí)容器對(duì)材料的生長(zhǎng)影響還是挺大的，因?yàn)樵诓牧仙L(zhǎng)的過(guò)程中，容器的形狀、表面的結(jié)晶度、表面的粗糙度，對(duì)晶格結(jié)構(gòu)、缺陷、純度等都有很大影響?！?魏紅祥說(shuō)。

，時(shí)長(zhǎng)01:47

魏紅祥補(bǔ)充說(shuō)，特別是一些多元的合金，由于它的濃度不一樣，在地面上做的時(shí)候會(huì)分層。而在空間站做的時(shí)候，在微重力環(huán)境下，地面上的影響沒(méi)有了，如果再把容器的影響去掉的話，它就有可能長(zhǎng)出純度更高，結(jié)晶度更高，結(jié)晶更好的材料。

實(shí)驗(yàn)二：太空拋物

王亞平老師在太空拋墩墩，冰墩墩被拋出后，沿原有方向勻速前進(jìn)。

這次天宮課堂上，奧運(yùn)頂流“冰墩墩”也高調(diào)亮相。它在空間站上被航天員拋出后，并沒(méi)有像在地面上那樣做曲線運(yùn)動(dòng)，而是水平飛出去了。

這個(gè)不難理解，畢竟在空間站微重力環(huán)境下，物體幾乎不受重力影響嘛。不過(guò)，這么簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)為什么要拿到空間站上去做呢？
“平拋運(yùn)動(dòng)在我們生活當(dāng)中很常見(jiàn)，它看似簡(jiǎn)單，但其中蘊(yùn)含著非常豐富的科學(xué)道理?！碧鞂m課堂地面總課堂授課老師、北京師范大學(xué)第二附屬中學(xué)物理教師張健說(shuō)。
張健介紹，平拋運(yùn)動(dòng)指的是在不計(jì)空氣阻力的情況下，將物體以水平初速度拋出后，它在重力作用下的運(yùn)動(dòng)。
不妨來(lái)做這樣的思想實(shí)驗(yàn)：如果我們?cè)诟呱缴蟻?lái)做平拋實(shí)驗(yàn)，把物體拋出，它將落向地面；如果將物體拋出的速度變大，它將會(huì)落向更遠(yuǎn)的地方。那么，如果拋出的速度足夠大，它有沒(méi)有可能不落回地面，而成為環(huán)繞地球的一顆衛(wèi)星呢？
“這個(gè)想法最早是由牛頓提出的，所以我們也把這個(gè)實(shí)驗(yàn)叫做牛頓的‘高山大炮實(shí)驗(yàn)’?！?張健介紹，利用中學(xué)物理知識(shí)就可以把這個(gè)“足夠大”的速度計(jì)算出來(lái)：大約8000米每秒。
“這個(gè)速度稱為第一宇宙速度，它是發(fā)射衛(wèi)星的最小發(fā)射速度，也是在軌運(yùn)行的所有衛(wèi)星當(dāng)中最大的環(huán)繞速度。我們的空間站運(yùn)行速度接近第一宇宙速度。” 張健說(shuō)。

實(shí)驗(yàn)三：水油分離

在地面上，水和油自然分層，油在上水在下。然而，在空間站，水和油并沒(méi)有自然分層，需要在離心作用下才可實(shí)現(xiàn)分層。

實(shí)驗(yàn)四：液橋演示

微重力環(huán)境下，液體的表面張力更加凸顯。天宮課堂的液橋演示實(shí)驗(yàn)中，水在表面張力作用下將兩個(gè)塑料板連接起來(lái)，在太空可用液體搭一座橋。

“太空授課的液橋?qū)嶒?yàn)非常生動(dòng)直觀地展現(xiàn)出液體表面張力的特性。” 北京市第十三中學(xué)教師、天宮課堂地面總課堂授課老師李曉彤介紹，在地面上沒(méi)有辦法做出像空間站這么大的液橋。

沒(méi)錯(cuò)，空間站上的液橋?qū)嶒?yàn)，跟地面上的液橋?qū)嶒?yàn)也有不同之處。

天宮課堂授課專家組成員、北京交通大學(xué)副教授陳征解釋說(shuō)，空間站上的液橋?qū)嶒?yàn)是完全的表面張力的表現(xiàn)，而地面上的液橋?qū)嶒?yàn)是引入了電介質(zhì)極化新機(jī)制，現(xiàn)象雖然看起來(lái)相似，但其實(shí)原理上并不相同。

“流體在現(xiàn)代生活當(dāng)中其實(shí)是一個(gè)非常重要的組成部分。我們通過(guò)這樣一個(gè)表面張力的實(shí)驗(yàn)，給大家更多關(guān)注和探討流體的機(jī)會(huì)，對(duì)流體多一些理解。要知道解釋流體的納維爾·斯托克斯方程至今還是世界六大未解數(shù)學(xué)難題之一?！?陳征說(shuō)。

，時(shí)長(zhǎng)01:52

中國(guó)科學(xué)院力學(xué)研究所康琦研究員介紹，微重力環(huán)境下的科學(xué)問(wèn)題包括微重力流體、微重力燃燒、空間材料、基礎(chǔ)物理四大類，在空間站上做液橋?qū)嶒?yàn)就是微重力流體研究范疇。

“微重力流體物理實(shí)際屬于流體物理的一個(gè)新興學(xué)科。”康琦透露，中國(guó)空間站核心艙布局了十幾個(gè)實(shí)驗(yàn)柜，其中兩個(gè)實(shí)驗(yàn)柜專門聚焦微重力流體科學(xué)。

實(shí)驗(yàn)五：皮膚在太空會(huì)變嗎

空間站沒(méi)有太陽(yáng)光照射，溫度和濕度也都控制在適宜范圍內(nèi)，另外，在微重力環(huán)境下，體液會(huì)向上分布，皮膚也會(huì)隨之向上提升，所以皮膚狀態(tài)很不錯(cuò)。

【素材運(yùn)用】

1.飛天夢(mèng)永不失重，科學(xué)夢(mèng)張力無(wú)限。只要敢于有夢(mèng)、敢于追夢(mèng)，用智慧和汗水打造自己的夢(mèng)想飛船，就一定能迎來(lái)夢(mèng)想的飛天時(shí)刻，飛向?qū)儆谧约旱暮棋强铡?/p>

運(yùn)用方向：追逐夢(mèng)想，永不止步

2.聚光燈的背后，有多少人會(huì)想到，正在“天宮”空間站里“出差”的太空三人組，他們失重的身體，他們對(duì)親人的思念，他們也有和普通人一樣必須面對(duì)的日常。常人所認(rèn)為的寂寞，在他們眼里，是事業(yè)、是初心。

運(yùn)用方向：敬業(yè)奉獻(xiàn)，不忘初心

3.執(zhí)行迄今時(shí)間最長(zhǎng)一次太空飛行，神舟十三號(hào)航天員趕上了第一次在太空跨年，第一次在空間站過(guò)春節(jié)。在地面團(tuán)隊(duì)的精心保障下，航天員們除夕夜為人們送上來(lái)自太空的新年祝福，在空間站度過(guò)了年味十足、充實(shí)精彩的虎年春節(jié)。從太空出艙、“天宮課堂”開講，到手控遙操作完成貨運(yùn)飛船與空間站組合體交會(huì)對(duì)接試驗(yàn)，從中國(guó)女航天員首次太空漫步，到3名航天員太空飛行累計(jì)超100天，太空“出差”期間，航天員們開展了一系列空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)和技術(shù)試驗(yàn)，刷新了一個(gè)又一個(gè)中國(guó)航天紀(jì)錄，為中國(guó)空間站正式建成打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

運(yùn)用方向：科技自立，自強(qiáng)報(bào)國(guó)

【標(biāo)題參考】

①筑夢(mèng)天宮，翱翔蒼穹

②浩瀚星空，從這里啟程

③叩天宮之門，答千年一問(wèn)

④最美的星在天宮

⑤觸摸太空夢(mèng)想，探索科學(xué)邊界