初原載于? 愛學(xué)習(xí)的? 青春材制

2022-04-23

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SPACE DAY OF CHINA

????????4月16日，闊別祖國183天的“太空出差三人組”終于回來了！而這一次的出差，給咱們帶來了很多意外的驚喜。歷經(jīng)冬奧，我們看過了冬雪，也感受到了“小雪花”的熱情，但“雪花”可不只存在于地球上？讓我們跟隨王亞平老師的腳步，一起去看看太空中的“雪花”是什么樣子吧！

　　中國空間站天和、問天、夢天三個艙段艙內(nèi)共安排13個科學(xué)實驗柜，每個實驗柜都是一個高功能密度的太空實驗室，可支持一個或多個方向的空間科學(xué)與應(yīng)用研究。這些重大設(shè)施支持在軌實施空間生命科學(xué)與生物技術(shù)、微重力流體物理和燃燒、空間材料科學(xué)、微重力基礎(chǔ)物理、空間天文與天體物理等9個學(xué)科領(lǐng)域30余個研究主題的科學(xué)研究。

　　在進行繁重的空間科學(xué)實驗的同時，開展空間科普實驗是空間站的另外一項重要任務(wù)?！?strong>天宮課堂”是為發(fā)揮中國空間站的綜合效益，推出的首個太空科普教育品牌。2022年3月23日，航天員翟志剛、王亞平、葉光富再次以天地交互的方式，開啟了“天宮課堂”第二課。由航天員在軌演示太空“冰雪”、液橋演示、水油分離、太空拋物等實驗。

微重力“無容器”結(jié)晶

????????結(jié)晶是溶液中析出固體的過程。而在地面上，由于受到重力的作用和容器的影響，形成的晶體外形是不規(guī)則的，無法形成一個完美的“冰球”。太空中的微重力“無容器”狀態(tài)下，液滴懸浮在半空，溶液在處于過飽和狀態(tài)時“自由生長”，懸浮狀態(tài)下完成結(jié)晶，呈現(xiàn)出一個“冰雪”，從而觀察到不受地球重力影響的材料物性變化。

　　這一科普實驗與中國空間站里的無容器材料實驗柜實驗內(nèi)容相呼應(yīng)。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。

微重力使液橋變長

????????由于分子引力的存在，液體具有內(nèi)聚性和吸附性，而液體與空氣接觸的那一面，沒有來自其他水分子的吸引力，使得它受力不均勻，這就產(chǎn)生了液體表面的張力，就像一塊張緊的彈性薄膜。凝聚在葉片上的水滴，就在表面張力的作用下形成的。液橋是由于液體的表面張力而形成的，在重力環(huán)境中形成的液橋尺寸很小，液橋的尺寸大概幾毫米，超過這個尺寸，表面張力就無法承擔(dān)它的重力而垮塌。微重力環(huán)境下，沒有重力負擔(dān)，液體的表面張力更加凸顯。天宮課堂的液橋演示實驗中，水在表面張力作用下將兩個塑料板連接起來，在太空可用液體搭一座橋。液橋的尺寸是地球上液橋的幾十倍，達到了幾十毫米長。

　　高壓電場、鹽分、表面活性劑等可以改變表面張力，隨著表面張力的變化，液橋長度也會發(fā)生變化。你能做出多長的液橋呢？

微重力使水油“不分離”

????????在一個瓶子中裝入水和油，充分搖動瓶子，發(fā)現(xiàn)瓶中一片黃色，油水混合在了一起。然后，靜置瓶子，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。因為失重環(huán)境中液體間的由于密度差異產(chǎn)生的浮力對流基本消失，不存在所謂的“上浮”與“下沉”，所以會出現(xiàn)“水油混合”不自然分層的現(xiàn)象。

　　在“人造重力”——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。這是由于，借助圓周運動，高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生離心力，用這種“人造重力”實現(xiàn)水和油分離。

微重力太空拋物

　　在空間站中，“冰墩墩”擺件被拋出后，并沒有做拋物運動掉落下去。它幾乎不受外力影響，而是沿原有方向勻速前進，這就是空間站微重力環(huán)境最直觀的體現(xiàn)。太空拋物實驗展示了牛頓第一定律所描述的現(xiàn)象。

　　實際上，高微重力對于物理學(xué)研究非常重要。在這樣的環(huán)境中可以開展更精密的科學(xué)實驗，提高測量精度。比如在高微重力環(huán)境下，科學(xué)家利用冷原子干涉儀對原子進行加速度測量比對，可以對愛因斯坦廣義相對論中的等效原理進行高精度檢驗。

????????經(jīng)過約45分鐘的授課，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(xué)原理，展示了部分空間科學(xué)設(shè)施。

　　同時，通過視頻通話形式與地面課堂的師生進行了互動交流。這也是中國航天員首次在空間實驗室對全國觀眾進行視頻授課，進一步激發(fā)了廣大青少年對宇宙空間的向往、對學(xué)習(xí)科技知識的熱情，讓青少年通過這次活動走近航天、了解航天、熱愛航天。激發(fā)有志青年的學(xué)習(xí)熱情和為科學(xué)獻身的勇氣。

　　本周日（4月24日），是“中國航天日”，在第七個中國航天日到來之際，讓我們用航天點燃夢想，賡續(xù)冬奧的約定，一起邁向星辰大海的未來！

撰 稿 人：科創(chuàng)協(xié)會科創(chuàng)部??? 混雋雅 向俊丞

責(zé)任編輯：科技協(xié)會執(zhí)行主席 馬浩然

執(zhí)行編輯：科技協(xié)會組宣部? ? 姜穎奇? 李嘉宇

總 編 輯：? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? 李曉萌

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