天宫课堂第三课航天员如何炼成（第三课即将开讲）

顶端新闻·河南商报首席记者 韩忠林 记者 杨晓妍 实习生 张嘉琦

10月12日，陈冬、刘洋、蔡旭哲等三名航天员，将为大家带来第三节天宫课堂，趣味、精彩的内容值得期待。

2013年首次太空授课至今已过去将近10年，中国航天技术不断取得突破，在此基础上，中国航天员多次担任“太空教师”，为全国人民带来富有科学色彩的太空授课，并形成了别具一格的太空科普教育品牌“天宫课堂”。

太空授课为无数孩子插上了梦想的翅膀，助力着人类在征服星辰大海的道路上厚积薄发。

2013年太空授课。 资料图

第一次太空授课，已过去近10年

“大家好，我是王亚平，本次授课由我主讲……”2013年6月20日，亲切的声音从距离地面300多公里的天宫一号实验舱传来。

航天员王亚平在聂海胜、张晓光协助下首次进行太空授课，这堂课历时约50分钟。

此次太空授课主要面向中小学生，“太空教师”演示了质量测量、单摆运动、陀螺运动、水膜与水球制作等实验，让孩子们了解失重条件下物体运动的特点、液体表面张力的作用，加深对质量、重量以及牛顿定律等基本物理概念的理解。

质量测量

重力是由地球的吸引造成的，失重的太空怎样称质量?太空中称重设备利用的原理是什么?太空教师王亚平告诉我们，用“弹簧-凸轮”机构产生的恒定力和光栅测速系统测出身体运动的加速度，根据牛顿第二定律(f=ma)就算出了身体的质量。

单摆运动

在地面上，支架上的细绳拴着一颗小球构成一个单摆系统。将小球拉起后放手，小球开始往复摆动，运动周期与细绳长度、重力加速度有关。最终，小球在空气阻力作用下停止摆动。

但在太空中没有重力影响，不产生摆动;如果给小球一个较小的初始速度，小球便可绕着支架轴做圆周运动，但在地面上需要足够大的初速度才能实现。

陀螺运动

高速旋转陀螺的自转轴轴向在惯性空间中会保持不变。太空中，用手触碰高速旋转的陀螺和静止的陀螺，高速旋转的陀螺虽然会产生轻微晃动，但其自转轴的轴向保持不变，而静止的陀螺则会发生翻滚。因高速旋转的陀螺具有很好的定向性，航天器可以采用陀螺仪来进行空间定向。

制作水膜与水球

作用于液体表面、使液体表面积缩小的力，叫液体表面张力。金属圈插入水袋后形成的水膜不会破碎，往水膜表面贴上“中国结”，水膜依然完好。这是在太空失重环境下液体表面张力特性突显的结果。

向水膜注水，水膜很快变成一个晶莹剔透的大水球。这样完美的球形只可能存在于微重力环境中，因为在地面上液体表面张力难以抗衡地球引力的影响，水球必然发生形变。

此次太空授课距今已过去近10年。当年全国有6000余万中小学生观看授课直播，如今他们已经长大，航天梦的种子也在他们心中茁壮成长。

“有很多孩子因此喜欢上了航天，也有孩子因此报考了航天专业，甚至有的孩子现在已经成为我的同事，这也是让我非常骄傲和自豪的地方。”王亚平在采访中曾说。

2021年太空授课。 资料图

中国首个太空科普教育品牌“天宫课堂”推出

随着中国空间站长期在轨运行，2021年，中国首个太空科普教育品牌“天宫课堂”系列化推出，由中国航天员担任“太空教师”，采取天地协同互动方式开展。

2021年12月9日15时40分，“天宫课堂”第一课开讲，由神舟十三号上的“太空教师”翟志刚、王亚平、叶光富在中国空间站进行授课。

本次授课在中国科技馆设置地面主课堂，在广西南宁、四川汶川、香港、澳门设置地面分课堂。

首次“天宫课堂”项目包括航天员在轨工作生活场景展示、太空细胞学研究实验展示、太空转身、浮力消失实验、水膜张力实验、水球光学实验、泡腾片实验、天地互动交流等八项。

太空细胞学研究实验

将细胞置于有重力或完全失重的情况下，细胞的生长形态会有所差异。

活的心肌细胞在生命活动过程中会产生生物电，生物电会激发荧光显微镜中的荧光物质，通过显示屏就可观察到荧光现象。心肌细胞具有自动节律收缩的特性，所以显微镜下可以观察到它们有节律地跳动。

而在太空，其功能和基因表征都会出现变化，当回到地面后，基因表征基本又会退回到地面状态，但依然有些基因的表征会发生改变。

太空转身

转身，这个在地面上难度系数为零的普通动作，在太空中要实现，一侧手臂需要画圈。身体旋转时，手臂收回旋转速度会变快。

微重力的环境中，航天员在不接触空间站的情况下，类似于理想状态下验证“没有外力矩，物体会处于角动量守恒”。航天员上半身向左转动时，按照角动量守衡的原则，下半身就会向右转。

当航天员伸展身体的时候，因为质量分布得离旋转轴比较远，转动惯性比较大，所以角速度就减慢，通俗地说就是转得慢了。而当把四肢收回时，转动惯性小，角速度就会增加，直观感受就是转动速度变快了。

浮力消失实验

在地面上，乒乓球放入水里，会浮到水面上，那么在太空中做同样的实验乒乓球“浮不浮”?答案是：不浮!

这项实验所展现的是浮力和重力伴生的现象。浮力来源于重力引起的液体在不同深度的压强差。当重力消失时，液体内部压强相同，浮力也就消失了。不过地球表面难以让浮力消失，这个试验很难直观地展示出来。在空间站的微重力条件下，浮力和重力之间的伴生关系就可以非常清楚地显现。

水膜张力实验

王亚平将她和女儿在地球上制作的花朵折纸放进水膜，美丽的花朵瞬间绽放。在地面上，水滴中液体表面张力受到地球引力的影响，实验效果表现不明显;在太空失重环境中，水膜表面的水分子切面上只有一个液体表面张力的作用，水滴呈现球形，当花朵贴近水膜表面时，花朵在水膜表面张力作用下而逐渐展开。

水球光学实验

往水膜里注入水，就得到了一个水球，接着往水球中注入一个气泡，透过水球和气泡能看到一正一反两个像。

在地面上，水珠受到地球引力作用，呈现上小下大形状。在太空中，由于微重力环境，水珠在表面张力作用下呈现透明圆球，球形水珠相当于两个组合在一起的凸透镜，光线通过它发生两次折射，从而形成一个倒立的人像;当在水球中注入一个气泡时，光线通过它发生四次折射，从而在形成一正立的人像，其中倒立的像是光线在水球中两次折射的结果，正立的像是光线射入气泡四次折射的结果，这都是光的折射原理引起的光学现象。

泡腾片实验

在地面环境中，将泡腾片扔进水球里，就能看到气泡上浮，但在中国空间站的失重环境中，因为浮力的消失，泡腾片扔进水中的产生的气泡不再上浮，而是相互挤压。水球也会被气泡撑得更大，能看到水球一点点膨胀的效果。

2022年太空课堂。 资料图

今年三月，“天宫课堂”第二课如约而至

2022年3月23日，“天宫课堂”第二课如约而至。“太空教师”依然由神舟十三号乘组航天员翟志刚、王亚平、叶光富担任，在中国空间站进行授课。

此次太空授课，在中国科技馆设地面主课堂，在西藏拉萨、新疆乌鲁木齐设2个地面分课堂。

在约45分钟的授课中，“太空教师”在轨演示了太空“冰雪”实验、液桥演示、水油分离、太空抛物等实验。

太空“冰雪”实验

轻轻挤压装有过饱和醋酸钠溶液的水袋，一颗有水泡的液体球慢慢从管口“跑”了出来，并悬停在空间站舱内。随即用沾有粉末的小棒触碰液体球后，带水泡的液体球开始“结冰”。

在地面上，利用饱和液体结晶是分离和提纯固体物质的一种方法。沾有粉末的小棒充当了凝结核的角色，而小晶体也开始迅速凝结，并且带着水分子一起结晶，形成水合醋酸钠的晶体，同时还会释放出大量热量。

液桥演示

液桥是连接着两个固体表面之间的一段液体。在液桥演示实验中，王亚平手持两片透明的塑料板，叶光富向塑料板表面分别挤上水，两片塑料板逐渐接近，水便在板间连起了一座“桥”。神奇的是，随后王亚平双手将塑料板轻轻拉扯，“桥”依旧也没断开。而液体表面张力很弱，在地面上，重力会把液体拉得向下坠，很难实现液桥现象。

水油分离

地面上，水和油混合后自然分层，油在上水在下，那么在空间站里，水和油会自然分层吗?答案是：不会。

在相同体积的情况下，水的密度大于油，水的质量更大。根据向心力公式F=mrw2，当角速度w和半径r相同时，质量m大，水滴需要的向心力越大，即等效的离心力也就越大，所以质量更大的水被甩到了瓶底。水和油实现了分层。

太空抛物

在太空抛物实验中，顶流“冰墩墩”亮相，王亚平和叶光富依次将“冰墩墩”抛出，它并没有随着抛物线的轨迹掉落，而是沿原有方向匀速前进。这是因为在空间站舱内，物体几乎不受重力作用，不论往哪个方向抛，几乎都可以看作是匀速直线运动，因为物体只受到微弱的空气阻力作用，速度方向和大小的变化都很微小。

太空授课为孩子们插上梦想的翅膀

星辰大海永不止步，叩问苍穹薪火相传。这一步步“天路”，背后都是一代代航天人的智慧和心血。“天宫课堂”为孩子们讲述的不仅是科学实验的知识点，更是探索未知的航天精神。

王亚平曾在采访中表示，太空授课开创了我们国家科普教育和中小学教育的新模式和新方法，可以说到目前为止是世界上受众最广，规模最大的，授课时间最长的一次科普教育直播活动。

三次太空授课激发了无数孩子心中对科学的热情，对研究探索的兴趣，对追逐梦想的勇气。孩子们相信，正如航天员王亚平老师所说，“梦想就像浩瀚宇宙中的星辰，看似遥不可及，但只要努力和坚持，就一定能触摸到。”

空间站作为国家太空实验室，也是重要的太空科普教育基地，蕴含着得天独厚的丰富教育资源，对激发社会大众特别是青少年弘扬科学精神、热爱航天事业具有特殊优势。

神舟十四号飞行乘组将于10月12日继续开展“天宫课堂”。据中国载人航天工程办公室，航天员在空间站上飞行的过程中，与地面进行互动交流、开展一些科普活动，这以后是会常态化的。

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