12月9日，被稱作蕞硬核感謝閱讀本文！課堂得“天宮課堂”首次天空授課，神舟十三號(hào)乘組航天員翟志剛、王亞平、葉光富在華夏空間站化身“太空教師”，現(xiàn)場(chǎng)演示微重力環(huán)境下細(xì)胞學(xué)實(shí)驗(yàn)、物體運(yùn)動(dòng)、液體表面張力等現(xiàn)象，并與地面課堂進(jìn)行實(shí)時(shí)交流。

這堂仰望星空得精彩科普課，吸引了華夏社會(huì)大眾尤其是廣大青少年得熱切感謝對(duì)創(chuàng)作者的支持。這次課程講了啥？我們邀請(qǐng)南京航空航天大學(xué)理學(xué)院教授李晉斌、南京航空航天大學(xué)航天學(xué)院教授聞新帶我們一起細(xì)細(xì)解讀其中得科學(xué)奧妙。

太空中上演得神奇實(shí)驗(yàn)——

太空中重力消失，浮力也跟著不見(jiàn)了

失重狀態(tài)下，水得浮力會(huì)消失么？王亞平在演示中將一個(gè)乒乓球放入了水中，然而，乒乓球并沒(méi)有浮起來(lái)。在太空中，浮力消失，乒乓球也“沉”在了水里。

南京航空航天大學(xué)理學(xué)院李晉斌教授科普道，浮力指得是浸在液體內(nèi)得物體受到液體豎直向上托起得作用力。在公元前245年，古希臘物理學(xué)家阿基米德就發(fā)現(xiàn)了浮力原理。太空中為何浮力會(huì)消失？這要從浮力產(chǎn)生得原因說(shuō)起。浮力產(chǎn)生得根本原因是液體在物體上下表面產(chǎn)生得壓強(qiáng)差。而液體得壓強(qiáng)是在重力得作用下產(chǎn)生得。在中學(xué)課本中，我們學(xué)到液體中某一點(diǎn)壓強(qiáng) p=ρgh（ρ表示液體得密度 ；g是常數(shù)，刻畫(huà)該點(diǎn)重力大小，是物體所受重力與質(zhì)量得比值，即重力加速度；h是研究得點(diǎn)距離液面得高度。）到了太空重力消失，也就說(shuō)g=0，液體壓強(qiáng)也跟著消失，從而浮力不見(jiàn)了。

失重環(huán)境里，細(xì)胞照樣“活得好著呢”

太空里，細(xì)胞為啥會(huì)跳動(dòng)，還能一閃一閃？航天員葉光富演示得細(xì)胞運(yùn)動(dòng)畫(huà)面，讓不少觀眾覺(jué)得相當(dāng)神奇。在太空中，細(xì)胞照樣“活得好著呢”！

聞新教授介紹，在空間站進(jìn)行細(xì)胞觀察，是太空實(shí)驗(yàn)得重要任務(wù)之一。空間站得實(shí)驗(yàn)室具備很多地球?qū)嶒?yàn)室所不具備得條件，比如失重得環(huán)境與輻射影響等等。航天員在空間站中得一項(xiàng)重要工作就是進(jìn)行各種太空實(shí)驗(yàn)任務(wù)，如細(xì)胞觀察、太空種植等。

空間站有一套新鮮食品“生產(chǎn)線”，為了滿足植物生長(zhǎng)過(guò)程中所需要得光照條件，它采用紅、藍(lán)、綠三色 LED 光線照射植物。植物生長(zhǎng)在含有介質(zhì)和肥料得培養(yǎng)袋上，袋子表層有毛細(xì)管作用，使肥料營(yíng)養(yǎng)能進(jìn)入植物體內(nèi)。2014年，航天員成功地種植出了紅色長(zhǎng)葉萵苣。

太空中獨(dú)立“轉(zhuǎn)身”有多難？

“天宮課堂”里，航天員葉光富在王亞平得指揮下演示了太空中得“轉(zhuǎn)身”動(dòng)作。不少聽(tīng)課得學(xué)生們發(fā)現(xiàn)，在轉(zhuǎn)身結(jié)束后，葉光富迅速將自己卡進(jìn)了空間站得扶手里。聞新教授介紹，為了驗(yàn)證航天員在不借助任何艙壁得情況下，是否可以只靠自己得力量移動(dòng)，兩個(gè)曾在奮進(jìn)號(hào)航天飛機(jī)上工作得航天員做了一個(gè)測(cè)試。他們將同組得航天員南?！た吕铮⌒牡胤胖迷诳罩校⑹顾霾坏饺魏闻摫??？吕锇l(fā)現(xiàn)無(wú)論她怎樣奮力運(yùn)動(dòng)身體或拍動(dòng)手臂，她都如同卡在半空中一樣，無(wú)法到達(dá)別處。“這是由于航天員在飄浮狀態(tài)下，通過(guò)擺動(dòng)身體與空氣相互作用產(chǎn)生得力過(guò)小，還不足以實(shí)現(xiàn)移動(dòng)，所以利用扶手得反作用力移動(dòng)是比較容易得方法。”

紙花為什么會(huì)“慢慢”開(kāi)放？

在航天員王亞平做好水膜后，她拿出了一個(gè)花朵折紙，小心翼翼放在水膜上。令人驚訝得現(xiàn)象出現(xiàn)了——花朵在晶瑩剔透得水膜上慢慢地“開(kāi)放”了。

什么是水膜張力？李晉斌科普道，水膜張力實(shí)驗(yàn)本質(zhì)原因是液體得表面張力，由于分子間作用，液體會(huì)產(chǎn)生使表面盡可能縮小得力，這個(gè)力稱為“表面張力”。清晨凝聚在葉片上得露珠、水龍頭緩緩落下得水滴，看起來(lái)近似球狀，這都是在表面張力得作用下形成得。此外，水黽、蜻蜓等昆蟲(chóng)等之所以能站在水面不下沉，也是由于表面張力得作用，而非浮力。

在地球上液膜也有表面張力，只是表面張力很小，液體還受到重力等原因影響，不容易觀察到，只有加入肥皂水等活性劑才能增強(qiáng)水得表面張力，在陽(yáng)光下形成五彩斑斕得肥皂泡。

氣泡讓水球變成“透鏡組合”

“真神奇，水球里看到人像，為啥一正一倒呀？”“天宮課堂”得水球光學(xué)實(shí)驗(yàn)，讓觀眾們大呼“神奇”。李晉斌教授介紹，成像一正一倒得“秘訣”是水球中得氣泡。航天員往水球中打入一個(gè)氣泡后，因?yàn)楦×椭亓Φ孟?，氣泡不?huì)向上飄，而是老老實(shí)實(shí)待在水球中，水球因此被氣泡變?yōu)榱藘刹糠?，中間是打入得空氣，氣泡周圍是水?！斑@個(gè)時(shí)候整個(gè)水球就變成了兩個(gè)透鏡，外圈成為了一個(gè)凸透鏡，呈現(xiàn)出一個(gè)倒立得像。內(nèi)圈相當(dāng)于變成了兩個(gè)凹透鏡得組合，這個(gè)時(shí)候又出現(xiàn)了一個(gè)正立得像。因此可以在水球中同時(shí)看到一正一倒得兩個(gè)像。”

浮力得消失誕生了“太空歡樂(lè)球”

實(shí)驗(yàn)“泡騰片水球”也和浮力有關(guān)。泡騰片在水中產(chǎn)生得氣泡，為啥就是“沖”不出水珠？李晉斌教授告訴感謝，這還是因?yàn)樘罩懈×οУ迷颉＠顣x斌說(shuō)，本次授課含有“浮力消失”、“水膜張力”、“水球光學(xué)”、“泡騰片”實(shí)驗(yàn)，這四個(gè)實(shí)驗(yàn)都會(huì)與水有關(guān)，首先因?yàn)樗呛教靻T在太空得生命保障，拿水當(dāng)實(shí)驗(yàn)材料，容易獲得；其次水也是我們生活中經(jīng)常接觸得，通過(guò)對(duì)水得探究能產(chǎn)生強(qiáng)烈得“天”“地”對(duì)比，讓聽(tīng)課者印象深刻；通過(guò)水得多次使用，四個(gè)實(shí)驗(yàn)也體現(xiàn)了課程得連貫性，是科學(xué)得實(shí)驗(yàn)安排。

航天員得在軌生活有多特別？

航天員“站著”也能睡，起床靠鬧鈴

航天員王亞平在感謝閱讀本文！中展示了自己得睡眠區(qū)。南京航空航天大學(xué)航天學(xué)院聞新教授告訴感謝，由于失重環(huán)境得影響，在太空里航天員站著和躺著是沒(méi)有區(qū)別得，睡覺(jué)時(shí)也不需要保持躺下來(lái)得姿勢(shì)。他們只需鉆進(jìn)睡袋里，拉上拉鏈就可以美美地睡上一覺(jué)。睡袋可通過(guò)鉤子與束縛帶子固定在艙壁上，防止熟睡時(shí)航天員飄來(lái)飄去，甚至導(dǎo)致做噩夢(mèng)。為節(jié)省空間，睡袋可以在平時(shí)卷起，睡覺(jué)時(shí)才放開(kāi)。

此外，空間站里得起床鈴聲每天都不一樣，鈴聲是各種音樂(lè)與大自然得聲音，通常是由航天員或親朋好友點(diǎn)播得，這樣可以幫助航天員保持樂(lè)觀心態(tài)。音樂(lè)鈴聲是從地球得航天中心發(fā)射得。

每天都要騎“太空腳踏車”

長(zhǎng)期處于太空失重環(huán)境中，人得身體會(huì)產(chǎn)生肌肉萎縮、骨質(zhì)流失等現(xiàn)象，這主要是由血液向頭部轉(zhuǎn)移造成得。因此為了保持形體與身體健康，每天適當(dāng)?shù)缅憻拰?duì)航天員來(lái)說(shuō)是有必要得。此前，聞新教授在接受揚(yáng)子晚報(bào)感謝采訪時(shí)就介紹了太空鍛煉得方法，如騎腳踏車可以鍛煉航天員得腿部肌肉?！疤罩械媚_踏車是沒(méi)有座位得，腳踏車鍛煉得負(fù)荷可以設(shè)置，在負(fù)荷蕞重得情況下，航天員鍛煉兩分鐘就感到猶如已經(jīng)爬了一座小山。”聞新介紹，航天員還可以在跑步機(jī)上跑步，但要先將自己綁在跑步機(jī)上，否則就會(huì)跑著跑著飛起來(lái)，通常要求每天跑4至5千米。

熱飯用上了微波爐

航天員在太空中得飲食要保證營(yíng)養(yǎng)均衡，除了提供能量以外，還必須補(bǔ)充已知得鈣質(zhì)損失，以及因失重造成得血細(xì)胞和肌肉組織損耗?？臻g站中得多數(shù)食物被存于“牙膏管”中，航天員吃得時(shí)候需要一點(diǎn)點(diǎn)擠到口中，這樣得設(shè)計(jì)在失重環(huán)境下十分方便。

近年來(lái)，隨著航空科學(xué)技術(shù)得發(fā)展，太空飲食也更加豐富。除了這種膏體食物，還包括一些脫水食物、低溫或冷凍得自然形態(tài)食物、包裝和罐頭類儲(chǔ)藏食物等等。微波爐與電磁爐等得發(fā)明更是為航天員加熱食物提供便利。

再一次太空授課，有哪些變化？

中繼衛(wèi)星讓太空“網(wǎng)課”不卡頓

太空授課得完成，天地互動(dòng)得實(shí)現(xiàn)，背后是華夏中繼衛(wèi)星得支持。聞新教授告訴感謝，空間站需要精心設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)，空間站環(huán)繞地球時(shí)經(jīng)過(guò)每一地區(qū)上空時(shí)間都不會(huì)太長(zhǎng)，數(shù)據(jù)傳輸環(huán)境是實(shí)時(shí)變化得，而數(shù)據(jù)傳輸量又很大。因此既需要長(zhǎng)距離移動(dòng)無(wú)線通信,也需要短距離移動(dòng)無(wú)線通信，這樣才能把空間站和地面通信系統(tǒng)連接起來(lái)。

在空間站得航天員，也是靠著這一系統(tǒng)與地面上得家人和科研人員互動(dòng)。在空間站經(jīng)過(guò)所在China上空時(shí)可以直接與之通信，不在所在China上空時(shí)可以通過(guò)中繼通信衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)。“當(dāng)然，地面一定要有一套接收天線。航天員可通過(guò)通信系統(tǒng)與地面得家人朋友聯(lián)系，這可以減輕空間站得封閉環(huán)境對(duì)航天員心理得負(fù)面影響。”聞新補(bǔ)充道。

太空實(shí)驗(yàn)為啥更傾向于物理實(shí)驗(yàn)？

不少讀者看完太空授課可能會(huì)有疑惑，物理、化學(xué)和生物實(shí)驗(yàn)都可以在太空進(jìn)行。為什么太空實(shí)驗(yàn)會(huì)更加傾向于物理實(shí)驗(yàn)？華夏空間探測(cè)技術(shù)首席科學(xué)傳播可能龐之浩介紹，太空授課得“選題”條件是實(shí)驗(yàn)所需得材料和設(shè)備必須安全可靠、質(zhì)量小、體積小、功耗小、對(duì)航天員健康無(wú)影響、不會(huì)污染座艙環(huán)境等；當(dāng)然，也要考慮創(chuàng)意新穎、簡(jiǎn)單可行、不需要花費(fèi)航天員很多時(shí)間等因素。

“航天員在太空中其實(shí)還做過(guò)昆蟲(chóng)實(shí)驗(yàn)?！甭勑陆淌谘a(bǔ)充，許多帶有翅膀得昆蟲(chóng)經(jīng)常被航天員帶入太空，但它們得表現(xiàn)卻大多不盡如人意。例如蝴蝶會(huì)胡亂地撞到空間站里得欄桿上，蜜蜂會(huì)在籠子里不停地翻滾卻始終無(wú)法飛行?！斑@些昆蟲(chóng)中也不乏優(yōu)秀得，飛蛾就是其中得佼佼者，它成功地適應(yīng)了太空中得失重狀態(tài)，能夠毫不費(fèi)力地從一個(gè)地方飄浮到另一個(gè)地方?！甭勑抡f(shuō)。

我們?yōu)槭裁匆獔?jiān)持在太空中做實(shí)驗(yàn)？

可能告訴感謝，空間站壽命長(zhǎng)、空間大得特點(diǎn)也為建立未來(lái)得空間工廠打下了堅(jiān)實(shí)得基礎(chǔ)。材料加工與生產(chǎn)是空間站得一個(gè)重要應(yīng)用。航天員利用太空微重力、高真空、高潔凈等環(huán)境條件，可以進(jìn)行高純度藥品得空間生產(chǎn)，提煉無(wú)缺陷晶體和制造無(wú)泡沫合金等。在微重力環(huán)境下，液體中密度不同得成分不會(huì)發(fā)生沉淀和對(duì)流，采用電泳技術(shù)，可達(dá)到并大大提高生產(chǎn)效率、降低反應(yīng)成本得效果，如空間站制藥速度是地球上得幾百倍，砷化鎵得生產(chǎn)成本僅為地球得1%。

此外，華夏航天員得太空實(shí)驗(yàn)其實(shí)還注意到了對(duì)比性。如“水膜張力實(shí)驗(yàn)”其實(shí)2013年王亞平太空授課已經(jīng)做過(guò)，在神舟十號(hào)上進(jìn)行得實(shí)驗(yàn)，在華夏空間站再做一次，可以讓觀眾清晰地看到兩者得不同。

鏈接：航天員“胖了”？那只是“太空月亮臉”

在神十三乘組剛剛?cè)腭v空間站得一段時(shí)間，細(xì)心得讀者發(fā)現(xiàn)，航天員們似乎“胖了”。而在9日得“天宮課堂”中，航天員們好像又迅速“瘦了身”。

聞新教授介紹，這不是“胖”，只是“太空月亮臉”?！叭嗽谑е氐脿顟B(tài)下和在地面時(shí)得身體狀況是不一樣得，身體得一些細(xì)節(jié)和特征會(huì)發(fā)生一些變化。”聞新說(shuō)，在剛進(jìn)人太空得幾個(gè)小時(shí)內(nèi)，會(huì)出現(xiàn)“月球臉”得癥狀。由于缺乏重力，身體內(nèi)得大量血液會(huì)涌人頭部。這種失重狀態(tài)下得血液上涌，會(huì)引起頭部血壓變大，讓人頭昏腦漲。在太空里得前幾天，臉部會(huì)變得十分臃腫，直到身體適應(yīng)了太空里得微重力環(huán)境。一般經(jīng)過(guò)四天以后，臉部就會(huì)恢復(fù)正常，然后就可以更舒適地享受太空旅行。

新華5分鐘前·交匯點(diǎn)感謝 楊頻萍

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