“天宫课堂”第二课开讲！

• 2022-03-26 08:17:11 来源：科普时报

史 诗 摄

□ 科普时报记者 史 诗

瞧，装满化学溶液的水球瞬间结晶，竟变作晶莹剔透的“雪球”！

这神奇而唯美的一幕发生在距离地球400公里的中国空间站里。

3月23日15时44分，“天宫课堂”第二课在中国空间站开讲，“太空教师”翟志刚、王亚平、叶光富为“地球人”又上了一堂精彩的太空科普课。

冰雪实验设想来自两名中学生

这一次，王亚平化身“冰雪艺术家”，在宇宙星河间，勾勒出春日冰雪奇景。她先将过饱和乙酸钠溶液慢慢挤出，悬浮于空气中。随后，她用一根小棍轻轻一碰，水球瞬间结晶，如同一个晶莹剔透的小雪球。“这是由于过饱和溶液处于一个亚稳定的状态，遇到结晶核刺激就会打破平衡，出现结晶。”该实验科学指导老师傅雷解释说。

傅雷透露，在飞船运送过程中，过饱和溶液也可能会结晶失效，需要在太空进行加热恢复。过饱和溶液配制需要150克水和250克乙酸钠，配制过程中要避免接触空气中的灰尘，以免影响结晶效果。

太空“冰雪”实验的最初设想来自北京育才学校的刘隽麟和北京八中的焦子奥，他们都非常热爱化学实验。中科院空间应用工程与技术中心科普教育主管张智慧向科普时报记者介绍，从同学们的想法到变为现实，是一个很复杂的过程，需要工程化思维及设计能力，还要实现装置的系列地面验证和不断改进。“在我们的应用工程专家的帮助和指导下，想法才最终成为现实。”

太空搭起长长的水“桥”

还记得第一课讲过的“水的表面张力”知识点吗？在水表面张力的作用下，王亚平和女儿一起折的纸花在水球中慢慢绽放，成就了温馨又经典的一幕。其实，在现实生活中，清晨植物叶片上摇曳的露珠，水龙头下将滴未落的水珠，小时候我们用肥皂水吹的泡泡，这些都跟水的表面张力有关。看似柔软的水，其实具有神奇的力量。

这次，王亚平给我们演示了液桥实验。她手持两片塑料板，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”。王亚平将塑料板的距离拉远，“桥”也没有断开。

“表面张力倾向于使液体呈现球状，在地面上，由于重力的作用，液桥不会太长，液桥稍微长一点、粗一点，重力就会把它拉垮。而在空间站的微重力环境下，液桥可以搭得很长。”中科院物理研究所科普委员会主任魏红祥告诉记者，这次展示的液桥有点像小朋友平时吹出来的长长的肥皂泡，因为肥皂泡很轻，受重力影响较小，在空中能形成细长的泡泡。水在空间站摆脱了重力的束缚，也能架通较远的两个“桥梁”了。

紧接着，王亚平将装有水和食用油的瓶子取出，神奇的是，在空间站里水油一直呈混合状态。魏红祥分析，在空间站，由于重力变小，浮力基本消失，所以就看不到水油分离了，但其物理性并没有改变。果然，叶光富充“当人体离心机”，快速旋转并瓶子，产生了离心力，实现水油分层。“日常生活中，在医院的化验科，医生们经常用这种类似方法分离血清。”

“顶流网红”冰墩墩当“助教”

压轴出场的是“顶流网红”冰墩墩！只见它“翻了个跟头”跟大家“打招呼”。随后，王亚平将冰墩墩抛向对面的叶光富，当大家以为冰墩墩会翩翩跃起时，它竟然做起了匀速直线运动。

魏红祥解释，在地面上抛物，无论朝着哪个角度抛，由于重力的作用，物体最终还是要回到地面的。这也是“弹道曲线”的来源。“在空间站抛物，物体基本上会做匀速直线运动，直到碰到另外一个物体才会停下来。”

空间站的这些神秘柜子有啥用

除了在轨演示了科学实验，与地面同学互动问答之外，航天员还重点介绍展示了核心舱内的高微重力科学实验柜和无容器科学实验柜。

为什么要在空间站做实验？这与空间站的特点密切相关。由于空间站能够提供长期的微重力等特殊研究环境，科研人员就可以发现被重力掩盖的物质本质规律。

空间站里的科学实验柜有什么作用？载人航天工程空间应用系统副总师王珂告诉记者，科学实验柜安装在密封舱内，也就是核心舱、问天实验舱I和梦天实验舱II内，用于开展航天医学、空间生命科学与生物技术、微重力流体物理、微重力燃烧科学、空间材料科学、微重力基础物理等研究方向的科学实验。

“每一个科学实验柜相当于一个综合实验室，支持开展单学科或多学科交叉的空间科学实验，相当于把地面上数十平米实验室的实验设备高度集成到一个两立方米的实验柜空间里。”王珂介绍，实验柜采用模块化设计，在轨可通过航天员操作更换实验单元或实验样品，支持整个运营期上千项科学研究项目的滚动实施， 大大降低科学实验项目实施难度及准入门槛，减轻科学家的工程负担。

叶光富在太空授课中讲道，在高微重力环境下，科学家利用冷原子干涉仪对原子进行加速度测量比对，可以对爱因斯坦广义相对论中的等效原理进行高精度检验，这些都是基础科学领域的前沿性研究。

航天员展示的无容器实验柜又是什么？实验样品可以在微重力环境下通过静电场实现悬浮稳定控制，与容器的内表面完全不接触，所以叫做“无容器”。这样就避免了容器材料对样品的影响，可以更精确地测量实验样品的重要物理性质。除了航天员提到的无容器开展的材料实验有助于制造新一代燃气轮机叶片，以及研究太阳系早期的热环境外，空间应用系统核心舱总体主任设计师于喜河补充说，在无容器平台中，后续还要开展模拟合成陨石及月幔物质的熔融结晶实验，加热星云物质进行物性测量，研究太阳系早期热环境的制约因素，从而有望更好认识太阳系早期的环境特征。

天宫未来将开展哪些实验

今年，随着问天实验舱和梦天实验舱的发射，我们的国家太空实验室将初具规模。“问天实验舱内有4个科学实验柜，梦天实验舱内有8个实验柜，将开展更多领域的研究项目。未来，中国空间站将支持空间生命科学与人体研究、微重力物理科学、空间天文与地球科学、空间新技术与应用等四大学科领域的上千项科学实验项目。”空间应用工程与技术中心集成技术中心副主任张璐对记者表示。

“科学实验柜非常厉害，我自己特别喜欢研究果蝇，以后我的果蝇也能被送到天上做实验吗？”一位同学提问。

王亚平回答：“非常高兴看到你喜欢生物学研究。生物学是我们空间站未来知识的一个重要领域。在我们即将发射的空间站问天舱里就有支持动植物、微生物研究用的生命生态实验柜，我们不仅在里面做科学家研究的实验，也期待同学们的奇思妙想。我们的科学家也计划将来把果蝇带到空间站里进行研究，所以你的想法是和科学家们不谋而合的。”

正如航天员叶光富所言，相信未来能够看到更多来自青少年的科学设想在太空实现，天宫课堂也将激励无数青少年追寻向往的远方。

标签： 科学实验 中国空间站 表面张力

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