中华网 china.com

新闻
聚焦新冠肺炎疫情
国内 国际 社会 体育 专题 军事 财经 滚动 政务 冬奥

“天宫课堂”第二课开讲 航天员讲解实验科学原理

关键词:
2022-03-24 07:37:51  

原标题:“天宫课堂”第二课开讲 太空实验背后蕴含哪些奥秘?

“太空教师”翟志刚、王亚平、叶光富在中国空间站再上太空科普课

据新华社电 “天宫课堂”第二课23日开讲,“太空教师”翟志刚、王亚平、叶光富在中国空间站再次为广大青少年带来一堂精彩的太空科普课。

据中国载人航天工程办公室介绍,在约45分钟的授课中,神舟十三号飞行乘组航天员翟志刚、王亚平、叶光富相互配合,生动演示了微重力环境下太空“冰雪”实验、液桥演示实验、水油分离实验、太空抛物实验,讲解了实验现象背后的科学原理,展示了部分空间科学设施,介绍了在空间站的工作生活情况。

授课期间,航天员通过视频通话形式与地面课堂师生进行了互动交流。

这次太空授课活动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。

后续,“天宫课堂”将持续开展太空授课活动,进行形式多样、内容丰富的航天科普教育。

太空实验背后蕴含哪些奥秘?

“太空教师”翟志刚、王亚平、叶光富为什么要做科学实验?背后蕴含着哪些科学奥妙?与人类探索浩瀚宇宙又有什么关联?多位专家一一进行解读。

实验一:温热的“冰球”

【现象回顾】这一幕仿佛发生在“魔法世界”:透明的液球飘在半空中,王亚平用一根小棍点在液球上,球体瞬间开始“结冰”,几秒钟就变成通体雪白的“冰球”。

王亚平说,这枚“冰球”摸上去是温热的。

【专家解读】“太空‘冰雪’实验实际上是过饱和乙酸钠溶液形核、结晶的过程,过程当中会释放热量。”中国科学院空间应用工程与技术中心研究员张璐介绍,过饱和溶液结晶通常需要外界“扰动”,而这个实验的“玄机”就在于小棍上沾有晶体粉末,为过饱和乙酸钠溶液提供了凝结核,进而析出三水合乙酸钠晶体。

【延伸阅读】在地面上进行结晶实验时,晶体的样子可能因容器形状不同有很大差异。

而在微重力环境中,晶体并不受容器的限制,可以悬浮在半空“自由生长”,这与中国空间站里的无容器材料实验柜相呼应。

无容器材料实验柜目前主要有两个用途:一是实现材料在无容器状态下从熔融到冷却凝固的过程,供科研人员收集物性参数进行研究;二是用于特殊材料在轨生长,缩短新材料从实验室走向流水线、走进大众视野的时间。

实验二:“拉不断”的液桥

【现象回顾】叶光富将水分别挤在两块液桥板上,水球状似倒扣着的碗。

液桥板合拢,两个水球“碗底”挨“碗底”;液桥板分开,一座中间细、两头粗的“桥”将两块板相连;王亚平再将液桥板拉远,液桥变得更细、更长,仍然没有断开。

【专家解读】张璐介绍,微重力环境与液体表面张力是液桥得以成形的主要原因。

日常生活中的液桥不易被察觉,比如洗手时两个指尖偶然形成几毫米液柱,再拉远一点就会受重力作用坍塌。

而在空间站里,航天员轻松演示出比地面大数百倍的液桥,这在地面上是不可能看到的景象。

【延伸阅读】液体表面张力是“天宫课堂”中的高频词,天宫一号太空授课、中国空间站首次太空授课做过的水膜、水球实验都阐释了这一原理。

中国科学院力学研究所研究员康琦介绍,空间站可以最大限度摆脱地面重力影响,为包括液桥实验在内的流体力学研究创造了良好的条件。

实验三:“分不开”的水和油

【现象回顾】王亚平用力摇晃一个装有水和油的瓶子,让水油充分混合,瓶中一片黄色。时间一分一秒过去,瓶中没有发生任何变化,油滴仍然均匀分布在水中。

叶光富前来助力,抓着系在瓶上的细绳甩动瓶子。数圈后,水油明显分离,油在上层,水在下层。

【专家解读】“我们都知道地面上油比水轻,平时喝汤的时候看到油花都习以为常。”中国科学院物理研究所研究员梁文杰说,然而在空间站中,情况却大不一样,水和油之所以“难舍难分”、长时间保持混合态,是由于在微重力环境下密度分层消失了,也就是浮力消失了。

“水油在天上成功分离的原因是,瓶子高速旋转时类似离心机,可以理解为离心作用使得浮力重新出现了。”张璐说。

国际空间站如何开展太空授课

在载人航天器上开展太空授课具有十分重要的意义,许多国家都对太空授课项目高度重视。

国际宇航联空间运输委员会副主席杨宇光在接受《环球时报》记者采访时表示,如果不限于形式,目前很多国家都开展过“太空授课”活动,“比如俄罗斯、加拿大、韩国和马来西亚等国的宇航员都曾在太空中录制视频,然后带回地面展示”,但如果严格按照天地连线的形式定义太空授课,目前全世界仅有中美两国实现了太空授课的直播。

据美国国家航空航天局(NASA)官网信息显示,美国的太空授课项目启动较早,但实现过程历经艰辛与磨难。

1984年,时任美国总统里根宣布将开展一项名为“太空教师计划”的项目,该项目最初从1.1万多名申请者中选定美国高中社会研究课程教师克丽斯塔·麦考利夫和小学教师芭芭拉·摩根作为“太空教师计划”项目的首批参与者,并最终确定克丽斯塔·麦考利夫作为美国首位太空教师人选开展太空授课。

不幸的是,那次承载着梦想的飞行任务却遭遇了人类航天史上的一次重大灾难。

“挑战者”号航天飞机在升空过程中解体,包括克丽斯塔·麦考利夫在内的7名乘组成员全部遇难。

之后,NASA终止了“太空教师计划”项目。

作为此次任务备份的太空教师芭芭拉·摩根也继续自己的教学生涯。

直到1998年,NASA重拾“太空授课”计划,以“教育家宇航员”项目取代“太空教师计划”项目,新项目的不同之处在于,被挑选参加飞行任务的太空教师不会在完成太空飞行任务后回归课堂,而是经过培训成为真正的宇航员,他们在担负常规飞行任务之外,还将与其他宇航员一起帮助地面的老师和学生探索太空。

颇具传奇色彩的是,2007年8月,芭芭拉·摩根以“职业宇航员”的身份搭乘“奋进”号航天飞机登上国际空间站,并在此次飞行任务中圆了自己和麦考利夫的太空授课梦。

全国空间探测首席科学传播专家庞之浩在接受《环球时报》记者采访时表示,载人航天器内的微重力环境,能帮助青少年更好地理解一些物理概念、物理规律,国际空间站也因此开发了不少面向青少年授课的太空失重科学实验。

例如,2012年宇航员佩蒂特在国际空间站内给地球上的学生演示了一个十分有趣的实验——水滴绕毛衣针在太空飞舞,以验证带静电的毛衣针在太空如何影响水滴运动。

此外,与载人航天器上的宇航员进行通话也是太空教育的一项内容。庞之浩介绍称,目前,仅国际空间站就进行了700多次业余无线电通话活动,共有40多个国家和地区、数百万学生参与。而与国际空间站举办视频通话,则需要举办方通过美国航空航天局现场互动媒体服务频道连接至美国航空航天局电视台,此外还需要两条专用的电话线路以及配套的广播设备。

通话为双向音频、单向视频,学生可以通过视频看到宇航员的实时影像,通过音频和宇航员对话。

这项活动深受青少年喜爱。

还会有更多“天宫授课”

航天大国为何都热衷于开展太空授课?

杨宇光表示,从大的背景而言,人类的航天活动发展到今天已经比较成熟,许多卫星每天都可以直接服务于我们的生活和国民经济,这些航天活动是有直接回报的。

但载人航天活动,似乎没有直接经济回报,因此就需要大众去了解它的重要性、不可或缺性。

“因此我们在中国空间站任务规划时,就会把科普作为它的一项重要职能,空间站有着非常特殊的环境,在空间站上进行的物理学演示,是地面上根本无法实现的,可以给学生一个非常好的教学效果。因此太空授课是一件很有价值的事情。”杨宇光称。

其次,杨宇光认为,太空授课能起到一个激励作用。

“前段时间王亚平在中国空间站第一次太空授课时,已经有很多报道,找寻到2013年她在天宫一号进行中国第一次太空授课时的听课学生,他们中的很多人目前已经进入航天系统或科研领域工作,这一点非常重要。”杨宇光进一步举例称,在杨利伟第一次飞天以后,国家重点高校的航天专业生源都比过去有大幅提升,有更多优秀的学生选择航天领域,选择理工科,这对于国家的科技推动作用是不可估量的。

此外,杨宇光还提出太空授课的激励作用不限于科技人才,还有利于培养民众的爱国情怀。

在接受《环球时报》记者采访时,中科院空间应用工程与技术中心应用发展中心主任张伟透露,根据中国空间站的工程任务安排,未来还会有生命科学实验柜、流体实验柜、燃烧实验柜、基础物理实验柜等十几个科学实验柜,随着实验舱Ⅰ和实验舱Ⅱ被送入太空。

将开展包括细胞、植物、动物生命科学实验,此外还将开展流体实验,颗粒物、气体的燃烧实验,基础物理的实验等。

随着后续大量实验将要陆续开展,未来中国空间站太空授课的形式也将更为丰富多样。

(责任编辑:周晶晶 CN032)
关闭

泸定地震家猪被掩埋 存活40多天后获救,主人称其瘦了快90斤

家猪地震时被掩埋 存活40多天后获救2022-10-20 19:34:12

中国成功运行世界首个电磁橇!速度突破1000公里每小时!

中国成功运行世界首个电磁橇2022-10-20 19:28:17

谷爱凌晒六宫格首尔随拍:颜值能打,长腿逆天!

谷爱凌晒六宫格首尔随拍2022-10-20 15:52:27

中国成功运行世界首个电磁橇!速度突破1000公里每小时!

中国成功运行世界首个电磁橇2022-10-20 19:28:17

F-35战机在犹他州坠毁 坠毁的F-35战机引发了火灾

F-35战机在犹他州坠毁2022-10-20 14:18:12

印度在印巴边境附近新建空军基地,莫迪:以应对“任何意外事件”

印度在印巴边境附近新建空军基地2022-10-20 15:49:19

来自于6500光年之外的宇宙奇观!NASA公布天体景象“创生之柱”

NASA公布天体景象“创生之柱”2022-10-20 19:07:17

婆婆高颜值留空气刘海,婚礼现场被宾客误认为是新娘

婚礼现场婆婆被宾客误认为是新娘2022-10-20 19:25:15

海南争取2025年全岛封关运作 一线放开二线管住

海南争取2025年全岛封关运作2022-10-20 15:58:55

有力回击佩洛西窜台等倒行逆施行为,太给力了

有力回击佩洛西窜台等倒行逆施行为2022-10-20 15:29:04

出于安全考虑 德总统取消访问 引乌克兰不满

德总统取消访问 引乌克兰不满2022-10-20 17:32:13

世卫称新冠仍是紧急事件 外交部回应

世卫称新冠仍是紧急事件 外交部回应2022-10-20 18:37:11

老人要钱被请吃面却剩下大半!网友:要吃的就给钱

老人要钱被请吃面却剩下大半2022-10-20 15:48:18

埃尔多安:多亏我,土耳其已成发达国家

多亏我土耳其已成发达国家2022-10-20 15:32:30

美方避免拜登和普京在G20峰会期间接触?白宫回应

美方避免拜登和普京在G20峰会期间接触2022-10-20 15:51:36

日媒批“与中国脱钩”论调 开放合作仍是历史潮流

日媒批“与中国脱钩”论调2022-10-20 14:08:12

中方:5200多名同胞已从乌克兰撤离,好样的

中方:5200多名同胞已从乌克兰撤离2022-10-20 15:03:37

出于安全方面的考虑 德国总统施泰因迈尔推迟访问乌克兰

德国总统施泰因迈尔推迟访问乌克兰2022-10-20 14:14:39

WTT澳门赛爆冷!王曼昱2-3不敌袁嘉楠首轮出局

WTT澳门赛:王曼昱2-3输球爆冷出局2022-10-20 19:12:43

专家提醒40岁后注重骨密度检测筛查:避免误区!

专家提醒40岁后注重骨密度检测筛查2022-10-20 15:31:42

湖南80秒可生产一台发动机 5分钟可以下线一台挖掘机

湖南80秒可生产一台发动机2022-10-20 15:36:47

比银河系大20倍的原子气体结构!由中国天眼发现

比银河系大20倍的原子气体结构2022-10-20 15:58:35

妈妈心疼实习女儿寄16袋自制熟食:满满都是母爱

妈妈心疼实习女儿寄16袋自制熟食2022-10-20 15:38:32

美军事专家:美国向乌克兰输送武器无益于和平

美国向乌克兰输送武器无益于和平2022-10-20 15:22:11

英媒:特拉斯政府或重演内阁辞职潮新 政府有面临崩溃的风险

特拉斯政府或重演内阁辞职潮新2022-10-20 14:02:38

第六批中央猪肉储备10月21日投放 抑制肉价上涨势头

第六批中央猪肉储备10月21日投放2022-10-20 14:52:22

日媒批“与中国脱钩”论调,鼓吹“脱钩断链”的人上了一课

日媒批“与中国脱钩”论调2022-10-20 15:10:21

泸定地震家猪被掩埋 存活40多天后获救,主人称其瘦了快90斤

家猪地震时被掩埋 存活40多天后获救2022-10-20 19:34:12

摩尔多瓦总理问民众“过得怎么样”,被怼:我们饱受贫困之苦

摩尔多瓦总理问民众“过得怎么样”2022-10-20 15:26:49

连续拿下台湾当局9个所谓“邦交国”,捍卫了国家利益和民族尊严

连续拿下台湾当局9个所谓“邦交国”2022-10-20 14:39:36

中国勘探发现首个深水深层大气田:储量超500亿立方米

中国勘探发现首个深水深层大气田2022-10-20 19:15:19

相关新闻