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中国空间站首次太空授课,王亚平将出镜直播,这个实验为何保留?

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2021-12-07 22:20

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2013年,6月20日神舟十号飞行乘组,在400公里外的天宫一号上,给全国的青少年带了中国首次“太空课堂”,48分钟的课程激起了6000多万观看直播的全体师生的科学热情。

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时隔8年,在中国空间站上的首次太空授课即将进行,时间放在12月9日15:40开始,目前“课程表”已经出炉,其中“水膜张力实验”这一项8年前已经做过,为何这次成了保留试验?有什么特殊含义吗?

太空授课,激起科学梦想

2013年6月20日,全国8万所中学6000余万名师生同步收看了“太空课堂”,女航天员王亚平在张晓光、聂海胜的协助下,进行了中国首次首次太空授课。航天员还与中国人民大学附属中学地面课堂的300余名中小学生进行了互动交流。

王亚平担任主讲老师,聂海胜助教,张晓光担任摄像师,5项物理实验展示了在太空失重环境下的现象,其中水膜试验和水球试验时间最长,也让观看的青少年激起了浓厚的力学分析激情。

有的同学看节目时还在初一,尚未学习物理课程,但是也忍不住回家做起了同样的试验,反复观看节目,想要搞清楚太空试验的科学原理。一些青少年在此次课程的影响下,考大学时毫不犹豫地就报考了航天相关专业。

也许这就是天空科普课程的重要意义,在青少年心中种下科学的种子,让科学梦想指引他们成长。以航天员为榜样,不畏艰难,为中国航天事业努力奋斗;以探索科学为动力,不断学习知识,成为栋梁之才。

就地取材,再现太空奥秘

地面上很难模拟失重环境,航天员们的日常训练是在深水池里模拟太空环境的,在太空失重和辐射的影响下,一些日常事物变得十分有趣。

国际空间站的航天员曾经做过一个试验,在太空拧湿毛巾,水珠不会散落出来,而是像一颗颗珍珠一样聚集在毛巾表面。这种日常生活常见的,太空试验对比性较强的事物拿来做科普最为深刻,观众能不自觉产生对比,印象深刻。

于是,2013年神舟十号航天员利用青少年童年里常玩的肥皂泡的原理做起了试验。我们知道,在地球上水面的张力不容易被发现,只有加入肥皂水等才能促进水的表面张力,在阳光下形成五彩斑斓的肥皂泡。

在大自然中,一些昆虫可以在水面悬停,露水会呈现出珍珠形状,这些都是水表面张力的原因。但是在地球上液体表面的张力难以抗衡引力,所以日常生活中很难感受到水的张力。

在太空中,失重让液体的表面张力特性便突显出来。于是王亚平就做了“太空中的水膜试验”和“水球演示”。一方面是因为该实验器材容易获得,打开饮水带就能获取。另一方面利用水膜,水球试验可以直观地对比太空与地球上液体张力的不同。两个试验都用到水,比较连贯。

当年,王亚平打开航天员的饮水袋,水并没有倾泻出来,轻轻一挤压,一个晶莹剔透的水珠被挤了出来,抖动几次,水珠便悬浮在半空中。

王亚平说:“如果诗仙李白在天宫里生活,大概就写不出‘飞流直下三千尺’的名句了,因为,失重环境下水不可能飞流直下。”

接着,亚平老师给大家做了一个水膜实验。使用一个金属圈和一个水袋,把金属圈轻轻地放入水袋,然后再慢慢地抽出,这时在金属圈上形成一个大大的水膜。

这在地面上可是很难实现的。在太空失重状态下,水的表面张力就会大显神威,所以普通水也能够轻松地形成漂亮的水膜。王亚平轻轻晃动金属圈,水膜也没有破裂,只是偶尔会甩出几颗小水滴。

随后,王亚平又往水膜表面贴上了一片画有中国结图案的塑料片,水膜依然完好。在后面的水球试验中,更是使用注射器将水注入水泡内,气泡之间没有融合。两个试验来源于生活,在太空中形成了鲜明的对比。很多年过去了,孩子们在看见肥皂泡,或是洗脸的时候都会想起这一次的太空课堂。

那一年“太空班”的孩子们,在今年纷纷发来当年观看节目的回忆感言,很多同学都就读了航天专业,或是对科学产生了浓厚的兴趣。

一位同学回忆道:

老师说:“未来看你们的啦!”就这样,我们以这样一节来自太空的课程结束了我们的初中学习生活,它也在某种意义上成为了我们初中的“最后一课”。我们带着不舍,带着对未来的期待甚至还有对星辰大海的梦想奔赴向了第二天中考的考场,奔向了未来。

再次开课,多项科技保障

据中国载人航天工程办公室消息,“天宫课堂”第一课定于12月9日15:40开始,神舟十三号乘组航天员翟志刚、王亚平、叶光富将在空间站进行太空授课。

日前,在中国空间站上的太空课堂即将开课,在收集孩子们问题的各个社区,已经收到了很多他们关心的问题,关于航天员,关于中国空间站,关于宇宙……每一个问题都十分有趣。

此次太空授课活动依旧会采取天地互动的方式进行,太空课堂毫无疑问地在新建成中国空间站,地面课堂放在了中国科技馆,分课堂有:广西南宁、四川汶川、香港、澳门。

而看完授课项目,细心的朋友发现“水膜”、“水球”试验仍然被保留了下来,这是为何?

其实主要有4个原因:

1、承上启下。在神舟十号上进行的试验,在中国空间站再做一次,看看有什么不同;

2、容易获取。水是航天员在太空的生命保障,拿水当试验材料,容易获得;

3、对比强烈。日常生活中我们接触的水比较多,通过对水的探究能产生强烈的天地对比。

4、课程连贯性。本次授课含有“浮力消失”、“水膜张力”、“水球光学”、“泡腾片”试验,这四个试验都会与水有关,一次布置,多次使用,是科学的试验安排。

同时,我们注意到这次课程也更加丰富,涵盖了生物学,以及物理学中的力学、光学等科学知识。

其实,进行这些试验,不光有科普作用,还会对我们利用太空的特殊环境和资源,获得新知识、新技能、新工艺产生巨大的启发作用。

太空失重、超高真空、超净、超静、深冷等条件都是地球上要花费巨大投入才能初步模拟的,就难失重来说,一些物理规律就与重力环境下差异巨大。

例如:重力引起的流体自然对流基本消失;液体中的浮力基本消失;液体的约束力主要来源于表面张力;浸润现象和毛细现象加剧……

可以说,失重消除了所有重力产生的不利因素。可以对以后太空进行一些生产、制造产生积极的影响。比如:材料加工、生物技术、失重科学、太空医学、生命科学、工程技术试验等。

举个例子,在地球上进行晶体生长作业,就会因为重力、热对流产生弯曲和对流涡旋,从而使得晶体产生变形。在太空中,由于没有重力,液体不会产生对流,晶体就可以在蒸汽介质中处于悬浮状态下生长,因此晶体的个体大、位错密度小,没有应力,纯度也更高。就是在太空中制造光纤也可以做到更细、更长、杂质更少的高级光纤。

所以,在太空做试验,不光是科普大众,更是为人类科学发展寻求方法。

得益于我国中国空间站的建设,这次的太空授课有三个明显的不同:

第一,空间更大,高清图像视角呈现更多元;

第二,网速更快,天链系统已完全组成,时延更短;

第三,试验涉及生物学、物理学多个学科,知识更丰富;

随着我国空间站常态化驻留,更多的科学实验将要进行,此次太空课堂仅仅只是一个开始,以后太空教育将成为常态,让我们一次从天地差异中感知宇宙的奥秘、体验探索的乐趣,激发我们探索科学,寻求科技发展,不断前行。

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