10月12日，“天宮課堂”第三課在中國空間站正式開講。神舟十四号飛行乘組航天員陳冬、劉洋、蔡旭哲面向廣大青少年進行太空授課，這是中國航天員首次在問天實驗艙内進行授課。這一次，科研人員所做的實驗，很多都能在地球上進行，在太空中，這些實驗又有什麼新變化？揚子晚報/紫牛新聞記者特邀多位專家，解析天宮課堂背後的科學原理。

水管越粗液體反而上升越慢，這是“毛細現象”

航天員陳冬、劉洋展示了失重環境下液體顯著的“毛細現象”。在太空中，三根粗細不同的塑料管，同時放入裝滿水的培養皿，管内加了黃顔料的液體不斷上升，直到管頂。和我們預想的并不一樣，相對較粗的塑料管中，液體上升的速度并不算快，反倒是最細的一根塑料管，液體上身速度最快。

“這個實驗叫做毛細效應實驗，它展示了失重環境下液體顯著的毛細現象。”南京航空航天大學教授李晉斌科普道，毛細現象是指液體在細管狀物體内側,由于内聚力與附着力的差異,克服地心引力而上升的現象。管的内徑越細，毛細現象越明顯。

專家介紹，毛細現象在生活中其實随處可見。如十多米的大樹，它根部的水分和養分都是極細的毛細管向上輸送到樹梢的。相比起同學們在地面做的實驗，太空的毛細效應實驗沒有了重力的束縛，毛細效應的表面張力作用會更加明顯，這也是太空中液體能夠升至管頂的原因，“在地面上，當液體受到向上張力跟液柱所受重力相等時，液體就會停止上升，達到平衡。”李晉斌說。

别看這個實驗簡單，裡面涉及的原理還是相對複雜的。科學家需要研究這些看似簡單的現象，然後利用相關原理去解決遇到的問題。如，航空器發動機的燃料儲箱、高空熱管都利用了毛細作用。

違反直覺的“旋轉”，在地球上也有實現的可能

在太空中，旋轉的T字形扳手在沒有外力幹擾的情況下，會自己掉頭翻轉。這個“會調頭的扳手”讓觀衆倍感神奇。

“在失重且沒有外力幹涉的環境下，空間站裡的物品會飄在半空中，沿着最初旋轉它的主軸一直保持翻轉。”李晉斌告訴記者，這種看上去“約定俗成”的規律，在1985年被蘇聯航天員賈尼别科夫發現了“例外”。他在空間站維修過程中，偶然發現自己擰下的螺母，并沒有按照他既往預想中的那樣進行旋轉，而是在旋轉的過程中忽然倒轉了180度，然後繼續翻轉，并在接下來的一段時間内繼續旋轉180度，周而複始。這個現象就以他的名字被稱為賈尼别科夫現象。旋轉的T字形扳手會自己掉頭翻轉就是一種賈尼别科夫現象。

事實上，賈尼别科夫現象在地面也可以實現。1991年，有科學家用網球拍做了定量實驗，分别使網球拍沿着與手柄所在的直線重合的軸、平行于球拍網格面與手柄所在的直線垂直的軸和垂直于球拍網格表面的三條旋轉軸對其進行抛擲，隻有在第二種情況，網球拍會自己在空中又轉動半圈，從而使拍面發生變化。

正如旋轉的不同扳手、網球拍不同軸，有時出現賈尼别科夫現象，有時不出現賈尼别科夫現象，這個效應與物體質量分布、旋轉方式有着很大關系。

就是這麼一個違反直覺的現象，曾經把人類吓得不輕。當我們從太空遙望地球，那麼地球是懸浮在失重的太空中的，并且也繞着自轉軸不停地在旋轉。那麼地球會不會天宮課堂的扳手一樣發生180度的旋轉呢？事實上，地磁南北極的确不是固定不動的，在過去的45億年裡地磁的南北極出現過多次翻轉。科學家研究表明，以地球目前在太空旋轉方式，并不會出現“賈尼别科夫效應”現象，所以地磁場翻轉另有原因。

研究拟南芥的太空生長，可以幫助科研人員“舉一反三”

在這堂課中，航天員還曬出了自己在太空中種下的水稻和拟南芥，并與地球上的同學們進行了“天地共播一粒種”對比。空間站裡的水稻和拟南芥究竟肩負着什麼樣的科研使命？

南京大學生命科學學院孫博教授告訴記者，拟南芥在植物世界裡的“地位”，類似于動物實驗中的“小白鼠”，因為生長周期短、基因組小的特點，成為了植物世界裡“模式植物”的代表之一。“拟南芥是地球上最早被完全測序的植物，全世界的科學家對于拟南芥的研究相對比較深入一些。因此，通過拟南芥的培育，可以了解其他植物生長發育的特點。”

孫博教授告訴記者，相對于模式植物拟南芥，小麥、水稻等地球上常見的糧食作物基因組會複雜一些，了解了拟南芥在空間站生長的各項指标，可以對水稻、小麥等作物在太空中的培育有借鑒作用。

在地球上，拟南芥适合在北溫帶地區生長，如中國的華東、西北等地區，在江蘇的野外也有發現；同時，拟南芥對于生長的溫度、營養、光照都有一定的要求，得在十幾攝氏度到二十幾攝氏度的生長環境中成長，太冷或者太熱都長不出，普通的“水培”方式長出來也不會很好，營養一定得充足。

鍊接：航天員們首次在中國空間站實驗艙開課

第三次的“天宮課堂”也是航天員們首次在中國空間站實驗艙開課。前兩次“天宮課堂”，神舟十三号的航天員都是在天和核心艙内授課。自6層高的問天實驗艙上天後，航天員就有了自己的豪華實驗室。據了解，問天實驗艙組裝了生命生态實驗櫃、生物技術實驗櫃等各個科學實驗櫃，還有科學手套箱、低溫存儲櫃等科學實驗設施。科學手套箱為我們提供了一個密閉潔淨的操作空間，讓我們的實驗更加便捷可控，未來問天艙内還将安裝一台靈巧機械臂和一套顯微操作系統，在它們的共同配合下，就可以給細胞做手術、穿刺，操作精度可以達到5微米。

揚子晚報/紫牛新聞記者 楊甜子

校對 盛媛媛