頂端新聞·河南商報首席記者 韓忠林 記者 楊曉妍 實習生 張嘉琦

10月12日，陳冬、劉洋、蔡旭哲等三名航天員，将為大家帶來第三節天宮課堂，趣味、精彩的内容值得期待。

2013年首次太空授課至今已過去将近10年，中國航天技術不斷取得突破，在此基礎上，中國航天員多次擔任“太空教師”，為全國人民帶來富有科學色彩的太空授課，并形成了别具一格的太空科普教育品牌“天宮課堂”。

太空授課為無數孩子插上了夢想的翅膀，助力着人類在征服星辰大海的道路上厚積薄發。

2013年太空授課。 資料圖

第一次太空授課，已過去近10年

“大家好，我是王亞平，本次授課由我主講……”2013年6月20日，親切的聲音從距離地面300多公裡的天宮一号實驗艙傳來。

航天員王亞平在聶海勝、張曉光協助下首次進行太空授課，這堂課曆時約50分鐘。

此次太空授課主要面向中小學生，“太空教師”演示了質量測量、單擺運動、陀螺運動、水膜與水球制作等實驗，讓孩子們了解失重條件下物體運動的特點、液體表面張力的作用，加深對質量、重量以及牛頓定律等基本物理概念的理解。

質量測量

重力是由地球的吸引造成的，失重的太空怎樣稱質量?太空中稱重設備利用的原理是什麼?太空教師王亞平告訴我們，用“彈簧-凸輪”機構産生的恒定力和光栅測速系統測出身體運動的加速度，根據牛頓第二定律(f=ma)就算出了身體的質量。

單擺運動

在地面上，支架上的細繩拴着一顆小球構成一個單擺系統。将小球拉起後放手，小球開始往複擺動，運動周期與細繩長度、重力加速度有關。最終，小球在空氣阻力作用下停止擺動。

但在太空中沒有重力影響，不産生擺動;如果給小球一個較小的初始速度，小球便可繞着支架軸做圓周運動，但在地面上需要足夠大的初速度才能實現。

陀螺運動

高速旋轉陀螺的自轉軸軸向在慣性空間中會保持不變。太空中，用手觸碰高速旋轉的陀螺和靜止的陀螺，高速旋轉的陀螺雖然會産生輕微晃動，但其自轉軸的軸向保持不變，而靜止的陀螺則會發生翻滾。因高速旋轉的陀螺具有很好的定向性，航天器可以采用陀螺儀來進行空間定向。

制作水膜與水球

作用于液體表面、使液體表面積縮小的力，叫液體表面張力。金屬圈插入水袋後形成的水膜不會破碎，往水膜表面貼上“中國結”，水膜依然完好。這是在太空失重環境下液體表面張力特性突顯的結果。

向水膜注水，水膜很快變成一個晶瑩剔透的大水球。這樣完美的球形隻可能存在于微重力環境中，因為在地面上液體表面張力難以抗衡地球引力的影響，水球必然發生形變。

此次太空授課距今已過去近10年。當年全國有6000餘萬中小學生觀看授課直播，如今他們已經長大，航天夢的種子也在他們心中茁壯成長。

“有很多孩子因此喜歡上了航天，也有孩子因此報考了航天專業，甚至有的孩子現在已經成為我的同事，這也是讓我非常驕傲和自豪的地方。”王亞平在采訪中曾說。

2021年太空授課。 資料圖

中國首個太空科普教育品牌“天宮課堂”推出

随着中國空間站長期在軌運行，2021年，中國首個太空科普教育品牌“天宮課堂”系列化推出，由中國航天員擔任“太空教師”，采取天地協同互動方式開展。

2021年12月9日15時40分，“天宮課堂”第一課開講，由神舟十三号上的“太空教師”翟志剛、王亞平、葉光富在中國空間站進行授課。

本次授課在中國科技館設置地面主課堂，在廣西南甯、四川汶川、香港、澳門設置地面分課堂。

首次“天宮課堂”項目包括航天員在軌工作生活場景展示、太空細胞學研究實驗展示、太空轉身、浮力消失實驗、水膜張力實驗、水球光學實驗、泡騰片實驗、天地互動交流等八項。

太空細胞學研究實驗

将細胞置于有重力或完全失重的情況下，細胞的生長形态會有所差異。

活的心肌細胞在生命活動過程中會産生生物電，生物電會激發熒光顯微鏡中的熒光物質，通過顯示屏就可觀察到熒光現象。心肌細胞具有自動節律收縮的特性，所以顯微鏡下可以觀察到它們有節律地跳動。

而在太空，其功能和基因表征都會出現變化，當回到地面後，基因表征基本又會退回到地面狀态，但依然有些基因的表征會發生改變。

太空轉身

轉身，這個在地面上難度系數為零的普通動作，在太空中要實現，一側手臂需要畫圈。身體旋轉時，手臂收回旋轉速度會變快。

微重力的環境中，航天員在不接觸空間站的情況下，類似于理想狀态下驗證“沒有外力矩，物體會處于角動量守恒”。航天員上半身向左轉動時，按照角動量守衡的原則，下半身就會向右轉。

當航天員伸展身體的時候，因為質量分布得離旋轉軸比較遠，轉動慣性比較大，所以角速度就減慢，通俗地說就是轉得慢了。而當把四肢收回時，轉動慣性小，角速度就會增加，直觀感受就是轉動速度變快了。

浮力消失實驗

在地面上，乒乓球放入水裡，會浮到水面上，那麼在太空中做同樣的實驗乒乓球“浮不浮”?答案是：不浮!

這項實驗所展現的是浮力和重力伴生的現象。浮力來源于重力引起的液體在不同深度的壓強差。當重力消失時，液體内部壓強相同，浮力也就消失了。不過地球表面難以讓浮力消失，這個試驗很難直觀地展示出來。在空間站的微重力條件下，浮力和重力之間的伴生關系就可以非常清楚地顯現。

水膜張力實驗

王亞平将她和女兒在地球上制作的花朵折紙放進水膜，美麗的花朵瞬間綻放。在地面上，水滴中液體表面張力受到地球引力的影響，實驗效果表現不明顯;在太空失重環境中，水膜表面的水分子切面上隻有一個液體表面張力的作用，水滴呈現球形，當花朵貼近水膜表面時，花朵在水膜表面張力作用下而逐漸展開。

水球光學實驗

往水膜裡注入水，就得到了一個水球，接着往水球中注入一個氣泡，透過水球和氣泡能看到一正一反兩個像。

在地面上，水珠受到地球引力作用，呈現上小下大形狀。在太空中，由于微重力環境，水珠在表面張力作用下呈現透明圓球，球形水珠相當于兩個組合在一起的凸透鏡，光線通過它發生兩次折射，從而形成一個倒立的人像;當在水球中注入一個氣泡時，光線通過它發生四次折射，從而在形成一正立的人像，其中倒立的像是光線在水球中兩次折射的結果，正立的像是光線射入氣泡四次折射的結果，這都是光的折射原理引起的光學現象。

泡騰片實驗

在地面環境中，将泡騰片扔進水球裡，就能看到氣泡上浮，但在中國空間站的失重環境中，因為浮力的消失，泡騰片扔進水中的産生的氣泡不再上浮，而是相互擠壓。水球也會被氣泡撐得更大，能看到水球一點點膨脹的效果。

2022年太空課堂。 資料圖

今年三月，“天宮課堂”第二課如約而至

2022年3月23日，“天宮課堂”第二課如約而至。“太空教師”依然由神舟十三号乘組航天員翟志剛、王亞平、葉光富擔任，在中國空間站進行授課。

此次太空授課，在中國科技館設地面主課堂，在西藏拉薩、新疆烏魯木齊設2個地面分課堂。

在約45分鐘的授課中，“太空教師”在軌演示了太空“冰雪”實驗、液橋演示、水油分離、太空抛物等實驗。

太空“冰雪”實驗

輕輕擠壓裝有過飽和醋酸鈉溶液的水袋，一顆有水泡的液體球慢慢從管口“跑”了出來，并懸停在空間站艙内。随即用沾有粉末的小棒觸碰液體球後，帶水泡的液體球開始“結冰”。

在地面上，利用飽和液體結晶是分離和提純固體物質的一種方法。沾有粉末的小棒充當了凝結核的角色，而小晶體也開始迅速凝結，并且帶着水分子一起結晶，形成水合醋酸鈉的晶體，同時還會釋放出大量熱量。

液橋演示

液橋是連接着兩個固體表面之間的一段液體。在液橋演示實驗中，王亞平手持兩片透明的塑料闆，葉光富向塑料闆表面分别擠上水，兩片塑料闆逐漸接近，水便在闆間連起了一座“橋”。神奇的是，随後王亞平雙手将塑料闆輕輕拉扯，“橋”依舊也沒斷開。而液體表面張力很弱，在地面上，重力會把液體拉得向下墜，很難實現液橋現象。

水油分離

地面上，水和油混合後自然分層，油在上水在下，那麼在空間站裡，水和油會自然分層嗎?答案是：不會。

在相同體積的情況下，水的密度大于油，水的質量更大。根據向心力公式F=mrw2，當角速度w和半徑r相同時，質量m大，水滴需要的向心力越大，即等效的離心力也就越大，所以質量更大的水被甩到了瓶底。水和油實現了分層。

太空抛物

在太空抛物實驗中，頂流“冰墩墩”亮相，王亞平和葉光富依次将“冰墩墩”抛出，它并沒有随着抛物線的軌迹掉落，而是沿原有方向勻速前進。這是因為在空間站艙内，物體幾乎不受重力作用，不論往哪個方向抛，幾乎都可以看作是勻速直線運動，因為物體隻受到微弱的空氣阻力作用，速度方向和大小的變化都很微小。

太空授課為孩子們插上夢想的翅膀

星辰大海永不止步，叩問蒼穹薪火相傳。這一步步“天路”，背後都是一代代航天人的智慧和心血。“天宮課堂”為孩子們講述的不僅是科學實驗的知識點，更是探索未知的航天精神。

王亞平曾在采訪中表示，太空授課開創了我們國家科普教育和中小學教育的新模式和新方法，可以說到目前為止是世界上受衆最廣，規模最大的，授課時間最長的一次科普教育直播活動。

三次太空授課激發了無數孩子心中對科學的熱情，對研究探索的興趣，對追逐夢想的勇氣。孩子們相信，正如航天員王亞平老師所說，“夢想就像浩瀚宇宙中的星辰，看似遙不可及，但隻要努力和堅持，就一定能觸摸到。”

空間站作為國家太空實驗室，也是重要的太空科普教育基地，蘊含着得天獨厚的豐富教育資源，對激發社會大衆特别是青少年弘揚科學精神、熱愛航天事業具有特殊優勢。

神舟十四号飛行乘組将于10月12日繼續開展“天宮課堂”。據中國載人航天工程辦公室，航天員在空間站上飛行的過程中，與地面進行互動交流、開展一些科普活動，這以後是會常态化的。