天宮課堂第二課開講內容

更新：2023-09-13 11:50:50 高考升學網

3月23日，神舟十三號乘組在太空完成了“天宮課堂”第二課。本次太空授課活動繼續采取天地對話方式進行，由航天員在軌演示了太空“冰雪”實驗、液橋演示實驗、水油分離實驗、太空拋物實驗，介紹并展示了空間科學設施。首先我們先來看一段剛才太空“冰雪”實驗的畫面。

太空“冰雪”實驗

地面還原太空冰雪實驗——原來“太空冰雪”是這樣的

在剛才的節目里我們看到，我們看到太空演示失重狀態下的太空“冰雪”實驗，飽和液體結晶現象十分明顯。那么，很多人可能就會有這樣一個疑問，這些實驗在地面有重力的情況下能夠完成嗎？今天的節目，我們將重點關注在太空完成的實驗，在地面呈現是一個什么樣的效果？

總臺央視記者李寧：好，那我們現在就來到了中科院物理所，我們現在就從第一個開始，太空“冰雪”實驗，這是一個什么實驗呢？

中國科學院物理研究所博士研究生白睿：太空“冰雪”實驗是在失重狀態下一個飽和溶液結晶的過程。所以我們如果說要在地面上去呈現這種結晶的話，因為地面上有重力存在，所以說我們沒有辦法讓它懸浮在空中，我們只能用一個容器。

天宮課堂第二課開講內容

我們知道，往溶劑里加入可溶物質，加到不再溶解就得到了飽和溶液。但是如果把這個飽和溶液加熱的話就可以進一步溶解更多物質，這個時候就得到了過飽和溶液，那一旦溫度降低，過飽和的那部分就會結晶。而純凈的過飽和無水醋酸鈉溶液即便冷卻下來也不會馬上結晶，王亞平老師展示太空“冰雪”實驗所用到的道具就是它。

中國科學院物理研究所博士研究生白睿：它是一個過飽和的醋酸鈉溶液，我們去制備它的時候，是先要給它加熱，然后讓它溶入更多的醋酸鈉的顆粒，然后再把它冷卻下來之后，現在是它處于一個這種亞穩態的狀態，稍微給它一點擾動，它就會迅速地結晶。

我們嘗試一下看看能不能行。這是一個玻璃棒，其實玻璃棒的加入就是給它一個擾動，然后給它一個擾動之后，它就會迅速地結晶，然后就恢復到他的一個最穩定的狀態。直接往里面一放，應該就可以開始。

“液橋”是座什么“橋”？

在太空中，亞平老師給我們做的第二個實驗是液橋演示試驗。那“液橋”是座什么橋呢？給大家通俗的解釋下，液橋就是連接著兩個固體表面之間的一段液體，之所以被稱為液橋，是因為“橋”字有連接兩地的含義。接下來繼續跟隨總臺央視記者，來看在地面做液橋實驗和我們太空中有何不同。

總臺央視記者李寧：其實液橋在我們日常生活中非常普遍的，你比如說我現在把兩個手指頭放到水杯里，這就是一個簡單的液橋。

中國科學院物理研究所博士研究生翟燕妮：對是一個很短的液橋。其實液橋實驗的原理是（液體）表面張力，所以我們在地面和在太空上看到的現象是完全不同的。

太空液橋實驗片段

物體處于“漂浮”狀態，地面上只能形成的小液滴，到了空間站便可以形成大的液球，這是因為重力消失后，表面張力的作用。而在正常重力環境下，表面張力減弱，要想形成大的液橋，就需要借助高壓電源來完成。

中國科學院物理研究所博士研究生翟燕妮：我們現在給這兩杯最普通的純凈水接上了兩個電極，然后我們把高壓電打開之后。

這個是我們在地面通過高壓電，然后實現了液橋的這樣一個效果。

水油分離實驗+平拋實驗：展示太空微重力環境

在今天的太空授課中，還有兩項實驗，分別是水油分離實驗和太空拋物實驗，這兩個實驗在地面上到底能不能實現呢？

總臺央視記者李寧：我們看亞平老師在太空中做的水油分離，它一攪拌以后水和油基本上看不出來了。

中國科學院物理研究所博士研究生翟燕妮：對，均勻地混合看起來就像是加引號的溶解一樣。其實是因為在太空當中浮力會消失，浮力消失之后，水和油就不會出現像在地面上的這種分層現象，所以油可以以一種很小的液滴的形式和水進行一個均勻的混合，看起來就好像是溶解了的樣子。

同樣，太空拋物實驗在地面上和太空中也完全不一樣。

總臺央視記者李寧：我們在做的實驗就是太空拋物實驗。在太空中我們看到亞平老師冰墩墩扔出去以后，只要沒有外力的干擾，它理論上會一直飄下去，對吧？但是我們在地球上其實實現不了這樣一種效果，你即便是把奧運會的鉛球冠軍叫過來，他扔出一個東西，最終也會落到地面，這就是引力的作用，所以這個實驗在地球上無法實現。

為什么要做太空實驗？

通過對比，我們可以很明顯地看出，在地面還原太空實驗，不僅難度大而且效果也遠不如太空那么酷炫，那我們為什么還要跑到太空去做實驗呢？

首先，太空環境可以提供長期的微重力實驗條件，可以揭示重力掩蓋下物質的特殊規律，比如由重力引起的浮力對流基本消失現象，沉淀和分層基本消失現象，這次太空中做的水油混合實驗就為了展示太空微重力環境。

中國科學院物理研究所研究員魏紅祥：在微重力環境下，比方說我們如果有幾種材料的話，它的摻雜更均勻，它不分層了，它之間結合的可能會更均勻更好，那么在這種情況下，它就會得出來一些結構更完美的這么一種材料。

在微重力條件下，樣品可以在懸浮的無容器條件下加工，為準確的材料熱物性測量提供了有利條件。

中國科學院物理研究所研究員魏紅祥：到目前為止，在空間站上我們還不太能做特別復雜的材料合成，應該是在地面上已經有一些我們心中比較有數了，那么拿到空間站之后再研究它一些比方說測量它一些性質，或者說是看看它在微重力無容器的環境下，會不會表現出來一些新奇的，我們在地面上看不見的這些性質和參數。比方說我們直接在上面進行新材料的探索，去生長組分更復雜的材料，這都是有可能的。

太空課表是如何誕生的？

我們可以看到，太空實驗可以說是和我們的生產生活還是息息相關的。那么很多人就會問到這么一個問題，每次太空授課的課表是如何誕生的呢？其實每一次的太空授課內容，都是專家團隊經過深思熟慮精挑細選出來的，原則就是要操作簡單，但要蘊藏豐富的科學知識。

中國科學技術館科技輔導員吳彥旻：很多小朋友們向我們直接寫了提議，但是我們經過了一個授課專家組的這樣的評選，評選的過程當中有幾個這樣的條件，第一個要可實施，因為空間站的環境是有它的特殊性的，第二個要夠安全。當然最重要的是這個實驗有意義，它能夠反映出我們這個國家太空實驗室的一些特征，這些特征讓公眾能夠理解為什么要去建設這樣一個空間站，建設這樣一個空間站可以帶來哪些方面的好處。

從天宮一號開始，王亞平已經進行過三次太空授課了，每一次的授課都需要專家組、航天員和運行保障團隊的密切配合，我們在畫面中看到的實驗非常完美呈現，但其實都需要綜合考慮很多因素才能最終確定實驗內容。

天宮課堂授課專家組成員北京交通大學副教授陳征：通過這些比較炫的實驗現象激發大家的興趣，這個是從對受眾的角度的。從太空授課本身的角度，其實還要考慮到安全性，還要考慮到我們的航天員的操作的難度等等。我們太空授課是至少有這么幾條，不能危及我們空間站的運行，實驗現象要和地面有明顯的差異，還不要給航天員有太多額外的負擔。

種菜、養魚哪些實驗成果將走進我們的生活？

無論是在太空授課還是科學實驗，其實最終的目的都是服務于人。也確實有非常非常多的太空科技已經運用到了我們的生活當中，比如說奧運會運動員身上的高科技比賽服、運動鞋；醫院里的核磁共振，還有大家最熟悉的，方便面里的脫水蔬菜包等等。說到吃，太空科技還給我們帶來了哪些口福呢？

截至目前，我國共開展了30余次植物種子、菌種、試管苗的搭載升空，培育出近千個航天育種新品系、新品種。

海南航天育種中心工程師姚彤：我們將這個種子通過返回式的航天器搭載上天，這個特殊環境是地面無法模擬的，多重的因素影響，咱們的植物的種子都會發生各種千奇百怪的變化，它是在果實的顏色、大小、形狀，還有它產量和抗病性上它都會有一些改變。

越來越多的太空實驗成果應用于科研生產生活的同時，也有一些地面上的研究項目在持續為人類未來在太空中長期生存做著努力。我國正在進行的月宮一號研究項目，就有望應用于未來空間站長期在軌運行以及載人登月、載人登火等項目的實施。

北京航空航天大學教授月宮一號總設計師首席科學家劉紅：它的目的就是為了能夠利用這樣一套系統來研究人類在地球之外，我們叫長期自制生存所需要的生命保障系統。

劉紅告訴我們，無論是未來載人登月、載人登火，抑或是目前在太空中運行的中國空間站，都需要保證人能夠在其中長期生活，對保障人類長期太空生存的生物再生生命保障系統進行提前研究，可以在未來盡量減少對地球補給的依賴。

北京航空航天大學教授月宮一號總設計師首席科學家劉紅：這個是一個前瞻性的技術，像我們的植物培養技術，以及廢物處理技術，都可以在不遠的將來用到空間站。

未來，在空間站養魚、種菜都將成為可能。除此之外，隨著中國空間站在今年建成，打造太空中最精準的時鐘、研制獨特的新型材料、尋找新的物理規律、探索人類如何在太空長期生存等一大批前沿科學實驗將陸續在“天宮”開展。