航天員在太空授課!

據(jù)中國載人航天工程辦公室消息，北京時(shí)間2021年12月9日15:40，“天宮課堂”第一課正式開講，時(shí)隔8年之后， 中國航天員再次進(jìn)行太空授課?！疤战處煛钡灾緞?、王亞平、葉光富在中國空間站為廣大青少年帶來了一場精彩的太空科普課，這是中國空間站首次太空授課活動。

在約60分鐘的授課中，神舟十三號飛行乘組航天員翟志剛、王亞平、葉光富生動介紹展示了空間站工作生活場景，演示了微重力環(huán)境下細(xì)胞學(xué)實(shí)驗(yàn)、物體運(yùn)動、液體表面張力等神奇現(xiàn)象，并講解了實(shí)驗(yàn)背后的科學(xué)原理。授課期間，航天員通過視頻通話形式與地面課堂師生進(jìn)行了實(shí)時(shí)互動交流。

圖源：央視新聞

此次太空授課活動進(jìn)行了全程現(xiàn)場直播，在中國科技館設(shè)地面主課堂，在廣西南寧、四川汶川、香港、澳門分設(shè)4個(gè)地面分課堂，共約1420名中小學(xué)生代表參加現(xiàn)場活動。

授課活動由中國載人航天工程辦公室聯(lián)合教育部、科技部、中國科協(xié)、中央廣播電視總臺共同主辦，中國科技館及載人航天工程相關(guān)參研參試單位提供支持。后續(xù)，“天宮課堂”將持續(xù)開展太空授課活動，積極傳播載人航天知識和文化，持續(xù)開展形式多樣、內(nèi)容豐富的航天科普教育。

劃重點(diǎn)！太空授課背后蘊(yùn)含了這些知識點(diǎn)！

12月9日，中國空間站階段的首次太空授課以天地互動的方式，在中國空間站和設(shè)在中國科技館的地面主課堂，以及設(shè)在廣西南寧、四川汶川、香港、澳門的地面分課堂同步進(jìn)行。神舟十三號乘組三名航天員翟志剛、王亞平、葉光富演示了失重環(huán)境下細(xì)胞學(xué)實(shí)驗(yàn)、物體運(yùn)動、液體表面張力等現(xiàn)象，共進(jìn)行了8項(xiàng)太空授課項(xiàng)目。

天宮課堂的首次開課為何選擇這些項(xiàng)目作為授課內(nèi)容？每一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)背后又蘊(yùn)含著什么知識點(diǎn)？《環(huán)球時(shí)報(bào)》記者就此采訪參與了此次太空授課“備課”過程的科普專家。

太空轉(zhuǎn)身 知識點(diǎn)：角動量

在9日進(jìn)行的太空授課中，三位航天員首先為大家展示了在太空中轉(zhuǎn)身的神奇現(xiàn)象。這個(gè)原本在地面上難度系數(shù)為零的普通動作，在太空中卻隱藏著很高的物理知識。

中國科技館科普講師團(tuán)副團(tuán)長陳征告訴《環(huán)球時(shí)報(bào)》記者，太空轉(zhuǎn)身實(shí)驗(yàn)的核心關(guān)鍵詞叫做角動量。角動量是描述物體轉(zhuǎn)動的物理量。這個(gè)試驗(yàn)所展現(xiàn)的是在微重力的環(huán)境中，航天員在不接觸空間站的情況下，類似于理想狀態(tài)下驗(yàn)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(zhuǎn)動時(shí)，按照角動量守衡的原則，下半身就會向右轉(zhuǎn)。

另一個(gè)動作是航天員伸展身體的時(shí)候，因?yàn)橘|(zhì)量分布得離旋轉(zhuǎn)軸比較遠(yuǎn)，轉(zhuǎn)動慣性比較大，所以角速度就減慢，通俗地說就是轉(zhuǎn)得慢了。而當(dāng)把四肢收回時(shí)，轉(zhuǎn)動慣性小，角速度就會增加，直觀感受就是轉(zhuǎn)動速度變快了。

浮力消失實(shí)驗(yàn) 知識點(diǎn)：浮力與重力伴生

在很多科幻電影中都曾出現(xiàn)過這樣的鏡頭：一旦重力消失，浮力也就沒了，人們在游泳的時(shí)候都會變得更艱難。太空老師王亞平所開展的浮力消失實(shí)驗(yàn)，展現(xiàn)的就是這一現(xiàn)象。

陳征告訴《環(huán)球時(shí)報(bào)》記者，這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)所展現(xiàn)的是浮力和重力伴生的現(xiàn)象。浮力來源于重力引起的液體在不同深度的壓強(qiáng)差。當(dāng)重力消失時(shí)，液體內(nèi)部壓強(qiáng)相同，浮力也就消失了。不過地球表面難以讓浮力消失，這個(gè)試驗(yàn)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(guān)系就可以非常清楚地顯現(xiàn)。

水球光學(xué)實(shí)驗(yàn) 知識點(diǎn)：凸透鏡成像原理

航天員葉光富所展示的太空水球光學(xué)實(shí)驗(yàn)，則同時(shí)展現(xiàn)了三個(gè)物理原理。

陳征介紹稱，當(dāng)航天員往水球中打入一個(gè)氣泡，因?yàn)樵谔罩懈×σ呀?jīng)消失了，所以氣泡不會向上飄，而是老老實(shí)實(shí)待在水球中，水球因此被氣泡變?yōu)榱藘刹糠?，中間是空氣，氣泡周圍是水。這個(gè)時(shí)候整個(gè)水球就變成了兩個(gè)透鏡，外圈成為了一個(gè)凸透鏡，所以呈現(xiàn)出一個(gè)倒立的像，內(nèi)圈相當(dāng)于變成了兩個(gè)凹透鏡的組合，這個(gè)時(shí)候又出現(xiàn)了一個(gè)正立的像。因此可以在水球中同時(shí)看到一正一倒的兩個(gè)像。

這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)其實(shí)體現(xiàn)了三個(gè)物理現(xiàn)象，首先就是在失重環(huán)境下，水滴會在表面張力的作用下收縮成一個(gè)接近完美球體的水球，而在地面上，因?yàn)槭苤亓τ绊?，水滴呈現(xiàn)為水滴形，幾乎不可能獲得一個(gè)完美的水球。其次，就是這個(gè)水球可以被看成是一個(gè)凸透鏡，如果你站在這個(gè)凸透鏡的兩倍焦距以外，就看到的就是一個(gè)倒立的實(shí)像。最后，就是在水球中打入一個(gè)氣泡，因?yàn)樘罩懈×ο?，這個(gè)氣泡不會飄出來，它就老老實(shí)實(shí)的待在里邊。

這個(gè)實(shí)驗(yàn)在地面上其實(shí)可以通過玻璃去模擬，但是肯定沒有水球呈現(xiàn)的效果好。

泡騰片實(shí)驗(yàn) 知識點(diǎn)：微重力環(huán)境

航天員所進(jìn)行的泡騰片實(shí)驗(yàn)，是本次太空授課中的一項(xiàng)趣味性實(shí)驗(yàn)。

陳征介紹，在地面環(huán)境中，將泡騰片扔進(jìn)水球里，就能看到氣泡上浮，可在中國空間站的失重環(huán)境中，因?yàn)楦×Φ南В蒡v片扔進(jìn)水中的產(chǎn)生的氣泡不再上浮，而是相互擠壓，最后就會形成一個(gè)很有意思的樣子，這個(gè)水球也會被氣泡撐得更大，就能看到水球一點(diǎn)點(diǎn)膨脹的效果。

因?yàn)榭臻g站和地面最大的不同就是空間站是微重力環(huán)境，但是微重力環(huán)境對常人而言只是一個(gè)名詞，通過這些實(shí)驗(yàn)大家就能夠知道微重力環(huán)境下，許多物理現(xiàn)象和地面環(huán)境有所不同了。

陳征表示，這一次太空授課之所以選擇這幾項(xiàng)物理實(shí)驗(yàn)，是基于多方面的考慮，首先是從安全的角度而言，太空授課所開展的試驗(yàn)一定是要在保障中國空間站正常運(yùn)行的情況下進(jìn)行的，因?yàn)橹袊臻g站是一個(gè)全新的空間站，航天員有許多的工作需要做。所以太空授課的試驗(yàn)首先一定是確保安全，這是壓倒一切的準(zhǔn)則。

其次是從教學(xué)的角度而言，天上和地下有著明顯的區(qū)別，所以需要挑選一些能夠看出明顯的天地差異的試驗(yàn)項(xiàng)目，這樣才能讓大家直觀能夠感受到空間站太空環(huán)境和地面環(huán)境的不同

最后是希望太空授課的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和過程不會對航天員造成過重的負(fù)擔(dān)。因?yàn)楹教靻T在空間站的工作非常繁忙，工作量非常大，太空授課的內(nèi)容，操作不應(yīng)太復(fù)雜，應(yīng)該盡量簡便，能快速展現(xiàn)效果，不能消耗過長的時(shí)間，更不能加大航天員的工作壓力。

在太空授課之后，三位航天員授課的內(nèi)容是否有望成為未來考試的重大考點(diǎn)，也引起諸多遐想。對此，陳征表示，并不希望去進(jìn)行這樣的延伸。航天員的太空授課內(nèi)容，對孩子而言是一種啟發(fā)，就是希望用實(shí)驗(yàn)的方式，用天地互動的方式，去激發(fā)孩子們的好奇心，起到一個(gè)引領(lǐng)的作用，這也是這次太空授課很重要的作用。

“它并不是單純的灌輸知識，在看完這些實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容后還可以讓孩子們自己再去探索還會發(fā)生什么，讓孩子們在地面上去嘗試更多可能的方案。讓孩子們?nèi)チ私膺@背后更深層次的東西。天宮課堂是一個(gè)主課堂，地面上還有千千萬萬個(gè)子課堂，這些子課堂還可以去延展這些內(nèi)容，就會取得一個(gè)非常有意思的效果，我特別喜歡這樣一個(gè)形式?！标愓鞣Q。

環(huán)球時(shí)報(bào)—環(huán)球網(wǎng)記者 樊巍