离开重力,空间站里的蜡烛火焰变成球形的。 据新华社
在约48分钟的授课中,“博士乘组”——神舟十六号航天员景海鹏、朱杨柱、桂海潮生动展示介绍了空间站梦天实验舱工作生活场景,演示了球形火焰实验、奇妙“乒乓球”实验、动量守恒实验以及又见陀螺实验,并生动讲解了实验背后的科学原理。授课期间,航天员通过视频通话形式与地面课堂师生进行了实时互动交流。
本次授课活动分别在北京、内蒙古阿拉善盟、陕西延安、安徽桐城及浙江宁波设置了5个地面课堂,约2800名学生代表参加了现场活动。
上课先逛“新教室”
揭秘梦天实验舱
一上课,景海鹏就担任摄像师,通过镜头介绍梦天实验舱这间“新教室”。
与问天实验舱不同,梦天实验舱内没有设置睡眠区、卫生区等。它的气闸舱也不是用于航天员出舱活动,其配备的载荷转移机构像一辆摆渡车,可以与舱外机械臂配合,接送货物自动进出舱,还能从空间站向太空释放微小卫星。
在朱杨柱和桂海潮的引领下,镜头聚焦核心区域,两相系统实验柜、流体物理实验柜、在线维修装调实验柜等多台空间科学实验柜逐一露脸。
与地面不同,“新教室”里的科学装置不全是“站”在地面上的,而是360度摆放。朱杨柱诙谐地把它比作“太空炼丹炉”,其炉温可以高达1600摄氏度,可以开展各种新型材料的研究制备。
“炼丹炉”附近,还有一台超冷原子物理实验柜。它可以创造接近绝对零度的超低温,会显现肉眼可见的宏观量子现象,帮助我们探索量子力学的奇异世界。
就在航天员讲解的同时,他们脚下的航天基础实验柜中,正在进行微藻的培养与熟化、液态金属空间热管理等5项实验。朱杨柱特别介绍了微藻实验,它主要是探索在失重环境下微藻的长期培养,开展微藻食品的原位加工等研究,“这是我们面向未来星际航行的一次非常有益的尝试和探索。”
太空点蜡烛
火焰是球形的
桂海潮在轨演示火焰实验,离开重力,在空间站里的蜡烛火焰是球形的,好像日出!
“在空间站,微重力环境几乎消除了浮力对流,燃烧后的气体向各个方面运动的趋势相同,因此不管蜡烛的方向朝向哪儿,火焰都近似球形。此外,空间站蜡烛燃烧不如地面蜡烛充分,温度更低。”桂海潮解释了这种差异背后的科学原理。
在太空用水珠
打“乒乓球”
航天员们在空间站进行了一场“乒乓球友谊赛”,使用普通球拍时,水球被粘在球拍上；使用毛巾加工成的球拍,水球不仅没有被吸收,反而弹开了。比赛结束后,太空乒乓球赛专用水球被航天员一口吞掉。
这又是什么原理?“毛巾具有一定的疏水性,水就不会被吸入纤维内导致蒸发缓慢,而是待在纤维表面或被挤压到纤维之间。”北京交通大学物理科学与工程学院副教授陈征解释道,生活中常见的冲锋衣、速干衣等面料,都使用了类似的工艺,如果纤维间的空隙大于水分子的尺寸,就能做到透气又速干。
“弹球”实验
背景网格布有大用
随着课程深入,实验也从现象观察层面,逐步深入到定量探究。“博士乘组”给梦天气闸舱舱门贴上了一米见方的标准网格布,进行动量守恒验证实验。桂海潮瞄准一个静止的钢球,抛出手中的钢球,在网格布的衬托下,两球碰撞后的轨迹、速度一目了然。
这个看似简单的实验,其背后大有深意。北京交通大学物理科学与工程学院副教授陈征解释道,碰撞现象在生活中极为常见,但大家或许意识不到的是,现代物理学中最基础的动量、动能、力等概念,都是科学家在对碰撞问题的研究基础上建立的。
“在碰撞实验的背景上加挂网格布,这个建议是我提出的,很荣幸得到了采纳。”陈征说,有了可参照的背景,低龄的孩子能更清晰观察到碰撞现象,高年级学生则可以从中获得位置信息,这就是从定性走向定量。对物理教师来说,这段视频也能成为日后课堂教学的素材。
陀螺辅助
再现“太空转身”
在此前的“天宫课堂”中,神舟十三号乘组航天员叶光富抡起手臂转动,带动整个身体在空中旋转起来。这次,桂海潮打算用陀螺辅助,再现“太空转身”。
这个陀螺可以纵向旋转,两侧均有握柄,飘在空中的桂海潮先握住静止的陀螺,左右手交替抬高、放下,身体姿态并没有变化。而当朱杨柱让陀螺快速转动起来后,再做出同样动作的桂海潮,身体明显发生了转动,这背后体现的是角动量守恒原理。
空间站就是用同样的原理在太空“转身”。“同学们可以把我的身体想象成空间站,把双手和手中的陀螺,看作空间站使用的一种特殊装置——控制力矩陀螺。”桂海潮说,这个装置能实现“四两拨千斤”,仅需总重量几百公斤的陀螺,就能让重达近百吨的空间站,在太空中轻松自如地转身。
与学生互动:
遇到太空垃圾咋办
此外,授课期间,航天员还与地面课堂师生进行了实时互动交流,并进行了答疑。
有学生问:在空间站里看太阳、地球是什么感受?
朱杨柱回答:从空间站看地球,比在飞机上看起来更加辽阔、更加壮观。在空间站看太阳则要格外注意。没有了大气层的遮挡和衰减,阳光会变得特别强烈、耀眼。出舱活动时,航天员在阳照区必须使用特殊的防护面窗,也就是一个“墨镜”,防止眼睛被灼伤。
有学生问:在没有参照物的太空,空间站怎么定位?
桂海潮回答:空间站上安装有特殊的敏感器,包括地球敏感器、太阳敏感器、星敏感器等,它们就像一双双敏锐的“眼睛”,帮助空间站确定姿态。同时,我国的北斗卫星定位系统也能为空间站“指路”。
在空间站执行任务时,能看到太空垃圾吗?
景海鹏回答:我们经常透过空间站的舷窗去看,甚至还用望远镜去找,不过到目前为止,还没有发现太空垃圾的踪影。我们的科技人员会采取科技手段,时刻紧盯太空垃圾的一举一动,一旦对空间站有威胁,就会通过轨道机动等措施进行主动规避。同时,空间站也安装了一些特殊的防护装备。
随着天宫课堂的开讲,相关话题也迅速冲上热搜。有网友表示“好神奇,让小朋友多看看。”“跟着孩子们一起学起来!”还有网友表示,“看完后,憧憬将来有一天到空间站试试……”
据新华社、北京日报、央视新闻、中新社等
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