◎科技日報記者 劉園園 付毅飛
3月23日下午，“天宮課堂”第二課在中國空間站開講，神舟十三号乘組航天員翟志剛、王亞平、葉光富互相配合進行授課，在軌示範了太空“冰雪”實驗、液橋示範實驗、水油分離實驗、太空抛物實驗等一系列炫酷又好玩的實驗。
不僅好玩，這些實驗背後，藏着不少幹貨，來聽專家們怎麼解讀——
太空“冰雪”實驗
本次授課率先上場的還是王亞平老師。王老師利用過飽和乙酸鈉溶液，制作了一顆冰球。這個液體球，長得像冰球其實是熱球。
太空“冰雪”實驗實際上是空間站裡的無水醋酸鈉實驗。這種實驗在太空做和在地面做有什麼不同？
中科院實體研究所研究員、實體學會科普工作委員會主任魏紅祥分析，差別主要有兩點。
“首先是重力的環境，在空間站是微重力環境，在這種環境下，它的結晶狀況跟地面上差别還是挺大的。” 魏紅祥說。
魏紅祥介紹，其次就是容器的影響。空間站裡的太空“冰雪”實驗是沒有容器的，是一個圓球狀的，在這種情況下結晶是可以往外發展的；如果在容器裡面由于容器的限制，它隻能往内結晶，主要是差別在這兩點。
“在咱們空間站裡面就有無容器的材料櫃，其實容器對材料的生長影響還是挺大的，因為在材料生長的過程中，容器的形狀、表面的結晶度、表面的粗糙度，對晶格結構、缺陷、純度等都有很大影響。” 魏紅祥說。
魏紅祥補充說，特别是一些多元的合金，由于它的濃度不一樣，在地面上做的時候會分層。而在空間站做的時候，在微重力環境下，地面上的影響沒有了，如果再把容器的影響去掉的話，它就有可能長出純度更高，結晶度更高，結晶更好的材料。
液橋示範實驗
微重力環境下，液體的表面張力更加凸顯。天宮課堂的液橋示範實驗中，水在表面張力作用下将兩個塑膠闆連接配接起來，在太空可用液體搭一座橋。
“太空授課的液橋實驗非常生動直覺地展現出液體表面張力的特性。” 北京市第十三中學教師、天宮課堂地面總課堂授課老師李曉彤介紹，在地面上沒有辦法做出像空間站這麼大的液橋。
沒錯，空間站上的液橋實驗，跟地面上的液橋實驗也有不同之處。
天宮課堂授課專家組成員、北京交通大學副教授陳征解釋說，空間站上的液橋實驗是完全的表面張力的表現，而地面上的液橋實驗是引入了電媒體極化新機制，現象雖然看起來相似，但其實原理上并不相同。
“流體在現代生活當中其實是一個非常重要的組成部分。我們通過這樣一個表面張力的實驗，給大家更多關注和探讨流體的機會，對流體多一些了解。要知道解釋流體的納維爾·斯托克斯方程至今還是世界六大未解數學難題之一。” 陳征說。
中國科學院力學研究所康琦研究員介紹，微重力環境下的科學問題包括微重力流體、微重力燃燒、空間材料、基礎實體四大類，在空間站上做液橋實驗就是微重力流體研究範疇。
“微重力流體實體實際屬于流體實體的一個新興學科。”康琦透露，中國空間站核心艙布局了十幾個實驗櫃，其中兩個實驗櫃專門聚焦微重力流體科學。
太空抛物實驗
這次天宮課堂上，奧運頂流“冰墩墩”也高調亮相。它在空間站上被航天員抛出後，并沒有像在地面上那樣做曲線運動，而是水準飛出去了。
這個不難了解，畢竟在空間站微重力環境下，物體幾乎不受重力影響嘛。不過，這麼簡單的實驗為什麼要拿到空間站上去做呢？
“平抛運動在我們生活當中很常見，它看似簡單，但其中蘊含着非常豐富的科學道理。”天宮課堂地面總課堂授課老師、北京師範大學第二附屬中學實體教師張健說。
張健介紹，平抛運動指的是在不計空氣阻力的情況下，将物體以水準初速度抛出後，它在重力作用下的運動。
不妨來做這樣的思想實驗：如果我們在高山上來做平抛實驗，把物體抛出，它将落向地面；如果将物體抛出的速度變大，它将會落向更遠的地方。那麼，如果抛出的速度足夠大，它有沒有可能不落回地面，而成為環繞地球的一顆衛星呢？
“這個想法最早是由牛頓提出的，是以我們也把這個實驗叫做牛頓的‘高山大炮實驗’。” 張健介紹，利用中學實體知識就可以把這個“足夠大”的速度計算出來：大約8000米每秒。
“這個速度稱為第一宇宙速度，它是發射衛星的最小發射速度，也是在軌運作的所有衛星當中最大的環繞速度。我們的空間站運作速度接近第一宇宙速度。” 張健說。
飛天夢永不失重
科學夢張力無限
來源：科技日報 文中圖檔均來自央視新聞視訊截圖
編輯：王宇
稽核：朱麗 王小龍
終審：何屹