好久不見，冰墩墩去太空做助教了！天宮課堂四個實驗詳解

3月23日，神舟十三号乘組航天員翟志剛、王亞平、葉光富在中國空間站，跨越400公裡的距離進行“天地對話”，講授“天宮課堂”第二課。

這次，“太空教師”主要在軌示範太空“冰雪”實驗、液橋示範實驗、水油分離實驗、太空抛物實驗，并介紹與展示空間科學設施。

水球變“冰球”

王亞平“點水成冰”變魔術

首次“天宮課堂”上，王亞平利用固水環制作了水膜、水球，并開展了一系列實驗。而在第二堂課上，王亞平沒有再借助其他器具，取出水袋後直接輕輕擠壓，液體在管口出現結晶，經過處理後，王亞平再次擠出液體，液體球靜靜地懸停在空間站艙内。

接下來，奇妙的現象出現了，王亞平用蘸有粉末的小棒觸碰液體球後，它開始“結冰”！

實際上，王亞平制作的“水球”成分是過飽和的醋酸鈉溶液。将飽和醋酸鈉溶液加熱，它便有能力繼續溶解更多溶質，再将“加料”後的溶液冷卻，便得到了過飽和醋酸鈉溶液。此時，如果沒有新的溶質加入，它就會在水袋内穩定保持溶液狀态，平安度過飛船發射的震動，順利到達中國空間站。

但溶液并沒有表面看起來那樣平靜，隻需再加入一點點無水醋酸鈉粉末，“水球”便會從粉末所接觸的地方開始結晶，結晶過程中還會釋放熱量。是以，這個“冰球”其實是個“熱球”！

如果在地面進行這項實驗，過飽和溶液受到容器的限制隻能向内結晶。而空間站擁有微重力環境，溶液不需要容器盛裝就能在空中形成溶液球，進而觀察到不受地球重力影響的材料物性變化。

在空間站裡

用水造一座“橋”

在首次“天宮課堂”時，王亞平制作了一張漂亮的水膜，還将一朵與女兒一同制作的紙花放置在水膜上。在水表面張力的作用下，紙花沿着水膜表面慢慢綻放，成就了溫馨又經典的一幕。

這次，同樣是向孩子們展現水的表面張力，王亞平手持兩片塑膠闆，葉光富向塑膠闆表面分别擠上水，兩片塑膠闆逐漸接近，水便在闆間連起了一座“橋”，王亞平将塑膠闆的距離拉遠，“橋”也沒有斷開。這便是“液橋現象”。

其實在地面環境下，液橋也并不罕見。洗手時将兩根濕漉漉的手指貼合，再緩慢分開一小段距離，指間會出現一段小液柱，這便是液橋。不過，由于液體表面張力很弱，在正常的重力環境下，液橋的尺寸通常難以超過幾毫米。而在空間站微重力環境下，表面張力便能“大顯神通”，可以維持大尺寸的液橋不會垮塌。

冰墩墩亮相“天宮課堂”

沿着直線“飛”了出去

北京冬奧會吉祥物“冰墩墩”也亮相太空課堂，當起了“助教”。王亞平将可愛的“冰墩墩”吉祥物抛出，它并沒有像在地面上一樣掉落，而是沿着直線“飛”了出去。

這是空間站微重力環境最直覺的展現，但如此簡單的實驗，為何一定要帶到“天宮課堂”上？天宮課堂地面主課堂授課老師、北京師範大學第二附屬中學實體教師張健解釋道，簡單的平抛運動，在著名科學家牛頓的腦海裡被放大到宇宙尺度。既然在地面上抛出物體的速度越快，它就能落到更遠的地方，那如果抛出物體的速度足夠大，它是否能成為環繞地球的衛星？

這個思想實驗也被稱為“牛頓的高山大炮實驗”，由它引出的第一宇宙速度等概念，成為了發射人造衛星、空間站的重要依據。

這類思想實驗在科學發展的曆史中并不鮮見，伽利略通過理想斜面對接實驗幫助人們認識了力與運動的關系，廣義相對論中愛因斯坦用理想升降機提出了強等效原理……基于邏輯法則和事實基礎開展的思想實驗，對科學進步起到了重要的作用。

在空間站

水油不會自然分層

課堂上，在王亞平手中的小瓶中，裝着水、油兩種物質。在空間站環境下，晶瑩剔透的油滴并不會像在地面一樣上浮，而是與水相混合，這和首次太空授課時，水中泡騰片不斷翻騰的氣泡現象互相呼應。

不過，在葉光富用一根繩系住瓶子并快速旋轉小瓶後，由于離心力的作用，水油則出現了分層。他們背後的原理都是在微重力環境下密度分層的消失，這是微重力環境最直覺的應用。

為什麼要把空間站的失重環境稱為“微重力”呢？其實，空間站雖然擁有失重環境，但它并沒有脫離地球引力。在距離地球約400公裡的軌道上，空間站受到的重力大約是地面的88.5%，并沒有顯著小于地面。之是以空間站能形成微重力環境，是因為它具備極高的飛行速度，此時，重力成為了恰到好處的向心力，讓空間站能圍繞地球運作。但地球并非均勻的球體，空間站也并非速度恒定，是以空間站内的環境是“微重力”而非“零重力”。

答疑

在太空流淚，眼淚會在眼眶裡打轉

有網友向神舟十三号航天員乘組提問：空間站裡流眼淚是怎樣的，會不會像果凍一樣拉得很長？在“天宮課堂”的交流環節，王亞平回應道，在空間站飛行過程中，他們經曆過許多激動、熱淚盈眶的時刻，這時，眼淚無法像在地面一樣流下，而是會在眼眶裡打轉，或者停留在眼角。

在空間站，航天員也用中原標準時間安排作息

針對同學們“航天員的作息如何安排”的問題？翟志剛表示，在空間站，航天員每90分鐘就要經曆一次日出日落。在空間站中，既有中原標準時間，也有世界時間，還有相對飛行時間、絕對飛行時間等。根據任務不同，所采用的時間标準也不一樣。在有人駐留的情況下，一般采用中原標準時間安排航天員的作息制度。

王亞平說皮膚狀态很不錯

有網友提問：皮膚在太空會變好嗎？王亞平解釋道，空間站沒有太陽光照射，溫度和濕度也都控制在适宜範圍内，另外在微重力環境下，體液會向上分布，皮膚也會随之向上提升，是以我感覺在空間站裡皮膚狀态很不錯。此外，在空間站，護膚水之類的不能倒出來，要用特定裝置擠壓。

北京日報（ID：Beijing_Daily）記者 劉蘇雅、@央視新聞【轉載請注明來源：北京日報微信公衆号】