又見“天宮課堂”

◆本刊綜合

9 月21 日下午，“天宮課堂”第四課在中國空間站開講，新晉“太空教師”——神舟十六號航天員景海鵬、朱楊柱、桂海潮帶來了一節精彩的太空科普課。這也是中國航天員首次在夢天實驗艙進行授課。

“太空教室”再升級

夢天艙實驗載荷區域是夢天艙的核心區域，可開展流體物理、材料科學、燃燒科學等微重力物理科學的基礎研究，探究工程技術領域的前沿問題。

在實驗載荷區，有兩相系統實驗柜、流體物理實驗柜、高溫材料科學實驗柜、燃燒科學實驗柜、在線維修裝調實驗柜等多臺空間科學實驗柜。空間站里的科學裝置與地面不同，它們并不全是“站”在艙內，而是呈360°環繞擺放。

被朱楊柱趣稱為“太空煉丹爐”的是高溫材料科學實驗柜。受微重力環境影響，爐溫可高達1600 ℃，便于開展各種新型材料的研究制備。第一批在“太空煉丹爐”里接受高溫考驗制備的材料，已隨神舟十五號航天員返回地面，其中一種半導體材料具有非常好的柔性性能，適合制作新型晶體軟電子器件，有望推動半導體技術的進步和升級換代。

超冷原子物理實驗柜被稱為最冷的地方，它可以制備接近絕對零度的超低溫物質。這種物質的原子會呈現特殊的狀態，能幫助我們更好地探索量子力學的奇異世界。

圖1 地面課堂的受眾覆蓋了青年大學生群體（圖/ 北京航空航天大學 供）

太空實驗注入新活力

在本次授課中，航天員朱楊柱和桂海潮用一款特制的乒乓球拍打水做的“乒乓球”。這種“拍水不破”的奇妙現象讓地面課堂的同學們驚嘆不已。在地面條件下，液體的成形和流動同時受重力與表面張力影響，而在太空微重力條件下，特制的乒乓球拍上毛巾的微絨毛與水球形成疏水結構。這種疏水結構的處理工藝在紡織工業中較常見，沖鋒衣、速干衣等都采用了這種處理工藝。

在微重力環境下，液體的很多特性都會發生改變，意味著航天器燃料的流動性質與地面存在顯著的差異。在此前的“天宮課堂”中，航天員利用液體開展了毛細效應實驗、液橋演示實驗等，展示了流體現象的天地差異，直觀地向青少年科普相關知識。

圖2 航天員演示奇妙的“乒乓球”實驗（圖/新華社 鞠煥宗 攝）

此前，航天員王亞平曾用陀螺展示了高速旋轉的陀螺的定軸特性，這種特性在保持飛行器飛行姿態的穩定等航天領域用途廣泛。此次太空授課中，桂海潮手中的陀螺較王亞平使用的大出數倍，朱楊柱快速撥動陀螺，使陀螺高速運轉，桂海潮雙手持握陀螺兩端，只需輕微改變陀螺的方向，懸在空中的身體便可改變角度。

如果把桂海潮的身體想象成空間站，把他的雙手和手中的陀螺看作空間站使用的一種特殊裝置——控制力矩陀螺，意味著僅需借助數百千克的陀螺，就能讓近百噸的空間站在太空中自如“轉身”。

高中物理解釋了物體動量發生改變的原因，但力矩是物體角動量發生改變的原因這個內容要到大學才有所涉獵。角動量守恒原理對航天技術發展影響深遠，更是北京航空航天大學飛行器設計專業的高年級本科生乃至研究生的“必修課”。這與此前“天宮課堂”的內容相比，專業性更強，受眾面更廣。

天地互動精彩無限

本次太空授課活動分別在北京、內蒙古阿拉善盟、陜西延安、安徽桐城及浙江寧波設置了5 個地面課堂，航天員分別回答了各地面課堂學生的提問。

植物在失重環境下根系為何仍會扎進土壤？太空中植物的生長周期有何不同呢？

植物具有向重性和向水性，土壤含有充足的水分，植物種子在萌發時就會向含水的土壤生長，同時沒有了重力帶來的空間感，植物的根和莖不能整齊向著一個方向生長，會呈現出比較零亂的狀態。

太空微重力環境可能會造成植物生長周期的變化。比如，在天宮二號中的生菜與在地面生長的周期差距較小，而同樣在天宮二號里擬南芥就比在地面生長緩慢，但存活時間更長。

圖3 學生在地面課堂開展趣味實驗（圖/新華社）

地球上的機械時鐘和電子鐘在太空中還能正常使用嗎？引力輻射重力等會不會對它們產生影響呢？

電子時鐘在空間站能正常運轉。此外，空間站即將安裝冷原子時鐘，它的精度有望實現約50 億年誤差1 秒的超高紀錄。