“天宮課堂”第四課開講——開啟連接地球與太空的奇妙之門

 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、桂海潮為廣大青少年帶來一節(jié)精彩的太空科普課。

 “天宮課堂”是一扇連接地球與太空的奇妙之門。這是中國航天員首次在夢天實驗艙內(nèi)進行授課。記者專程來到位于北京航空航天大學的地面課堂，在這里與同學們一起跟隨航天員穿越波瀾壯闊的星空，展開一場關于宇宙的美妙旅程。

在北京航空航天大學，學生收看“天宮課堂”第四課。新華社記者 鞠煥宗攝

在內(nèi)蒙古阿拉善盟額濟納旗地面課堂，學生在做趣味實驗。新華社發(fā)

　　全新太空教室亮相

　　15時48分，三位博士航天員如約“飛”到了大屏幕中央，同大家打招呼。隨后，跟隨“攝像師”景海鵬的鏡頭，全新的太空教室——夢天實驗艙的場景在同學們眼前徐徐呈現(xiàn)。

　　桂海潮介紹，在夢天實驗艙內(nèi)，有空間站里最多的科學實驗設備，有13個科學實驗柜的安裝空間，還具備載荷自動進出艙功能。

　　“夢天艙實驗載荷區(qū)域是夢天艙的核心區(qū)域，在這里可以開展流體物理、材料科學、燃燒科學等微重力物理科學的基礎研究，同時還能探究工程技術領域的前沿問題。”朱楊柱指著頭頂上的高溫材料科學實驗柜，趣稱其為“太空煉丹爐”，第一批在“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，有希望推動半導體技術的進步和升級換代。

　　“同學們，你們知道世界上最冷的地方在哪里嗎？”桂海潮馬上做出了解答，“就在我頭頂——超冷原子物理實驗柜，它可以制備出接近絕對零度的超低物質(zhì)，這種物質(zhì)的原子會呈現(xiàn)特殊的狀態(tài)，幫助我們更好地探索量子力學的奇異世界。”

　　空間站里的實驗柜出了問題該怎么辦？桂海潮來到了一臺在線維修裝調(diào)操作柜前，打開擋板為大家展示了空間站里的太空維修工廠。“它具有超大的操作空間，配置了一款小機械臂，一款VR眼鏡以及一個可移動的維修平臺，用多種手段來輔助我們完成對載荷的裝配、維修、清潔等精細操作。”桂海潮說。

　　科學實驗創(chuàng)意滿滿

　　在約48分鐘的互動交流授課過程中，三位“太空教師”在軌演示了球形火焰實驗、奇妙“乒乓球”實驗、動量守恒實驗以及又見陀螺實驗等一系列炫酷又有趣的實驗，天地間掌聲和笑聲此起彼伏。

　　空間站中蠟燭的燃燒與地面究竟有什么區(qū)別？課堂上，當蠟燭被點燃后，可以看到，與以往地面蠟燭的錐形火焰不同，空間站中燃燒的蠟燭火焰呈現(xiàn)藍色，形狀近似球形。朱楊柱輕輕轉動蠟燭，火焰的形狀幾乎沒有變化。

　　為什么會有這樣的差別呢？桂海潮解釋：因為在地面有重力的作用，燃燒后的熱氣上升冷氣下降形成了浮力對流，因此蠟燭的火焰呈錐形。而在空間站里，微重力環(huán)境幾乎消除了這種浮力對流，燃燒后的氣體向各個方向運動的趨勢相同，不管蠟燭的方向朝向哪里，它的火焰都近似球形。此外，在空間站里，燃燒對流十分微弱，氧氣的補充不如地面及時，蠟燭的燃燒也不如地面充分，火焰的溫度也會更低一些，藍色火焰就是燃燒溫度低的一個表現(xiàn)。

　　在奇妙“乒乓球”實驗中，桂海潮拿著乒乓球拍去觸碰水球，飄浮在空中的水球沒有破裂，而是牢牢地粘在球拍上。這時，朱楊柱拿出了包裹著干毛巾的乒乓球拍，只輕輕一碰，水球就像乒乓球一樣彈開了。朱楊柱講解：“除了表面張力使水球不容易破裂之外，毛巾表面還布滿了疏水的微絨毛，有很好的疏水性能。”

　　隨著鏡頭的轉換，朱楊柱帶著大家來到了一個一米見方的標準網(wǎng)格布前，他拿出一個質(zhì)量為500克、直徑是49.5毫米的實心鋼球，放到網(wǎng)格布中間。桂海潮也拿出了一個一模一樣的鋼球，拋出去碰撞之前那個靜止的鋼球，只見靜止的鋼球開始了運動，而被拋出去的鋼球卻靜止了。桂海潮接著拿出一個質(zhì)量為100克的小鋼球，用小球去碰大球。小球碰到大球之后調(diào)轉了方向，大球卻沿著小球初始的運動方向繼續(xù)前進。桂海潮說：“同學們通過計算就可以發(fā)現(xiàn)，剛才我們演示的這些碰撞無論是接近于正碰的情況，還是斜碰的情況都滿足動量守恒。”

　　在“又見陀螺實驗”中，桂海潮手握快速自轉的陀螺，陀螺自轉時，他改變陀螺的方向時，自己也發(fā)生了轉身。“陀螺快速自轉具有了比較大的角動量，我改變陀螺方向的時候它的角動量就產(chǎn)生了顯著變化，跟我的手產(chǎn)生了比較大的反作用力矩，讓我輕松實現(xiàn)了轉身。”桂海潮接著向同學們科普，“空間站就是用了同樣的原理在太空當中轉身。”

　　天地互動精彩無限

　　本次授課活動分別在北京、內(nèi)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，各地面課堂學生紛紛向航天員老師提問。

　　內(nèi)蒙古同學提問：“空間站上能看見太空垃圾嗎？針對太空垃圾，空間站采取了哪些防護措施？”景海鵬回答：“首先它們確實存在，而且還不少，對我們空間站的危害也不小……不過我們的科技人員會時刻盯著它們的一舉一動，一旦對空間站有威脅，我們就會采取相應的措施，比如說通過軌道機動等方式，進行主動規(guī)避。同時，我們空間站還有一些特殊的防護裝備，就好像穿了一副鎧甲一樣，即使碰到空間碎片我們也會安然無恙。”

　　“太空中沒有明顯的參照物，請問航天員是怎么判斷空間站的姿態(tài)和軌道發(fā)生變化的呢？”面對北京同學的提問，桂海潮對問題的專業(yè)度給出認可，他笑著回答：“空間站上有特殊的敏感器，比如地球敏感器、太陽敏感器、恒星敏感器等等，這些敏感器就像一雙雙敏銳的眼睛，可以準確地測量地球、太陽、恒星的方向，就可以確定空間站的姿態(tài)了……此外，空間站在太空中的飛行是有特定規(guī)律的，這個規(guī)律就是軌道力學。運用軌道力學，我們不僅可以知道空間站現(xiàn)在在哪兒，還能預報出它接下來要飛到哪兒。所以，對于航天員來說，只需要打開儀表，空間站所有的信息就一目了然了。”

　　歡樂的課堂時光總是過得很快，三位“太空教師”在課程最后為同學們送上了美好的祝愿。

　　“這次天宮課堂活動覆蓋到大學生群體，對我們飛行器設計專業(yè)的學生很有意義。”北京航空航天大學宇航學院副教授、北京地面課堂教師張曉天說。在北京地面課堂提問的北京航空航天大學宇航學院學生吳堃炤激動地告訴記者：“作為宇航學子，未來的中國航天人，這次對話堅定了我的理想與方向，鼓勵我努力學習、早日投身國家航天事業(yè)的建設中。”