“天宫课堂”再度开讲探索奇妙太空世界

　　3月23日是神舟十三号乘组航天员翟志刚、王亚平和叶光富在轨驻留的第159天。返程在即，3名航天员在中国空间站为青少年们讲授了“天宫课堂”第二课。此次的地面主课堂设在中国科技馆，分课堂设在西藏拉萨和新疆乌鲁木齐。当天下午，记者走进中国科技馆，在地面主课堂同青少年们一起聆听了这堂精彩的太空科普课。

　　15时44分，“天宫课堂”正式开课。

　　“太空探索永无止境，大家好，我是‘太空教师’王亚平，很开心我们又见面了，今天是我们的‘天宫课堂’第二课……”“我是指令长翟志刚，继续担任拍摄工作。”“我是航天员叶光富，很高兴能够再次给大家分享太空中的科学知识。”

　　熟悉的声音响起，“太空教师团队”的身影再次出现在“天宫课堂”，立刻就将同学们“带入”奇妙的太空。

镜头一 在中国空间站做“冰雪”实验

　　前不久，北京2022年冬奥会与冬残奥会让人们领略了冰雪运动的魅力。“太空教师”王亚平首先展示的便是太空“冰雪”实验。只见她拿出一个装有过饱和乙酸钠溶液的透明袋子，袋口连接着一根吸管。接着，她小心翼翼地从袋子里挤出溶液，经过几次尝试后，在吸管口渐渐地形成一个透明液体球。“马上就是见证奇迹的时刻了。”王亚平用提前沾了点结晶核的毛根轻轻碰触球体，仿佛被施了魔法一般，透明球迅速变成了结晶球，看起来像一颗“冰球”。

　　“乙酸钠溶液在温度较高的水中溶解度非常大，很容易形成过饱和溶液，在这种溶液里，只要有一丁点的结晶核颗粒，就能打破它的稳定状态，析出大量的晶体。” 王亚平揭示了其中的奥秘，而在析出晶体时，还会释放热量，因此这颗“冰球”摸起来有发热的感觉。

　　在空间站内，微重力环境下液体的表面张力作用使得挤出的液体形成了饱满均匀的液体球。为了向同学们更直观地展示表面张力，王亚平紧接着做了第二个实验。只见她手里拿着两块塑料板，叶光富拿着装有饮用水的袋子向两块塑料板的表面分别挤上一个水球。与此同时，地面主课堂的学生们也在做着一样的实验。王亚平将两个水球靠在一起直至相融后，又将它们缓缓拉开，一座奇特的液桥搭建而成。

　　在地面主课堂现场，记者观察到，同学们手中并没有出现相同的现象。“天宫课堂”授课专家组成员、北京交通大学副教授陈征告诉记者，液桥是水在表面张力的作用下将两个塑料板联结起来所形成的。在空间站的微重力环境下，水有一点点的表面张力就可以形成液桥。而在地面有重力的因素，需要运用高压等条件才能实现，两者的实验原理也不相同。

镜头二 “冰墩墩”亮相“天宫课堂”

　　在随后太空中的浮力实验中，王亚平遇到了“难题”。在屏幕中可以看到，她拿着一个小瓶子，里面装有两种液体，分别是透明的水和黄色的食用油。王亚平和同学们一起将各自手中的瓶子进行摇晃并静置后，天地课堂出现了截然不同的现象：同学们手中瓶子里的液体渐渐形成分层，而王亚平的瓶子里水油还是混合在一起。

　　怎么办？王亚平向地面课堂的同学们求助。一位同学提议，使用旋转的方式，借助离心作用将水和油分开。“人工离心机”叶光富随即进行了演示，只见他将绳子系在瓶口，快速旋转瓶子，不一会儿，瓶子里的水油混合液就分层了。

　　展示完太空奇妙的液体现象后，王亚平开始进行最后一项实验——太空抛物。此时，一个小巧可爱的北京2022年冬奥会吉祥物“冰墩墩”在“天宫课堂”闪亮登场。据了解，这位顶流“助教”去年就随着神舟十三号乘组一起进驻中国空间站。

　　只见王亚平用手指轻轻一推，“冰墩墩”径直慢慢飘向不远处的叶光富。叶光富接住后，又将其推向王亚平，“冰墩墩”在两人之间来回做着近似匀速直线运动。

　　“平抛运动指的是在不计空气阻力的情况下，将一个物体以水平初速度抛出并受重力作用的运动。”“天宫课堂”地面主课堂授课老师、北京师范大学第二附属中学物理教师张健告诉记者，“‘冰墩墩’能在空间站里做近似匀速直线运动，是因为在空间站微重力的环境下，物体是几乎不受重力影响的。”

镜头三 “太空教具”科学实验柜首次登场

　　有趣的实验演示完毕，中国空间站上两个炫酷的科学实验柜——高微重力实验柜和无容器材料实验柜首次登场，通过现场介绍和实验视频回放，“太空教师”们利用“太空教具”实验柜形象地展示了本次任务中的空间科学实（试）验进展。

　　“科学实验是助力科学研究的重要手段，科学实验柜是我们在空间站开展科学实验的主要设施，等到问天实验舱和梦天实验舱发射入轨之后，还将会增加更多的实验柜，开展更多领域的科学实验项目。”中科院空间应用工程与技术中心应用发展中心主任张伟表示，中国空间站内还有生命科学实验柜、微重力流体物理实验柜等十几个科学实验柜，未来将支撑开展大规模科学实验。

　　“到那时候，中外科学家都可以依托实验柜来开展研究，我们中国的空间站将成为一个造福全人类的太空科学平台。”叶光富说，“同学们，我们也热切地期待你们能提出自己的科学实验设想，说不定下一次我们在太空中展示的就是你的实验项目了。”

镜头四 天地互动，精彩继续

　　太空实验让人意犹未尽，天地之间的精彩互动还在延续。

　　“在空间站流眼泪，是像果冻一样在眼角拉得很长还是会蹦出来，一颗颗地飘起来？”

　　“空间站里看到的月亮和地球上看到的一样吗？”

　　“太空中的水能烧开吗？”

　　“如何成为一名到空间站里做实验的科学家？”

　　…………

　　在天地互动环节中，网友们和地面课堂的同学们抛出了许多有趣的问题，3位航天员耐心详细作答。

　　王亚平与同学们分享了在空间站流泪的感受：“在空间站里飞行这么久，我们也经历过许多心情激动乃至热泪盈眶的时刻。但眼泪无法像在地面时那样自然地流下来，而是在眼眶中打转，或者是在眼角。所以在地面上强忍眼泪故作坚强也许很难，但是在太空中我们就很容易做到。”

　　叶光富更是鼓励同学们未来到空间站上来做实验，也可以把自己设计的实验项目提交到空间站，然后在地面上远程操作。他说：“同学们，你们现在要做的就是好好学习，锻炼好身体，要勇敢追梦，相信未来一切皆有可能。”

　　很快，就到了告别的时刻，3名航天员分别向同学们送出祝福和期望——

　　翟志刚说：“同学们，未来属于你们！”

　　“探索浩瀚宇宙，发展航天事业，建设航天强国是我们不懈追求的航天梦。希望同学们只争朝夕，不负韶华，在追梦的道路上坚定前行！”叶光富说。

　　王亚平说：“飞天梦永不失重，科学梦张力无限。期待同学们继续努力学习科学知识，提高科学素养，探索科学奥妙，未来的空间站将由你们来建设！”

　　课后，北京中学学生徐一航告诉记者，很高兴自己能运用所学的物理知识帮助“太空教师”解决水油分离的问题。“这次与航天员的交流令我非常难忘，也点燃了我的科学梦想。我为中国航天的发展无比骄傲和自豪！”徐一航动情地说。

　　星空浩瀚无比，探索永无止境。正如航天员们的祝福，飞天梦与科学梦将引领着更多青少年的梦想，激励他们探索未知，种下科学思维的种子、生根发芽……

　　（光明日报记者 章文 通讯员 占康）

　　天宫课堂第二课 中国空间站上演“点水成冰” 　

　　3月23日，“天宫课堂”第二课开讲，神舟十三号飞行乘组航天员翟志刚、王亚平、叶光富在中国空间站进行太空授课。这是地面主课堂中国科技馆内的学生在听讲。新华社记者 郭中正 摄

　　3月23日下午，“天宫课堂”第二课在中国空间站开讲，神舟十三号飞行乘组航天员翟志刚、王亚平、叶光富相互配合进行授课。

　　这是中国空间站第二次太空授课。本次太空授课活动采取天地对话方式进行，地面主课堂设置在北京中国科技馆，分课堂分别设置在西藏自治区拉萨市和新疆维吾尔自治区乌鲁木齐市。

　　“没有看够，再多来点儿吧！”“国家真是强大了，现在我坐在家里都能听航天员讲课，太高大上了”……“天宫课堂”第二课的直播结束后，网友们纷纷感慨留言。伴随着我国在航天领域取得越来越多的突破，越来越多的中国人被点燃对太空的无限热情。

　　太空“冰雪”、液桥演示……航天员带领同学们探索奇妙太空实验背后的科学原理

　　本次太空授课活动继续采取天地对话方式进行，由航天员在轨演示多个实验项目：太空“冰雪”实验、液桥演示实验、水油分离实验、太空抛物实验，介绍核心舱高微重力、无容器实验机柜，并与地面课堂师生进行天地互动。

　　“我听说同学们对液体在失重环境下的状态特别感兴趣，今天我将给大家演示一个神奇的现象。”课程开始不久，王亚平便取出一袋过饱和乙酸钠溶液，轻轻挤压，一颗晶莹的液体球随即悬停在空间站舱内。接下来，神奇的一幕出现了——王亚平用沾有三水合乙酸钠晶体粉末的小棒触碰液体球后，液体球迅速结晶，看上去变成了一颗“冰球”。在地面主课堂观看直播的学生们发出了一阵惊叹声。

　　为什么会出现“点水成冰”的现象？王亚平解释，这是因为乙酸钠溶液在温度较高水中的溶解度非常大，很容易形成过饱和溶液，暂时处于亚稳态。这种溶液里只要有一丁点的结晶和颗粒，就能打破它的稳定状，迅速结晶的同时释放出大量热量。

　　虽然看起来是一个冰球，但“现在我摸着它竟然还有发热的感觉，原来是一个热球！”因此，这个实验也被称为“热冰”实验。

　　这个实验在地球上也能成立。那么，为什么要把它带到太空？中科院物理研究所研究员魏红祥表示，在空间站的微重力环境中开展这项实验，结晶状况跟地面上开展实验的差别很大。如果在地面使用容器开展实验，受容器限制，只能往内结晶。而空间站中并未使用容器，最终结晶为圆球状，还可以往外发展，从而观察到不受地球重力影响的材料物性变化。

　　在接下来的液桥演示实验中，王亚平则演示了失重环境下水的表面张力作用。王亚平手持两片塑料板，叶光富向塑料板表面分别挤上水，两片塑料板逐渐接近，水便在板间连起了一座“桥”。王亚平将塑料板的距离拉远，“桥”也没有断开。

　　其实在地面环境下，液桥也并不罕见。由于气液界面之间存在表面张力，使得液体表面好比有一层很薄的弹性薄膜。正是这样一层“虚拟”的薄膜，使得液桥的表面形貌得以维持，而不会“垮塌”。但正常的重力环境下，液桥的尺寸通常只有几毫米；而在太空环境下，重力几近消失，表面张力便能维持建立起很大尺寸的液桥。

　　“太空授课的液桥实验一方面是书本上的一种非常好的实践和补充，让同学们在头脑中靠想象才能理解的图像得以放大和实现，从而更加深刻地去理解这个概念。”“天宫课堂”地面主课堂授课老师李晓彤说。

　　天地互动积极踊跃，学生探知航天奥秘、学习航天知识的热情持续高涨

　　在本次“天宫课堂”中，还有人气“顶流”前来助阵——北京冬奥会吉祥物冰墩墩。

　　王亚平将冰墩墩抛出后，它并没有像在地面上一样掉落，而是仍沿原有方向匀速前进。这是空间站微重力环境最直观的体现。

　　“简单的平抛运动，在著名科学家牛顿的脑海里被放大到宇宙尺度。既然在地面上抛出物体的速度越快，它就能落到更远的地方，那如果抛出物体的速度足够大，它是否能成为环绕地球的卫星？”“天宫课堂”地面主课堂授课老师张健解释道，这个思想实验也被称为“牛顿的高山大炮实验”，由它引出的第一宇宙速度等概念，成了发射人造卫星、空间站的重要依据。

　　“天宫课堂”互动性强，做的小实验也非常生动、神奇。虽然相隔屏幕，同学们却仿佛身处空间站一般，踊跃与航天员们互动。“空间站里的时序是如何设置的？”“太空里看到的月亮和地球上有什么不同？”“空间站里能把水烧开吗？”在天地互动的环节中，地面上的同学“脑洞大开”，问了许多有趣的问题，并一一得到解答。

　　收看直播的不仅有课堂里的学生，还有许多网友，他们提出了许多接地气的问题。有网友发问：“没有重力，皮肤会不会变好？”

　　“提问的人大概是一位爱美的女孩子。”王亚平笑着回答，“空间站没有太阳光照射，温度和湿度也都控制在适宜范围内，另外在微重力环境下，体液会向上分布，皮肤也会随之向上提升，所以我感觉在空间站里皮肤状态很不错。”

　　这些有趣又生动的太空课程是如何设计出来的？记者了解到，整个“天宫课堂”授课实验的内容，都由一个科普专家组进行负责。

　　“来自全国各地的青少年提出了一些实验的建议，在这些建议的基础上再由专家组来遴选，最后由中国载人航天工程办公室来批准。”中国载人航天工程办公室参与此次授课活动的相关负责人表示，专家组除了遴选项目之外，还要对每个项目的具体方案进行精心策划，编写脚本，确保验证展示的效果，以及学生们能够看得懂、感兴趣。

　　中继卫星、空间站、地面测控完美配合，让太空“网课”不卡顿

　　太空授课活动采取天地对话方式进行，信号畅通是课程顺利进行的关键。为了保证“上网课”视频高清晰、零延时、不卡顿，“天链”中继卫星、空间站、地面各个测控站密切配合，为天地互动提供技术护航。

　　“航天员给地面的信息依次通过空间站中继天线、天链中继卫星、星地下行链路等传输到地面站。”天链二号01星副总设计师李向阳将中继卫星形象地比喻为太空数据的“中转站”。天链中继卫星可以为中、低轨道航天器提供天基测控、数据中继服务。这相当于把地面测控站提升到几万公里的轨道高度，依照各类航天器、飞行器不同的数据，应用部门把它们产生的各类数据分别进行实时转发，这样既提高了数据回传时效性，又增强了应急协调联动能力。

　　据介绍，天链一号03星和天链二号01星接力保障太空授课，舱内的多台高清摄像机拍下的高清视频，通过中继高速链路实时传送至地面，地面上行两路高清图像传送至舱内的显示器，从而实现高速双向音视频传输。

　　2003年，中国航天员杨利伟第一次进入太空。其间，他数次与地面控制站进行天地通话，但每次都有着严格的时间窗口限制。那时，中国境内的观测站有效保持通信时间是相当有限的。后来，“天链”系列中继卫星诞生，很好地解决了这个问题。如今，我国中继卫星系统换代升级，太空授课等需要长弧段、强信号支持的重要活动也因此开展得更加从容。

　　“2013年太空授课，我们当时天上只有3颗星，都是一代星。现在我们天上有5颗星，除了天链一号04、05星，还有天链二号01星，二代星比一代星在传输速率和其他能力上更高。”北京空间信息传输中心总工程师单长胜说。

　　“天宫课堂”展示的是梦想，彰显的是国家实力

　　2021年12月9日，我国首个太空科普教育品牌“天宫课堂”第一课正式开启。作为国家重要的太空实验室，空间站被赋予了新的意义，成为太空科普教育基地，激发青少年对科学和航天事业的热爱。

　　随着“天宫课堂”第一课、第二课的大获成功，是否可以期待以后常态化的太空授课？“以后的空间站上会持续有航天员在上面工作、生活、开展实验，天宫空间站的条件，以及天地通信的保障条件都很好，所以航天员在空间站上飞行的过程中，与地面进行互动交流、开展一些科普活动，这以后是会常态化的。”中国载人航天工程办公室表示。

　　一堂“太空课”牵动国人心，它的意义远不只课堂上展示的内容。令孩子们长久回味的，不仅是那些奇特的太空失重现象，还有对遥远宇宙的无限遐想。通过天地对话，能够激发青少年的科学探索精神，进而点亮他们的科学梦想。

　　“天宫课堂”展示的是梦想，彰显的是国家实力。一堂科学课，无疑也是一堂爱国主义和理想信念教育课。当前，我国是除美国外唯一一个进行过太空授课的国家。从“嫦娥”探月、“长五”飞天、“天问一号”成功着陆，到“祝融”探火、“羲和”逐日、“天和”遨游星辰，中国的科技发展离不开一代又一代科技工作者开拓创新、永攀高峰的拼搏与进取。而蕴含着得天独厚丰富教育资源的中国空间站，正为无数中国青少年打开思想的天窗。

　　飞天梦永不失重，科学梦张力无限。一堂堂“天宫课堂”，正在孩子们的心中埋下向浩瀚星空不懈探索的梦想种子。（中央纪委国家监委网站 李云舒 柴雅欣）