◎ 科技日报实习记者 孙瑜 记者 付毅飞

10月12日下午，“天宫课堂”第三课在中国空间站问天实验舱开讲，神舟十四号飞行乘组航天员陈冬、刘洋、蔡旭哲在轨介绍了问天实验舱基本情况和植物生长研究项目，演示了微重力环境下毛细效应实验、水球变“懒”实验、太空趣味饮水、会调头的扳手等趣味实验。

这堂课有哪些亮点？我们来复盘一下吧。

把大型科学实验室搬到太空

相比前两次天宫课堂，本次天宫课堂“解锁”了一个全新的太空教室——问天实验舱。

由航天科技集团五院抓总研制的问天实验舱是全世界现役最大单体载人航天器。它长17.9米，直径4.2米，约为6层楼高，是中国空间站三大舱段中的第二舱段，也是中国空间站的首个实验舱段。

作为我国空间站的首个实验舱，问天实验舱拥有强大的空间科学实验能力，不仅舱内实验能力比天和核心舱大幅提升，还能够开展大规模舱外实验，就像是把一个大型科学实验室搬到了太空。

“跟我一起向前飞！”通过镜头，神舟十四号航天员乘组带着孩子们参观了问天实验舱，对工作生活场景进行了展示，并介绍了问天实验舱所搭载的实验柜等设施设备。

问天实验舱里的实验项目以生命科学和生物技术研究为主，舱内搭载了科学手套箱、生命生态实验柜、生物技术实验柜和变重力实验柜等设施设备。通过这些设备，科学家们能够在空间生命科学与生物技术、微重力流体物理、空间材料科学等领域研究多种空间环境要素下的基本科学规律、机理，关注生命生长发育和人的健康，探索人类长期太空生存所面临的一系列科学问题。

同时，在平台功能的定位上，问天实验舱与天和核心舱互为备份，关键平台功能一致，具备空间站组合体统一管理和控制能力。

趣味实验揭秘太空微重力环境

本次天宫授课带来的4个小实验，展现了太空微重力环境的奇妙“超能力”。

首先是毛细效应实验。陈冬将三根粗细不同的量管放入水中，没过多久，水便上升到达量管顶部。他招呼学生们仔细观察流体表面张力作用是如何大显神威的。“没有重力束缚，流体表面张力作用会更加明显，驱动液面快速上升。”

在北京主会场，不少学生告诉科技日报记者，他们对“会掉头的扳手”这个实验印象深刻。在微重力环境下，T字扳手一会儿头朝上，一会儿头朝下，不停翻转着，十分调皮。陈冬提到，这是苏联航天员贾尼别科夫在空间站中偶然发现的，所以也叫贾尼别科夫效应，研究发现这个现象与扳手的旋转方式和它质量的分布有关系。

中科院空间应用工程与技术中心应用发展中心主任张伟告诉记者，贾尼别科夫效应也叫网球拍效应，在地面上扔一个网球拍，也能发现这个现象，不过并不如微重力环境中的表现明显。他建议感兴趣的孩子们通过查阅相关资料，进一步了解实验背后的原理。

航天员们还给孩子们演示了水球变“懒”实验和太空趣味饮水实验，展示了在微重力环境下，液体与液固混合体在相同冲击作用下的不同振动表现和使用超长吸管喝水的有趣现象。

同时，他们还介绍了生命生态实验柜进行的水稻种植和拟南芥种植研究项目，并演示了样本采集操作。

多项技术保障天宫课堂顺利进行

太空授课面向全球进行现场直播，采取天地互动方式进行。虽然太空教师正距地面约400公里，但在天地连线中，这堂课画面图像清晰、语音清脆响亮，太空教师也能清楚地看到地面课堂内孩子们的一举一动，进行实时课堂互动。

在约50分钟的授课中，北京空间信息传输中心调用“天链一号”03星和“天链二号”01星，为中国空间站组合体提供天基测控与数据中继服务，搭建起天地往返的“信息天路”，为太空授课的顺利进行提供了稳定可靠的数据传输支撑。

同时，载荷网为数据传输搭建起一条“高速公路”。问天实验舱搭载了很多实验柜，实验柜所采集的数据不仅量大，而且许多都需要实时传输。航天科技集团五院研制团队用光纤在舱内打造了一个带宽更大、速率更快的局域网，即载荷网。大量的实验数据通过载荷网汇集到舱上的中继天线终端，通过中继卫星传到地面，便于科研人员开展后续研究。

“天宫课堂”第二课在轨演示4个实验

中国管理科学研究院集团有限公司2022-03-24 09:39科技管理研究所发表于北京

3月23日下午，“天宫课堂”第二课在中国空间站正式开讲。在约45分钟的授课中，神舟十三号乘组航天员翟志刚、王亚平、叶光富相互配合进行授课，在轨演示了太空“冰雪”实验、液桥演示实验、水油分离实验、太空抛物实验，深入浅出讲解实验现象背后的科学原理，同时展示了部分空间科学设施，介绍了在空间站的工作生活情况。授课期间，航天员通过视频通话形式与地面课堂师生进行了互动交流。此次太空授课，在中国科技馆设地面主课堂，在西藏拉萨、新疆乌鲁木齐设2个地面分课堂。



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

●太空“冰雪”实验　温热的“冰球”

取出装有过饱和醋酸钠溶液的水袋，再进行轻轻挤压，一颗有水泡的液体球慢慢从管口“跑”了出来，并悬停在空间站舱内。随即用沾有粉末的小棒触碰液体球后，带水泡的液体球开始“结冰”。在太空“冰雪”实验中，王亚平为大家演示了这一神奇的物理现象。

中国科技馆科普讲师团副团长，太空授课科普专家组成员陈征告诉记者，用白醋和小苏打就能够制备出这种叫醋酸钠的材料，这种物质的特点是，它在温度较高水中的溶解度非常大，很容易形成过饱和溶液。“但结晶还需要一个条件，需要一个凝结核，类似一个小的扰动或者一个小的缺陷，来打破它的稳定状，这个时候结晶才能开始。”

沾有粉末的小棒就充当了凝结核的角色，而小晶体也开始迅速凝结，并且带着水分子一起结晶，形成水合醋酸钠的晶体，同时还会释放出大量热量。“实际上，你要是加热，它还可以重新变回液体。”陈征说，这也是个无容器的实验，结晶过程不会受到容器边界的干扰。

●水油分离实验　“分不开”的水和油

在水油分离实验这个项目上，王亚平手中拿了一个装有两种液体的瓶子，沉在底下的是透明的饮用水，而浮在上面的是一种黄色的食用油。一般情况下，因为水的密度大于食用油，所以在地面当两种液体混合之后，油会浮在水上面，形成稳定的分层现象。即使经过摇晃，但静置片刻后，水和油两种液体还是会进行分层。

但在太空中却不同。经过摇晃后，王亚平手中小瓶里的水油混在了一起，水和油并没有自然分层。陈征解释，因为在太空中是没有重力和浮力的，所以当你摇晃瓶子后，油就变成了小油滴，均匀分散在水里边，而且分散之后，就不会分开了。所以在太空中，需要人造一个重力把它甩起来，这个其实就是离心机的工作原理。

陈征说，在太空中，水油不分离的现象也会带来优势，比如制造合金。“在地面上，当我们把不同的金属熔化后进行混合，各种金属的密度不一样，就会出现重的往下跑，轻的往上跑这种现象。但在太空微重力环境里，合金就能混合得更均匀。”

●液桥演示实验　“拉不断”的液桥

液桥是连接着两个固体表面之间的一段液体。在液桥演示实验中，王亚平手持两片透明的塑料板，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”。神奇的是，随后王亚平双手将塑料板轻轻拉扯，“桥”依旧也没断开。

“液桥是研究流体的一个基本实验，因为在太空中没有重力，所以你拿两个固体，再在上面放上液体，液体本身会附着在固体表面，然后你把两个液体靠近，两个液体便连通起来，在表面张力的作用下，液体两端附着在固体上，然后中间就会拉成一个液体的柱，这就是液桥现象。”陈征说。

在太空中，液桥演示的实验是可以拿来研究一些液体微流动的性质。但由于液体表面张力很弱，在正常的重力环境下，实现液桥现象不太容易。因为地面上有重力，重力就会把液体拉得向下坠。陈征告诉记者，要想在地面上实现这种现象，就需要有一些辅助的手段，比如说通过加高电压这样的方式。

●太空抛物实验　翻跟斗的“冰墩墩”

在此次太空授课中，顶流“冰墩墩”也亮相太空课堂。在太空抛物实验中，王亚平和叶光富依次将“冰墩墩”抛出，它并没有随着抛物线的轨迹，掉落下去，而是沿原有方向匀速前进。实际上，这是空间站微重力环境最直观的体现。

陈征称，在空间站微重力环境中，一个物体在几乎不受外力影响或者外力为零的情况下，它会保持匀速直线运动，但这个实验其背后的物理图像是非常有意思的。“我们在地面上看‘冰墩墩’也好，看我们的航天员也好，他们走直线了吗？其实没有，他们也是绕地球做圆周运动。空间站上的航天员处在一个围绕地球高速旋转的旋转参照系里，和地面上的惯性参照系是有区别的。前者它有一个向心加速度，只不过加速是指向地心的。”

陈征说，当你理解了为什么相同的物理规律在不同的地方却看到了不同的现象，你也就真正学好了物理。

太空转身、浮力消失实验……“天宫课堂”第一课讲了哪些知识点

中国管理科学研究院2021-12-09 18:55科技管理研究所发表于北京

“太空级”名师授课!中国空间站空中课堂!全球独家学习资料!“天宫课堂”第一课12月9日15时40分正式开讲了！“太空教师”翟志刚、王亚平、叶光富在中国空间站为广大青少年带来了一场精彩的太空科普课，这也是中国空间站首次太空授课活动。

空间站里能像在地面一样走路吗？乒乓球在太空中能停留在水中？泡腾片放入太空水球会怎样？一起来看看。

项目1：航天员在轨工作生活场景展示——翟志刚介绍秘密武器“企鹅服”

神舟十三号飞行乘组航天员翟志刚、王亚平、叶光富生动介绍展示了空间站工作生活场景。

身处太空，失重环境会导致航天员的血液分布和地面不同，下肢的血液上涌，所以航天员面部看起来会“胖胖的”。那么，航天员们会如何通过锻炼对抗失重?

航天员翟志刚表示，失重对我们的心血管有影响，对我们的骨骼有影响，对我们的肌肉有影响。为了防护失重导致我们肌肉萎缩，在我们空间站里，除了有跑台、自行车、拉力器以外，还有一件秘密武器。同学们看叶老师穿的这身衣服有什么与众不同吗?从外表上看没有什么区别，我们来看看它的内部结构。

这是胸部拉带的两个调节环，用来调节胸部弹力拉带的松紧用的。通过这些拉带把人体给束缚紧，使肌肉可以长时间保持一定的张力，就可以有效预防失重带给我们的肌肉萎缩，这套衣服的名字就叫企鹅服。

授课过程中，网友们发现王亚平在空间站睡眠区，贴着与家人的合照，她还介绍在空间站里“晚上可以和家里人通通电话”。让网友感慨：家人是永远的依赖!

项目2：太空细胞学研究展示——叶光富带你看失重状态下跳动的心肌细胞

神舟十三号乘组航天员 叶光富：目前我们开展的是失重条件下细胞生长发育的有关研究。前期我们开展了大量的有关细胞的研究，有不同周期、不同时间和不同单元，通过人工制造的一个机动力和完全失重两种状态下对细胞进行培养。然后将这两组细胞进行对比，看一看它们在有动力条件下和无动力条件下，其生长和形态到底是一个什么样的变化过程。然后我们再进一步研究它的变化规律和变化机制等等，而且我们还选用了不同类型的细胞进行研究，有皮肤干细胞，还有心肌细胞等等。

神舟十三号乘组航天员 叶光富：这是心肌细胞在荧光显微镜下观察到的画面，同学们有没有看到有一闪一闪的荧光，知道这是为什么吗?其实这是细胞自身生物电的一种反应，因为这些细胞是活的，我们是利用生物电激发荧光这么一个特殊的手段才能看到这样一种画面，非常神奇。

神舟十三号乘组航天员叶光富：这也是心肌细胞，它们以成片的形式在做收缩运动，大家可以仔细看，它们就像心肌一样一动一动的，而且它们的运动非常有节律。它们在里面欢快蹦跶着，就像在告诉大家我们活得好着呢，是不是很神奇？欢迎大家一起来到太空参与细胞研究！

项目3：太空转身——叶光富尝试不借助把手完成太空转身

有一位北京的同学提问，在太空中能否跟在地面一样正常行走。叶光富用行动回答了他的问题：不行!原来，在太空中由于没有重力的帮助，人们无法像在地面一样行走，只能飘来飘去。

不能太空行走，那太空转身呢?答案是也不那么容易!在试了很多方法后，叶光富终于转身成功。

“哎我飘起来了。”“我深吸一口气。”先是展示太空秘密武器“企鹅服”，又马不停蹄“太空行走”，最后还被要求尝试不借助把手完成太空转身。叶光富被网友称为!#天宫工具人叶老师#。王亚平表示：“虽然叶老师已经很努力了，但好像还没成功……加油，再使点劲！”

项目4：浮力消失实验——王亚平揭秘乒乓球在太空为何能停留在水中?

“天宫课堂”第一课王亚平还做了一个浮力消失的实验。在太空中，乒乓球并没有像在地面一样浮在水面，而是停留在了水中，这是为什么呢?

航天员王亚平介绍道，这和地面的现象是完全不一样的，这是因为浮力是随重力产生的，在太空失重环境下浮力几乎消失，所以乒乓球不能像在地面一样浮起来。

项目5：水膜张力实验——王亚平与女儿做的花在太空绽开

在“天宫课堂”中，航天员王亚平在翟志刚、叶光富的辅助下，拿出了一朵和女儿一起完成的折纸花向大家演示了水膜实验。随后，这朵花在太空中“绽放”。

项目6：水球光学实验——王亚平演示微重力下水球如何呈现一正一反两个像

失重环境如何形成水球?为什么会有一正一反两个像?王亚平带你做个有趣的实验。

神舟十三号乘组航天员王亚平：现在我们往水膜上注水，让它变成一个大水球，同学们都知道，这是因为在失重环境下水的表面张力会大显神威，所以我们才能做出一个地面上无法做出的水球。

神舟十三号乘组航天员王亚平：我们再加一点水，让水球变得更大、更圆、更漂亮。

神舟十三号乘组航天员 王亚平：同学们，现在你们是不是能够看到一个放大的我，这在上一次太空授课的时候我也做过，大家知道这是凸透镜成像的结果。

神舟十三号乘组航天员 王亚平：我们先请叶老师把水球中的气泡抽取一下，然后我们往水球里再注入一个大气泡。同学们，现在你们是不是看到一正一反两个像，这在地面上可是很难见到的。

神舟十三号乘组航天员 王亚平：同学们也可以想一下，为什么有一正一反两个像呢?感兴趣的同学可以深入研究一下，这里我可以给大家一个小提示，这是因为气泡将水球分割成了两部分，分别成像的结果。

项目7：泡腾片实验——泡腾片放入太空水球会怎样？王亚平：香香的欢乐气泡球

大家知道泡腾片遇到水之后会产生很多气泡，那么在太空，泡腾片与水球相遇会发生什么变化？

今天(9日)的“天宫课堂”第一课上，太空教师王亚平就做了这样一个实验。只见泡腾片在水球里不断冒泡，但在失重环境下，气泡虽然不断产生，但并没有离开水球。而随着气泡不断增多，水球逐渐变成了一个充满欢乐的“气泡球”，而且产生了阵阵香气。

向“天宫课堂”的老师提问的少年们都有哪些奇思妙想?

此次太空授课活动进行了全程现场直播，在中国科技馆设地面主课堂，在广西南宁、四川汶川、香港、澳门分设4个地面分课堂，共1420名中小学生代表参加现场活动。

各地中小学生都有哪些期待?探秘太空，让你印象最深刻的瞬间是什么？太空生活，大家最好奇的是什么？一起来看一看少年们都有哪些奇思妙想↓↓↓

山东师范大学附属小学科学实验小组 郑淑文：如果在太空上养一盆花，它的土会不会洒出来呢?

北京实验学校(海淀)小学学生 岳雨芊：我想知道航天员在太空睡觉的时候是怎么翻身的?

四川成都高新区银都紫藤初中学校初一学生 钟欣宇：我最好奇的就是，航天员们在太空中，如果他们想洗头的话会怎么办?他们洗完头之后，那些洗发水和残留的水怎样处理?

北京市第一零一中学学生 陈知非：我最好奇的就是航天员们是如何起居的，是以一天为生活单位，还是说以别的时间为一个生活周期。

人大附中三亚学校学生 陈俊佑：我最好奇的是他们是如何锻炼身体的，因为比如说拿俯卧撑来做例子，就是在太空没有重力的环境下，根本起不到对肌肉的一个锻炼。

四川广元市利州区东城实验学校学生 刘涵予：在太空中做健身运动会不会比地球上更累或者是更轻松，还有航天员健身后掉下的汗会不会落在地上或者是悬浮起来。

人大附中三亚学校学生 孙铄：神舟十二号在空间站也待了三个月，神舟十三号会更久，是半年的时间，我很好奇他们会在空间站做什么娱乐活动来消遣他们的时间?

人大附中三亚学校学生 陈俊佑：我最想看到的是火在太空里会呈现什么样的现象?在我们的空间站里当然有氧气，但是它没有重力，火会不会呈现另外一种形态?

人大附中三亚学校学生 孙子儒：我很好奇太空到底有没有哪怕一点点的那种阻力或者摩擦力，能不能验证这些。

四川绵阳安州一中学生 吕恒：我想看王亚平老师演示在太空中磁铁它的南北极是否还会相吸引，如果吸引的话，可以应用在航天服的拆卸、拼接或者是空间站的对接，让它更准确。

山东师范大学附属小学趣味编程爱好小组 苏杨：我想问王亚平阿姨是怎样在太空中化妆洗脸的呢?

四川成都高新区银都紫藤初中学校初二学生 桑博雯：我想问王亚平老师，动物放在太空上会基因变异吗?我想看到王亚平老师在太空上进行动物的实验。

四川广元市利州区东城实验学校学生 刘涵予：我最想带的就是装满气的气球，放到太空去，看看它会不会爆炸或者是自动漏气。

山东师范大学附属小学科学实验小组 郑淑文：如果我把刚开好的花带上了太空，那么它上面的那个花瓣会不会立马就掉下来，还是会很长很长时间再掉呢?

人大附中三亚学校学生 陈俊佑：我会带蜂蜜，因为蜂蜜是非牛顿流体，它和水是有区别的，所以我想看看它在太空中会是怎样一种形态?

北京市第一零一中学学生 魏嘉琪：我想带一个3D打印机到太空，因为太空微重力，说不定能够让3D打印机打出来更加精细或者打出更加有意思的东西出来。