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一堂奇妙又精彩的太空科普课

――记中国空间站首次太空授课活动

光明日报记者 章文

时隔8年之后,中国航天员再次进行太空授课。

12月9日,中国空间站首次太空授课活动以天地互动的方式,在中国空间站和设在中国科技馆的地面主课堂,以及设在广西南宁、四川汶川、香港、澳门的地面分课堂同步进行。

在距地球表面400公里以外的中国空间站天和核心舱内,神舟十三号飞行乘组3名“太空教师”翟志刚、王亚平、叶光富为全国青少年带来了一堂奇妙又精彩的太空科普课。当天下午,记者来到设在中国科技馆的地面主课堂,与在场的中小学生一起,现场聆听“太空教师”讲课。

“太空教师”惊喜亮相

“欢迎来到‘天宫课堂’!”15时54分许,随着不断旋转的陀螺,航天员王亚平出现在大屏幕中,揭开了“天宫课堂”的序幕。

“嗨!同学们好!我是指令长翟志刚。”“感觉良好”乘组的指令长翟志刚兼职“摄像师”,精神饱满地与同学们打招呼。

“同学们好!我是航天员叶光富。”身着“企鹅服”的叶光富显得有些“与众不同”。“这是我们的一件‘秘密武器’。”翟志刚为大家进行了揭秘――分布在“企鹅服”胸部、腰部、腿部的多条弹力拉带,可将航天员的身体束缚紧,使肌肉长时间保持张力,可以有效预防失重导致的肌肉萎缩。

在屏幕里,3位“太空教师”看上去有些“胖胖的”,王亚平解释,这是由于微重力导致血液上涌所致。她依次展示了3名航天员的睡眠区,在她的睡眠区里,粘贴着她和家人的照片还有喜欢的小物品,显得格外温馨。

太空跑台、太空厨房物品、太空自行车……跟随王亚平的镜头,孩子们“参观”了太空家园,时不时发出惊叹的声音。

神奇实验别开生面

在约60分钟的互动交流授课过程中,3名“太空教师”演示了失重环境下细胞学实验、物体运动、液体表面张力等现象,天地间不断响起掌声和笑声。

在失重环境下,细胞会有何种神奇的变化?

叶光富将细胞样本放到显微镜的镜头下面,然后利用笔记本电脑的软件对细胞进行观测。从屏幕上可以看到,心肌细胞在荧光显微镜的观察下,出现了一个类似于心脏的跳动,随着细胞跳动,荧光一闪一闪的。此外细胞跳动的画面也非常神奇,它们以成片的形式在收缩,就像心肌那样一动一动,很有节律地在运动。

北京航空航天大学教授刘红告诉记者,这是心肌细胞的一个生物电的反应。心肌细胞在太空生长后,形成了一个网,这些细胞都是活的,它们都有生命,会产生生物电,生物电可以激发荧光,呈现出大家所看到的一闪一闪的效果。“这对于我们研究在太空中人的心血管系统变化等,提供了很好的实验平台。”刘红说。

当地面课堂学生问到在空间站里能否像地面一样走路时,王亚平不是简单回答,而是请叶光富进行现场教学来解答:随即叶光富开始展示太空走路和太空转身,这些原本在地面上难度系数为零的普通动作,在太空中却变得十分困难。只见叶光富飘浮在空中,没有借助把手的他上半身向左旋转的时候,下半身就会朝右旋转,上半身朝右旋转,下半身就会朝左转,上下总是拧着。当他举起右手,在空中画圈,随着圈越画越快,他开始缓慢地旋转了!而当他将手臂展开时,旋转开始变慢,手臂收回时旋转变得快了起来。“帮助叶老师完成转身的这个动作和角动量相关。”王亚平解释道。

什么是角动量?中国科技馆科普讲师团副团长陈征介绍,角动量是描述物体转动的物理量。这个试验所展现的是在微重力的环境中,航天员在不接触空间站的情况下,类似于理想状态下验证“没有外力矩,物体会处于角动量守恒”。航天员上半身向左转动时,按照角动量守恒的原则,下半身就会向右转,“另一个动作是航天员伸展身体的时候,因为质量分布得离旋转轴比较远,转动惯性比较大,所以角速度就减慢,通俗地说就是转得慢了。而当把四肢收回时,转动惯性小,角速度就会增加,直观感受就是转动速度变快了。”陈征说。

“因为有浮力,船才能在大海上航行。”王亚平一边说,一边把一颗乒乓球放入塑料瓶并压入水中,乒乓球没有浮起,反而没入水中,引得现场同学啧啧称奇。陈征介绍,“浮力消失”这项实验所展现的是浮力和重力伴生的现象。浮力来源于重力引起的液体在不同深度的压强差。当重力消失时,液体内部压强相同,浮力也就消失了。不过地球表面难以让浮力消失,这个试验很难直观地展示出来。在空间站的微重力条件下,浮力和重力之间的伴生关系就可以非常清楚地显现。

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在水膜张力实验中,王亚平先用金属环从饮水袋中取出一个水膜,缓慢注水制作成厚水膜,看起来就像是一个放大镜。接着,她拿出一朵和女儿在地球上一起完成的折纸花贴在水膜上,花朵慢慢舒展开来,在“太空之家”盛开。“看到这朵花,我就想到了我的女儿。”王亚平动情地说,“同学们,你们都是祖国的花朵,含苞待放;未来是你们的,希望你们的梦想,都能在这广袤的宇宙中绽放。”

王亚平接着往水膜上注水,不一会儿,水膜就变成了一个亮晶晶的大水球。用注射器向水球内注入空气,在水球内产生了一个标准的球形气泡,还能看到一正一反两个成像,“这是气泡将水球分割成了两部分,分别成像的结果”。精彩的画面,让现场的同学们都舍不得眨眼。

几个实验下来,“太空教师”们风趣幽默,天地互动问答自如,课堂进行得非常流畅。

最后一个实验,是本次太空授课中的一项趣味性实验――做一个“太空欢乐球”。

只见王亚平将准备好的颜料加入水球中,一个漂亮的蓝色水球诞生了!随着橙色泡腾片加入水球中,泡腾片在水球中不断产生橙色的小气泡。神奇的是,在失重环境下,这些气泡只是不断产生,并没有离开水球。陈征介绍,在地面环境中,将泡腾片扔进水球里,就能看到气泡上浮,可在中国空间站的失重环境中,因为浮力的消失,泡腾片扔进水中产生的气泡不再上浮,而是相互挤压,所以这个水球也会被气泡撑得更大,就能看到水球一点点膨胀的效果。

“这个蓝色小球是不是很像我们的地球,地球是我们人类在宇宙中的摇篮,但人类不可能永远生活在摇篮里。”王亚平说,“如今我们拥有了自己的空间站,相信未来中国人的脚步一定会踏入月球、火星和更远深空!”

奇思妙想点燃科学梦想

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实时互动交流,一个个创意满满的太空问答也满足了孩子们的好奇心。

“我们可以给你们发邮件吗?”面对澳门同学的提问,叶光富笑着回答,虽然目前无法直接传输邮件到天上,但很欢迎孩子们在网站上给他们留言。

汶川的同学提问:“在太空能看到闪烁的星星吗?有没有UFO?天也是那么蓝吗?”王亚平回答说:“透过舷窗,我们可以看到地球,也可以看到日月星辰,但是没有看到过UFO。由于没有大气对光的散射作用,我们看到的太空不是蓝色的,而是深邃的黑色。”

“乘坐飞船,是不是和坐过山车一样刺激?”北京的同学提问。“坐飞船可比坐过山车要更刺激,飞船的速度远远大于过山车。”翟志刚笑着说。

“在空间站中,氧气和二氧化碳如何进行循环?”“在太空中睡觉会飘来飘去吗?会做梦吗?做的梦和在地球上有什么不用?”面对孩子们的提问,王亚平的解答充满了幽默:“在太空中睡觉,无论什么姿势都有种站着睡觉的感觉。每次睁开眼睛,看见自己悬浮在睡袋里,反而有种做梦的感觉。”

欢乐的时光总是过得很快,不知不觉,课堂接近尾声。在依依不舍中,3位“太空教师”分别为同学们送上一句太空寄语――

翟志刚说:“太空科技,奥秘无穷!未来属于你们!”

“星空浩瀚无比,探索永无止境!希望同学们张开梦想的风帆,向无尽的宇宙远航!”叶光富说。

“飞天梦永不失重,科学梦张力无限!同学们,期待再次见面!”王亚平的寄语与8年前相同,又有所不同,这其中,更多了一份期待。

“此次授课最显著的特点是天地互动,师生在交流互动中展示有趣的科学现象,来激发孩子们的好奇心和求知欲,在孩子们心中埋下科学思维的种子。”陈征表示,在看完这些实验的内容后,孩子们可以再去进行探索,在地面上尝试更多可能的方案,甚至以后可以把他们的奇思妙想带到太空去。来自北京市朝阳师范学校附属小学四年二班的陈浩初兴奋地说:“‘天宫课堂’太精彩了!我一定要好好学习科学文化知识,将来努力探索宇宙的奥秘。”

《光明日报》( 2021年12月10日 08版)

[ 责编:孙宗鹤 ]

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