太空授课中温热的冰球写出自己的思考和看法?

这次太空授课活动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。

后续,“天宫课堂”将持续开展太空授课活动,进行形式多样、内容丰富的航天科普教育。

太空实验背后蕴含哪些奥秘?

“太空教师”翟志刚、王亚平、叶光富为什么要做科学实验?背后蕴含着哪些科学奥妙?与人类探索浩瀚宇宙又有什么关联?多位专家一一进行解读。

实验一:温热的“冰球”

【现象回顾】这一幕仿佛发生在“魔法世界”:透明的液球飘在半空中,王亚平用一根小棍点在液球上,球体瞬间开始“结冰”,几秒钟就变成通体雪白的“冰球”。

王亚平说,这枚“冰球”摸上去是温热的。

【专家解读】“太空‘冰雪’实验实际上是过饱和乙酸钠溶液形核、结晶的过程,过程当中会释放热量。”中国科学院空间应用工程与技术中心研究员张璐介绍,过饱和溶液结晶通常需要外界“扰动”,而这个实验的“玄机”就在于小棍上沾有晶体粉末,为过饱和乙酸钠溶液提供了凝结核,进而析出三水合乙酸钠晶体。

【延伸阅读】在地面上进行结晶实验时,晶体的样子可能因容器形状不同有很大差异。

而在微重力环境中,晶体并不受容器的限制,可以悬浮在半空“自由生长”,这与中国空间站里的无容器材料实验柜相呼应。

无容器材料实验柜目前主要有两个用途:一是实现材料在无容器状态下从熔融到冷却凝固的过程,供科研人员收集物性参数进行研究;二是用于特殊材料在轨生长,缩短新材料从实验室走向流水线、走进大众视野的时间。

实验二:“拉不断”的液桥

【现象回顾】叶光富将水分别挤在两块液桥板上,水球状似倒扣着的碗。

液桥板合拢,两个水球“碗底”挨“碗底”;液桥板分开,一座中间细、两头粗的“桥”将两块板相连;王亚平再将液桥板拉远,液桥变得更细、更长,仍然没有断开。

【专家解读】张璐介绍,微重力环境与液体表面张力是液桥得以成形的主要原因。

日常生活中的液桥不易被察觉,比如洗手时两个指尖偶然形成几毫米液柱,再拉远一点就会受重力作用坍塌。

而在空间站里,航天员轻松演示出比地面大数百倍的液桥,这在地面上是不可能看到的景象。

【延伸阅读】液体表面张力是“天宫课堂”中的高频词,天宫一号太空授课、中国空间站首次太空授课做过的水膜、水球实验都阐释了这一原理。

中国科学院力学研究所研究员康琦介绍,空间站可以最大限度摆脱地面重力影响,为包括液桥实验在内的流体力学研究创造了良好的条件。

实验三:“分不开”的水和油

【现象回顾】王亚平用力摇晃一个装有水和油的瓶子,让水油充分混合,瓶中一片黄色。时间一分一秒过去,瓶中没有发生任何变化,油滴仍然均匀分布在水中。

叶光富前来助力,抓着系在瓶上的细绳甩动瓶子。数圈后,水油明显分离,油在上层,水在下层。

【专家解读】“我们都知道地面上油比水轻,平时喝汤的时候看到油花都习以为常。”中国科学院物理研究所研究员梁文杰说,然而在空间站中,情况却大不一样,水和油之所以“难舍难分”、长时间保持混合态,是由于在微重力环境下密度分层消失了,也就是浮力消失了。

“水油在天上成功分离的原因是,瓶子高速旋转时类似离心机,可以理解为离心作用使得浮力重新出现了。”张璐说。

国际空间站如何开展太空授课

在载人航天器上开展太空授课具有十分重要的意义,许多国家都对太空授课项目高度重视。

国际宇航联空间运输委员会副主席杨宇光在接受《环球时报》记者采访时表示,如果不限于形式,目前很多国家都开展过“太空授课”活动,“比如俄罗斯、加拿大、韩国和马来西亚等国的宇航员都曾在太空中录制视频,然后带回地面展示”,但如果严格按照天地连线的形式定义太空授课,目前全世界仅有中美两国实现了太空授课的直播。

据美国国家航空航天局(NASA)官网信息显示,美国的太空授课项目启动较早,但实现过程历经艰辛与磨难。

还记得三个月前的“网课天花板”吗?

“天宫课堂”第一课正式开讲

这是中国空间站首次太空授课活动

一起复习“天宫课堂”第一讲名场面

神舟十三号“感觉良好”乘组

就被不少小伙伴念叨、催更

翟志刚、王亚平、叶光富

在约45分钟的授课中,翟志刚、王亚平、叶光富相互配合,生动演示微重力环境下太空“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。

此次太空授课由中央广播电视总台进行了全程现场直播,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。

“天宫课堂”第二课开讲前,王亚平老师先展示了太空拧毛巾与地面的明显差异,在微重力下,太空中拧毛巾时水并没有流下,而是全部附着在手上形成一层水膜,像手套一样。

紧接着,王亚平老师在空间站展示中国民间传统而独特的手工艺——扎染,她制作了一幅蓝白相间的扎染作品,花色酷似降落伞,一起看看↓

太空“冰雪”实验演示失重状态下的饱和液体结晶现象。

王亚平老师利用过饱和乙酸钠溶液,制作了一颗冰球。这个液体球,长得像冰球其实是热球。

“太空‘冰雪’实验实际上是过饱和乙酸钠溶液形核、结晶的过程,过程当中会释放热量。”中国科学院空间应用工程与技术中心研究员张璐介绍,过饱和溶液结晶通常需要外界“扰动”,而这个实验的“玄机”就在于小棍上沾有晶体粉末,为过饱和乙酸钠溶液提供了凝结核,进而析出三水合乙酸钠晶体。

还是原来那个“桥”吗?

液桥演示实验演示失重环境下水的表面张力作用。

微重力环境下,液体的表面张力更加凸显。天宫课堂的液桥演示实验中,水在表面张力作用下将两个塑料板连接起来,在太空可用液体搭一座桥。

液桥是指在固体间的小液柱。自己在家做实验,可以让一滴水夹在大拇指和食指中间,两只手指慢慢分离,观察通过这种方法形成液桥的最大长度。

液桥的原理比较简单,气液界面之间存在着表面张力,使得液体表面好比有一层很薄的弹性薄膜一样。正是这样一层“虚拟”的薄膜,使液桥的表面形貌得以维持,而不会“垮塌”。

但是由于表面张力很弱,所以在正常重力环境下形成的液桥尺寸很小(通常只有几毫米),超过这个尺寸,液桥将无法平衡其重力而垮塌。

液体表面张力是“天宫课堂”中的高频词,天宫一号太空授课、中国空间站首次太空授课做过的水膜、水球实验都阐释了这一原理。

在太空之家会不会彼此相拥?

水油分离实验演示失重环境下水油分层现象消失、通过旋转产生离心力实现分层。

在地面上,水和油自然分层,油在上水在下。然而,在空间站,水和油并没有自然分层,需要在离心作用下才可实现分层。

课堂上,在王亚平手里的小瓶中,装着水、油两种物质。在空间站环境下,晶莹剔透的油滴并不会像在地面一样上浮,而是与水相混合,这和首次太空授课时,水中泡腾片不断翻腾的气泡现象相互呼应。

不过,在叶光富用一根绳系住瓶子并快速旋转小瓶后,由于离心力的作用,水油则出现了分层。

他们背后的原理都是在微重力环境下密度分层的消失。换句话说,水和油之所以“难舍难分”、长时间保持混合态,是由于在微重力环境下密度分层消失了,也就是浮力消失了。

太空抛物实验演示天地之间抛物区别。

太空抛物实验中,来了一位特殊的助教,奥运顶流“冰墩墩”高调亮相。王老师在太空抛墩墩,展示了牛顿第一定律所描述的现象。在空间站中,冰墩墩被抛出后,几乎不受外力影响,保持近似匀速直线运动。

这个知识点要是记不住,可就对不起“再就业”的冰老师了~

网友们还提出了一些有趣的问题

空间站里流眼泪是啥样子?

没有重力,皮肤会不会变好?

戳视频,听听航天员怎么说?

揭秘“天宫课堂”第二课幕后高科技

“天宫课堂”第二课的内容要从约400公里外的宇宙空间传回地球,不是一件简单的事,这背后离不开一些高科技航天设备的支持。

高速通信处理器是天地通信的“利器”之一,它在中国空间站与地球之间架起一座无形的“鹊桥”,使得中国空间站上的图像、话音数据以及其他载荷用户数据,能实时地、准确地在这个无形“桥梁”上通过,传送到地球。

在“天宫课堂”的授课中,航天员老师们与地面的学生交流,也离不开八院电子所研制的空间站话音处理器。据介绍,该话音处理器能实现中国空间站舱内、舱间、天地、出舱,以及核心舱和神舟飞船之间的音频通话,天地间实时通话的时延在1秒以内。

此外,这次“天宫课堂”连线中使用的摄像机种类繁多,有用于舱内环境监视的广角定向摄像机,有用于细节监视的变焦云台摄像机,还有用于直播授课的便携无线手持摄像机。机位众多、视角各异、远近兼顾,保证了全过程画质的细腻和流畅。

45分钟的太空授课背后

是广大航天科技工作者的砥砺奋斗

这是中国空间站第二次太空授课

也是中国航天员第三次进行太空授课

来源:中国空间站“天宫课堂”、央视新闻、新华社、央视一套、人民日报、科普中国、中国新闻网、科技日报、北京日报、蝌蚪五线谱等

东莞市科学技术博物馆闭馆公告

地址:东莞市南城街道元美中路2号东莞市科学技术博物馆南门

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