「來自中國的水稻種子和擬南芥種子已經發芽，並正在茁壯成長……」10月12日，一場別開生面的「天宮課堂」再次走進人們的視野。在距離地球400公里的中國空間站問天實驗艙里，神舟十四號飛行乘組航天員陳冬、劉洋、蔡旭哲向廣大青少年進行太空授課。
在太空中，微重力環境下毛細效應與地球上所呈現的迥然不同，水球中加入鋼球後，流體變慢了；種子在問天實驗艙內生根發芽，再過不久就能被帶回地球……
同樣的科學實驗，為什麼在地球和太空中呈現出完全不同的現象？在太空中種植植物，將給人類帶來什麼？天目新聞專訪多名相關領域專家，為你揭開「天宮課堂」的奧秘。
太空艙里的物理現象
蘊含哪些原理？
本次「天宮課堂」上，3名航天員在微重力環境下演示了毛細效應實驗、水球變「懶」實驗、太空趣味飲水、會調頭的扳手等。
在「問天實驗艙」演示的毛細效應實驗里，一個裝滿水的培養皿中，放入三根粗細不同的塑料管。最細的塑料管里，水馬上爬上管子頂部，隨後最粗的塑料管水位逐漸上升，數十秒後水爬上管子頂部。神奇的是，中等粗細的塑料管內水位上升速度並不明顯。
浙江大學物理系凝聚態物理研究所教授李宏年向天目新聞解析，毛細效應現象涉及三種力，第一種是水分子之間的吸引力，使水成為結合在一起的流體；第二種是水分子和塑料管之間的粘附力，使水分子沿壁鋪開，即沿塑料管向上移動；第三種是微弱的重力，幾乎不存在。相對而言，第二種力促使水向上移動效果最明顯，所以太空中不管塑料管多長，水都能升到最高處。至於為什麼中等粗細的塑料管中水位上升最慢，李教授解釋，第二種力跟塑料管彎曲程度有關，很細很粗的塑料管與水作用較強，中等粗細的作用力弱一些，所以毛細運動慢一些。現實中，毛細效應原理目前應用在航空器發動機的燃料儲箱等。
水球「變懶」實驗中，一顆鋼珠進入水球後，鋼珠也不會從水球中掉落，水球在同等風力的吹動下不會破碎，但明顯減少晃動「變懶」了。李宏年教授介紹，水對鋼球有粘滯力，鋼球衝進去後由於重力微弱不會從水球中掉落。水球「變懶」背後的原理是，晃動或振動的幅度與物體的質量成反比，振動的頻率也隨質量增大而減小（註：太空里沒有重量，但質量一點也不少）。
此外，太空趣味飲水也很有意思。劉洋用一根兩米長的飲水管，輕鬆一吸便喝到了芒果汁。日常生活中，由於重力作用，飲水管越高，吮吸越費力，但在空間站的微重力環境下，依靠吮吸力量就可以喝到兩米以外的飲水袋裡的芒果汁了。
擬南芥和水稻進入太空
要承擔怎樣的科研使命？
兩個多月前，載有實驗樣品擬南芥種子和水稻種子的實驗單元在中國空間站問天實驗艙正式啟動實驗。這也是國際上首次對水稻在空間站「從種子到種子」全生命周期的培養研究。這也意味着，在太空實驗中，我國已從最初關注如何把植物養活，到現在關注植物的萌發、生長、開花和產生種子的全過程。
在今天的「天宮課堂」中，人們欣喜地發現，問天實驗艙內的水稻種子，在歷經70多天的「太空生長」後，已經長成了一株株水稻植株。
而在擬南芥的培養中，航天員則發現空間環境對植物生長方向和發育過程都有顯著的影響，比如微重力條件下，植物根、莖、葉的生長方向沒有了上下之分。
天目新聞記者了解到，此次神舟十四號飛行乘組航天員承擔的實驗任務是培植不同開花時間的擬南芥，取樣帶回地球讓科學家們從基因層面發現植物生長發育的關鍵環節，以期解決太空種植物開花時間晚、種子結出率低等影響植物繁衍的問題。
為何選擇擬南芥和水稻這兩種植物進行太空培植？航天育種（楊凌）種質資源研究中心主任、國家林草局三北防護林體系建設工程航天育種種質資源研究課題組組長郭銳在太空育種上有着豐富的實踐和經驗，他在接受天目新聞採訪時表示，「在地面和太空環境中同時種植，通過互相對比就可以探索重力對作物生長發育的影響。」
「掌握了重力對植物生長發育的影響，就可能提高我們的農業生產水平。」郭銳也期待着，隨着逐步解決太空植物結籽少，生長延遲等問題，中國能夠在太空建立起維持生命的生產系統，實現食品自給自足，為航天事業走向星辰大海做好技術儲備。
星空浩瀚無比
探索永無止境
天目新聞了解到，這已是我國「天宮課堂」第三課。在此之前，我國分別於2021年12月9日、2022年3月23日由神舟十三號乘組航天員翟志剛、王亞平、葉光富在中國空間站進行太空授課。
本次「天宮課堂」的「講堂」在以往天和核心艙的基礎上，首次將課堂設在了「問天實驗艙」。這樣一來，「問天實驗艙」還能開展大規模艙外實驗，「太空教師」的活動範圍更大了，就像是把一個大型科學實驗室搬到了太空。
在這裡，配備了先進的科學實驗櫃，有生命生態實驗櫃、生物技術實驗櫃、變重力實驗櫃以及科學手套箱與低溫存儲櫃，主要用於開展空間生命科學與生物技術和重力流體物理以及空間材料科學等領域的研究。
科學家把實驗室搬到太空中，正是因為太空中有着微重力、強輻射、高真空等許多與地面不同的特殊環境條件，其中最為顯著的就是微重力環境——在地面上能夠被明顯感受到的重力，到了「問天艙」中則變得微乎其微。
「天宮課堂」授課專家組成員、北京交通大學副教授陳征介紹，包括航天系統的專家、高校教師與科研人員、中小學老師等在內的多個領域的專家參與了「天宮課堂」備課，目的就是在於傳播普及載人航天知識，激發廣大青少年對科學的興趣。而對於科學領域來說，太空實驗對現實科學研究更是意義重大。
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（來源：天目新聞）
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