“来自中国的水稻种子和拟南芥种子已经发芽，并正在茁壮成长……”10月12日，一场别开生面的“天宫课堂”再次走进人们的视野。在距离地球400公里的中国空间站问天实验舱里，神舟十四号飞行乘组航天员陈冬、刘洋、蔡旭哲向广大青少年进行太空授课。
在太空中，微重力环境下毛细效应与地球上所呈现的迥然不同，水球中加入钢球后，流体变慢了；种子在问天实验舱内生根发芽，再过不久就能被带回地球……
同样的科学实验，为什么在地球和太空中呈现出完全不同的现象？在太空中种植植物，将给人类带来什么？天目新闻专访多名相关领域专家，为你揭开“天宫课堂”的奥秘。
太空舱里的物理现象
蕴含哪些原理？
本次“天宫课堂”上，3名航天员在微重力环境下演示了毛细效应实验、水球变“懒”实验、太空趣味饮水、会调头的扳手等。
在“问天实验舱”演示的毛细效应实验里，一个装满水的培养皿中，放入三根粗细不同的塑料管。最细的塑料管里，水马上爬上管子顶部，随后最粗的塑料管水位逐渐上升，数十秒后水爬上管子顶部。神奇的是，中等粗细的塑料管内水位上升速度并不明显。
浙江大学物理系凝聚态物理研究所教授李宏年向天目新闻解析，毛细效应现象涉及三种力，第一种是水分子之间的吸引力，使水成为结合在一起的流体；第二种是水分子和塑料管之间的粘附力，使水分子沿壁铺开，即沿塑料管向上移动；第三种是微弱的重力，几乎不存在。相对而言，第二种力促使水向上移动效果最明显，所以太空中不管塑料管多长，水都能升到最高处。至于为什么中等粗细的塑料管中水位上升最慢，李教授解释，第二种力跟塑料管弯曲程度有关，很细很粗的塑料管与水作用较强，中等粗细的作用力弱一些，所以毛细运动慢一些。现实中，毛细效应原理目前应用在航空器发动机的燃料储箱等。
水球“变懒”实验中，一颗钢珠进入水球后，钢珠也不会从水球中掉落，水球在同等风力的吹动下不会破碎，但明显减少晃动“变懒”了。李宏年教授介绍，水对钢球有粘滞力，钢球冲进去后由于重力微弱不会从水球中掉落。水球“变懒”背后的原理是，晃动或振动的幅度与物体的质量成反比，振动的频率也随质量增大而减小（注：太空里没有重量，但质量一点也不少）。
此外，太空趣味饮水也很有意思。刘洋用一根两米长的饮水管，轻松一吸便喝到了芒果汁。日常生活中，由于重力作用，饮水管越高，吮吸越费力，但在空间站的微重力环境下，依靠吮吸力量就可以喝到两米以外的饮水袋里的芒果汁了。
拟南芥和水稻进入太空
要承担怎样的科研使命？
两个多月前，载有实验样品拟南芥种子和水稻种子的实验单元在中国空间站问天实验舱正式启动实验。这也是国际上首次对水稻在空间站“从种子到种子”全生命周期的培养研究。这也意味着，在太空实验中，我国已从最初关注如何把植物养活，到现在关注植物的萌发、生长、开花和产生种子的全过程。
在今天的“天宫课堂”中，人们欣喜地发现，问天实验舱内的水稻种子，在历经70多天的“太空生长”后，已经长成了一株株水稻植株。
而在拟南芥的培养中，航天员则发现空间环境对植物生长方向和发育过程都有显著的影响，比如微重力条件下，植物根、茎、叶的生长方向没有了上下之分。
天目新闻记者了解到，此次神舟十四号飞行乘组航天员承担的实验任务是培植不同开花时间的拟南芥，取样带回地球让科学家们从基因层面发现植物生长发育的关键环节，以期解决太空种植物开花时间晚、种子结出率低等影响植物繁衍的问题。
为何选择拟南芥和水稻这两种植物进行太空培植？航天育种（杨凌）种质资源研究中心主任、国家林草局三北防护林体系建设工程航天育种种质资源研究课题组组长郭锐在太空育种上有着丰富的实践和经验，他在接受天目新闻采访时表示，“在地面和太空环境中同时种植，通过互相对比就可以探索重力对作物生长发育的影响。”
“掌握了重力对植物生长发育的影响，就可能提高我们的农业生产水平。”郭锐也期待着，随着逐步解决太空植物结籽少，生长延迟等问题，中国能够在太空建立起维持生命的生产系统，实现食品自给自足，为航天事业走向星辰大海做好技术储备。
星空浩瀚无比
探索永无止境
天目新闻了解到，这已是我国“天宫课堂”第三课。在此之前，我国分别于2021年12月9日、2022年3月23日由神舟十三号乘组航天员翟志刚、王亚平、叶光富在中国空间站进行太空授课。
本次“天宫课堂”的“讲堂”在以往天和核心舱的基础上，首次将课堂设在了“问天实验舱”。这样一来，“问天实验舱”还能开展大规模舱外实验，“太空教师”的活动范围更大了，就像是把一个大型科学实验室搬到了太空。
在这里，配备了先进的科学实验柜，有生命生态实验柜、生物技术实验柜、变重力实验柜以及科学手套箱与低温存储柜，主要用于开展空间生命科学与生物技术和重力流体物理以及空间材料科学等领域的研究。
科学家把实验室搬到太空中，正是因为太空中有着微重力、强辐射、高真空等许多与地面不同的特殊环境条件，其中最为显著的就是微重力环境——在地面上能够被明显感受到的重力，到了“问天舱”中则变得微乎其微。
“天宫课堂”授课专家组成员、北京交通大学副教授陈征介绍，包括航天系统的专家、高校教师与科研人员、中小学老师等在内的多个领域的专家参与了“天宫课堂”备课，目的就是在于传播普及载人航天知识，激发广大青少年对科学的兴趣。而对于科学领域来说，太空实验对现实科学研究更是意义重大。
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（来源：天目新闻）
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