頂端新聞·河南商報首席記者 韓忠林 記者 楊曉妍 實習生 張嘉琦
10月12日，陳冬、劉洋、蔡旭哲等三名航天員，將為大家帶來第三節天宮課堂，趣味、精彩的內容值得期待。
2013年首次太空授課至今已過去將近10年，中國航天技術不斷取得突破，在此基礎上，中國航天員多次擔任「太空教師」，為全國人民帶來富有科學色彩的太空授課，並形成了別具一格的太空科普教育品牌「天宮課堂」。
太空授課為無數孩子插上了夢想的翅膀，助力著人類在征服星辰大海的道路上厚積薄發。
2013年太空授課。 資料圖
第一次太空授課，已過去近10年
「大家好，我是王亞平，本次授課由我主講……」2013年6月20日，親切的聲音從距離地面300多公里的天宮一號實驗艙傳來。
航天員王亞平在聶海勝、張曉光協助下首次進行太空授課，這堂課歷時約50分鐘。
此次太空授課主要面向中小學生，「太空教師」演示了質量測量、單擺運動、陀螺運動、水膜與水球製作等實驗，讓孩子們了解失重條件下物體運動的特點、液體表面張力的作用，加深對質量、重量以及牛頓定律等基本物理概念的理解。
質量測量
重力是由地球的吸引造成的，失重的太空怎樣稱質量?太空中稱重設備利用的原理是什麼?太空教師王亞平告訴我們，用「彈簧-凸輪」機構產生的恆定力和光柵測速系統測出身體運動的加速度，根據牛頓第二定律(f=ma)就算出了身體的質量。
單擺運動
在地面上，支架上的細繩拴著一顆小球構成一個單擺系統。將小球拉起後放手，小球開始往複擺動，運動周期與細繩長度、重力加速度有關。最終，小球在空氣阻力作用下停止擺動。
但在太空中沒有重力影響，不產生擺動;如果給小球一個較小的初始速度，小球便可繞著支架軸做圓周運動，但在地面上需要足夠大的初速度才能實現。
陀螺運動
高速旋轉陀螺的自轉軸軸向在慣性空間中會保持不變。太空中，用手觸碰高速旋轉的陀螺和靜止的陀螺，高速旋轉的陀螺雖然會產生輕微晃動，但其自轉軸的軸向保持不變，而靜止的陀螺則會發生翻滾。因高速旋轉的陀螺具有很好的定向性，航天器可以採用陀螺儀來進行空間定向。
製作水膜與水球
作用於液體表面、使液體表面積縮小的力，叫液體表面張力。金屬圈插入水袋後形成的水膜不會破碎，往水膜表面貼上「中國結」，水膜依然完好。這是在太空失重環境下液體表面張力特性突顯的結果。
向水膜注水，水膜很快變成一個晶瑩剔透的大水球。這樣完美的球形只可能存在於微重力環境中，因為在地面上液體表面張力難以抗衡地球引力的影響，水球必然發生形變。
此次太空授課距今已過去近10年。當年全國有6000餘萬中小學生觀看授課直播，如今他們已經長大，航天夢的種子也在他們心中茁壯成長。
「有很多孩子因此喜歡上了航天，也有孩子因此報考了航天專業，甚至有的孩子現在已經成為我的同事，這也是讓我非常驕傲和自豪的地方。」王亞平在採訪中曾說。
2021年太空授課。 資料圖
中國首個太空科普教育品牌「天宮課堂」推出
隨著中國空間站長期在軌運行，2021年，中國首個太空科普教育品牌「天宮課堂」系列化推出，由中國航天員擔任「太空教師」，採取天地協同互動方式開展。
2021年12月9日15時40分，「天宮課堂」第一課開講，由神舟十三號上的「太空教師」翟志剛、王亞平、葉光富在中國空間站進行授課。
本次授課在中國科技館設置地面主課堂，在廣西南寧、四川汶川、香港、澳門設置地面分課堂。
首次「天宮課堂」項目包括航天員在軌工作生活場景展示、太空細胞學研究實驗展示、太空轉身、浮力消失實驗、水膜張力實驗、水球光學實驗、泡騰片實驗、天地互動交流等八項。
太空細胞學研究實驗
將細胞置於有重力或完全失重的情況下，細胞的生長形態會有所差異。
活的心肌細胞在生命活動過程中會產生生物電，生物電會激發熒光顯微鏡中的熒光物質，通過顯示屏就可觀察到熒光現象。心肌細胞具有自動節律收縮的特性，所以顯微鏡下可以觀察到它們有節律地跳動。
而在太空，其功能和基因表徵都會出現變化，當回到地面後，基因表徵基本又會退回到地面狀態，但依然有些基因的表徵會發生改變。
太空轉身
轉身，這個在地面上難度係數為零的普通動作，在太空中要實現，一側手臂需要畫圈。身體旋轉時，手臂收迴旋轉速度會變快。
微重力的環境中，航天員在不接觸空間站的情況下，類似於理想狀態下驗證「沒有外力矩，物體會處於角動量守恆」。航天員上半身向左轉動時，按照角動量守衡的原則，下半身就會向右轉。
當航天員伸展身體的時候，因為質量分布得離旋轉軸比較遠，轉動慣性比較大，所以角速度就減慢，通俗地說就是轉得慢了。而當把四肢收回時，轉動慣性小，角速度就會增加，直觀感受就是轉動速度變快了。
浮力消失實驗
在地面上，乒乓球放入水裡，會浮到水面上，那麼在太空中做同樣的實驗乒乓球「浮不浮」?答案是：不浮!
這項實驗所展現的是浮力和重力伴生的現象。浮力來源於重力引起的液體在不同深度的壓強差。當重力消失時，液體內部壓強相同，浮力也就消失了。不過地球表面難以讓浮力消失，這個試驗很難直觀地展示出來。在空間站的微重力條件下，浮力和重力之間的伴生關係就可以非常清楚地顯現。
水膜張力實驗
王亞平將她和女兒在地球上製作的花朵摺紙放進水膜，美麗的花朵瞬間綻放。在地面上，水滴中液體表面張力受到地球引力的影響，實驗效果表現不明顯;在太空失重環境中，水膜表面的水分子切面上只有一個液體表面張力的作用，水滴呈現球形，當花朵貼近水膜表面時，花朵在水膜表面張力作用下而逐漸展開。
水球光學實驗
往水膜里注入水，就得到了一個水球，接著往水球中注入一個氣泡，透過水球和氣泡能看到一正一反兩個像。
在地面上，水珠受到地球引力作用，呈現上小下大形狀。在太空中，由於微重力環境，水珠在表面張力作用下呈現透明圓球，球形水珠相當於兩個組合在一起的凸透鏡，光線通過它發生兩次折射，從而形成一個倒立的人像;當在水球中注入一個氣泡時，光線通過它發生四次折射，從而在形成一正立的人像，其中倒立的像是光線在水球中兩次折射的結果，正立的像是光線射入氣泡四次折射的結果，這都是光的折射原理引起的光學現象。
泡騰片實驗
在地面環境中，將泡騰片扔進水球里，就能看到氣泡上浮，但在中國空間站的失重環境中，因為浮力的消失，泡騰片扔進水中的產生的氣泡不再上浮，而是相互擠壓。水球也會被氣泡撐得更大，能看到水球一點點膨脹的效果。
2022年太空課堂。 資料圖
今年三月，「天宮課堂」第二課如約而至
2022年3月23日，「天宮課堂」第二課如約而至。「太空教師」依然由神舟十三號乘組航天員翟志剛、王亞平、葉光富擔任，在中國空間站進行授課。
此次太空授課，在中國科技館設地面主課堂，在西藏拉薩、新疆烏魯木齊設2個地面分課堂。
在約45分鐘的授課中，「太空教師」在軌演示了太空「冰雪」實驗、液橋演示、水油分離、太空拋物等實驗。
太空「冰雪」實驗
輕輕擠壓裝有過飽和醋酸鈉溶液的水袋，一顆有水泡的液體球慢慢從管口「跑」了出來，並懸停在空間站艙內。隨即用沾有粉末的小棒觸碰液體球後，帶水泡的液體球開始「結冰」。
在地面上，利用飽和液體結晶是分離和提純固體物質的一種方法。沾有粉末的小棒充當了凝結核的角色，而小晶體也開始迅速凝結，並且帶著水分子一起結晶，形成水合醋酸鈉的晶體，同時還會釋放出大量熱量。
液橋演示
液橋是連接著兩個固體表面之間的一段液體。在液橋演示實驗中，王亞平手持兩片透明的塑料板，葉光富向塑料板表面分別擠上水，兩片塑料板逐漸接近，水便在板間連起了一座「橋」。神奇的是，隨後王亞平雙手將塑料板輕輕拉扯，「橋」依舊也沒斷開。而液體表面張力很弱，在地面上，重力會把液體拉得向下墜，很難實現液橋現象。
水油分離
地面上，水和油混合後自然分層，油在上水在下，那麼在空間站里，水和油會自然分層嗎?答案是：不會。
在相同體積的情況下，水的密度大於油，水的質量更大。根據向心力公式F=mrw2，當角速度w和半徑r相同時，質量m大，水滴需要的向心力越大，即等效的離心力也就越大，所以質量更大的水被甩到了瓶底。水和油實現了分層。
太空拋物
在太空拋物實驗中，頂流「冰墩墩」亮相，王亞平和葉光富依次將「冰墩墩」拋出，它並沒有隨著拋物線的軌跡掉落，而是沿原有方向勻速前進。這是因為在空間站艙內，物體幾乎不受重力作用，不論往哪個方向拋，幾乎都可以看作是勻速直線運動，因為物體只受到微弱的空氣阻力作用，速度方向和大小的變化都很微小。
太空授課為孩子們插上夢想的翅膀
星辰大海永不止步，叩問蒼穹薪火相傳。這一步步「天路」，背後都是一代代航天人的智慧和心血。「天宮課堂」為孩子們講述的不僅是科學實驗的知識點，更是探索未知的航天精神。
王亞平曾在採訪中表示，太空授課開創了我們國家科普教育和中小學教育的新模式和新方法，可以說到目前為止是世界上受眾最廣，規模最大的，授課時間最長的一次科普教育直播活動。
三次太空授課激發了無數孩子心中對科學的熱情，對研究探索的興趣，對追逐夢想的勇氣。孩子們相信，正如航天員王亞平老師所說，「夢想就像浩瀚宇宙中的星辰，看似遙不可及，但只要努力和堅持，就一定能觸摸到。」
空間站作為國家太空實驗室，也是重要的太空科普教育基地，蘊含著得天獨厚的豐富教育資源，對激發社會大眾特別是青少年弘揚科學精神、熱愛航天事業具有特殊優勢。
神舟十四號飛行乘組將於10月12日繼續開展「天宮課堂」。據中國載人航天工程辦公室，航天員在空間站上飛行的過程中，與地面進行互動交流、開展一些科普活動，這以後是會常態化的。
