編者的話：3月23日，“天宮課堂”第二課在中國(guó)空間站開(kāi)講，“太空教師”翟志剛、王亞平、葉光富在中國(guó)空間站為廣大青少年再度帶來(lái)一場(chǎng)“高能”的太空科普課。本次“天宮課堂”選擇的知識(shí)點(diǎn)與之前相比有哪些不同，太空授課這種形式具有哪些重要意義呢?

在約45分鐘的授課中，翟志剛、王亞平、葉光富相互配合，生動(dòng)演示微重力環(huán)境下太空“冰雪”實(shí)驗(yàn)、液橋演示實(shí)驗(yàn)、水油分離實(shí)驗(yàn)、太空拋物實(shí)驗(yàn)，深入淺出講解實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象背后的科學(xué)原理，同時(shí)展示部分空間科學(xué)設(shè)施，介紹在空間站的工作生活情況。授課期間，航天員通過(guò)視頻通話形式與地面課堂師生進(jìn)行互動(dòng)交流。

中科院空間應(yīng)用工程與技術(shù)中心應(yīng)用發(fā)展中心主任張偉在接受《環(huán)球時(shí)報(bào)》記者采訪時(shí)表示，與中國(guó)空間站第一次太空授課不同的是，第二次太空授課中，中國(guó)空間站的實(shí)驗(yàn)機(jī)柜也參與到授課過(guò)程中，3名航天員將日常生活中的一些科學(xué)知識(shí)和航天員在太空中的研究結(jié)合起來(lái)進(jìn)行演示。

在首先進(jìn)行的太空“冰雪”實(shí)驗(yàn)中，“太空教師”王亞平演示了失重狀態(tài)下的飽和液體結(jié)晶現(xiàn)象。據(jù)《環(huán)球時(shí)報(bào)》記者了解，這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)由中科院空間應(yīng)用工程與技術(shù)中心提交，主要是利用過(guò)飽和無(wú)水醋酸鈉溶液結(jié)晶來(lái)呈現(xiàn)“點(diǎn)水成冰”的效果。

中科院物理研究所研究員魏紅祥在接受《環(huán)球時(shí)報(bào)》記者采訪時(shí)表示，在空間站的微重力環(huán)境中開(kāi)展這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，它的結(jié)晶狀況跟地面上開(kāi)展實(shí)驗(yàn)的差別很大，空間站中并未使用容器，最終結(jié)晶為圓球狀，還可以往外發(fā)展，但如果在地面使用容器開(kāi)展實(shí)驗(yàn)，受容器限制，只能往內(nèi)結(jié)晶。

來(lái)自中國(guó)科技館“地面課堂”的吳老師介紹，這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)所引出的空間站上的無(wú)容器材料實(shí)驗(yàn)柜堪稱是研究材料的“大國(guó)重器”。

據(jù)《環(huán)球時(shí)報(bào)》記者了解，無(wú)容器材料科學(xué)實(shí)驗(yàn)柜通過(guò)靜電場(chǎng)精確控制樣品位置，利用激光加熱可使樣品最高溫度達(dá)3000攝氏度，可以開(kāi)展金屬及非金屬化合物材料物性的研究。可揭示各類材料的特性及生長(zhǎng)規(guī)律，攻克在地面條件下材料制備無(wú)法解決的難題，開(kāi)發(fā)出具有新型功能的材料。實(shí)驗(yàn)成果可在高溫單晶合金(航空發(fā)動(dòng)機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)葉片)、核電站高溫材料、新型鐵基超導(dǎo)材料、新型紅外遙感探測(cè)材料、醫(yī)學(xué)探測(cè)器材料等領(lǐng)域獲得應(yīng)用。

在液橋演示實(shí)驗(yàn)中，王亞平演示了失重環(huán)境下水的表面張力作用。天宮課堂地面主課堂授課教師李曉彤介紹稱，在地面上無(wú)法做出空間站上這么大的液橋，而“太空老師”們就可以更加形象地展現(xiàn)這個(gè)實(shí)驗(yàn)，讓同學(xué)們對(duì)于液體表面張力有更加直觀和深刻的認(rèn)識(shí)。“太空授課的液橋?qū)嶒?yàn)一方面是書(shū)本知識(shí)的一種非常好的實(shí)踐和補(bǔ)充，讓同學(xué)們?cè)陬^腦中靠想象才能理解的圖像得以放大和實(shí)現(xiàn)，從而更加深刻地去理解這個(gè)概念。”在水油分離實(shí)驗(yàn)中，王亞平演示的是失重環(huán)境下水油分層現(xiàn)象消失、通過(guò)旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生離心力實(shí)現(xiàn)分層的現(xiàn)象。吳老師介紹稱，這些實(shí)驗(yàn)共同展示的現(xiàn)象都是密度分層的消失，原因就在于空間站中的微重力環(huán)境。

微重力環(huán)境有什么作用?吳老師解釋稱，如果在空間站的微重力環(huán)境下，向熔融的合金中注入氣體，就可以得到高質(zhì)量的泡沫金屬，利用的正是微重力環(huán)境沒(méi)有密度分層這個(gè)優(yōu)勢(shì)。這種泡沫金屬是重要的航空航天材料，在能源和環(huán)保領(lǐng)域也非常重要。而這還只是微重力環(huán)境一個(gè)簡(jiǎn)單直觀的應(yīng)用。

在最后開(kāi)展的太空拋物實(shí)驗(yàn)中，王亞平用冰墩墩演示了天地之間拋物的區(qū)別。天宮課堂地面主課堂授課老師張健介紹稱，通過(guò)這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)可以引申出牛頓的高山大炮實(shí)驗(yàn)和第一宇宙速度的概念。“牛頓的高山大炮實(shí)驗(yàn)是一種思想實(shí)驗(yàn)，如果掌握了思想實(shí)驗(yàn)，就可以在邏輯力量的支配下去探索未知的世界。”張健稱。