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一堂奇妙又精彩的太空科普課

核心提示: 12月9日,中國空間站首次太空授課活動以天地互動的方式,在中國空間站和設在中國科技館的地面主課堂,以及設在廣西南寧、四川汶川、香港、澳門的地面分課堂同步進行。

一堂奇妙又精彩的太空科普課

——記中國空間站首次太空授課活動

光明日報記者章文

時隔8年之后,中國航天員再次進行太空授課。

12月9日,中國空間站首次太空授課活動以天地互動的方式,在中國空間站和設在中國科技館的地面主課堂,以及設在廣西南寧、四川汶川、香港、澳門的地面分課堂同步進行。

在距地球表面400公里以外的中國空間站天和核心艙內,神舟十三號飛行乘組3名“太空教師”翟志剛、王亞平、葉光富為全國青少年帶來了一堂奇妙又精彩的太空科普課。當天下午,記者來到設在中國科技館的地面主課堂,與在場的中小學生一起,現場聆聽“太空教師”講課。

“太空教師”驚喜亮相

“歡迎來到‘天宮課堂’!”15時54分許,隨著不斷旋轉的陀螺,航天員王亞平出現在大屏幕中,揭開了“天宮課堂”的序幕。

“嗨!同學們好!我是指令長翟志剛。”“感覺良好”乘組的指令長翟志剛兼職“攝像師”,精神飽滿地與同學們打招呼。

“同學們好!我是航天員葉光富。”身著“企鵝服”的葉光富顯得有些“與眾不同”。“這是我們的一件‘秘密武器’。”翟志剛為大家進行了揭秘——分布在“企鵝服”胸部、腰部、腿部的多條彈力拉帶,可將航天員的身體束縛緊,使肌肉長時間保持張力,可以有效預防失重導致的肌肉萎縮。

在屏幕里,3位“太空教師”看上去有些“胖胖的”,王亞平解釋,這是由于微重力導致血液上涌所致。她依次展示了3名航天員的睡眠區,在她的睡眠區里,粘貼著她和家人的照片還有喜歡的小物品,顯得格外溫馨。

太空跑臺、太空廚房物品、太空自行車……跟隨王亞平的鏡頭,孩子們“參觀”了太空家園,時不時發出驚嘆的聲音。

神奇實驗別開生面

在約60分鐘的互動交流授課過程中,3名“太空教師”演示了失重環境下細胞學實驗、物體運動、液體表面張力等現象,天地間不斷響起掌聲和笑聲。

在失重環境下,細胞會有何種神奇的變化?

葉光富將細胞樣本放到顯微鏡的鏡頭下面,然后利用筆記本電腦的軟件對細胞進行觀測。從屏幕上可以看到,心肌細胞在熒光顯微鏡的觀察下,出現了一個類似于心臟的跳動,隨著細胞跳動,熒光一閃一閃的。此外細胞跳動的畫面也非常神奇,它們以成片的形式在收縮,就像心肌那樣一動一動,很有節律地在運動。

北京航空航天大學教授劉紅告訴記者,這是心肌細胞的一個生物電的反應。心肌細胞在太空生長后,形成了一個網,這些細胞都是活的,它們都有生命,會產生生物電,生物電可以激發熒光,呈現出大家所看到的一閃一閃的效果。“這對于我們研究在太空中人的心血管系統變化等,提供了很好的實驗平臺。”劉紅說。

當地面課堂學生問到在空間站里能否像地面一樣走路時,王亞平不是簡單回答,而是請葉光富進行現場教學來解答:隨即葉光富開始展示太空走路和太空轉身,這些原本在地面上難度系數為零的普通動作,在太空中卻變得十分困難。只見葉光富飄浮在空中,沒有借助把手的他上半身向左旋轉的時候,下半身就會朝右旋轉,上半身朝右旋轉,下半身就會朝左轉,上下總是擰著。當他舉起右手,在空中畫圈,隨著圈越畫越快,他開始緩慢地旋轉了!而當他將手臂展開時,旋轉開始變慢,手臂收回時旋轉變得快了起來。“幫助葉老師完成轉身的這個動作和角動量相關。”王亞平解釋道。

什么是角動量?中國科技館科普講師團副團長陳征介紹,角動量是描述物體轉動的物理量。這個試驗所展現的是在微重力的環境中,航天員在不接觸空間站的情況下,類似于理想狀態下驗證“沒有外力矩,物體會處于角動量守恒”。航天員上半身向左轉動時,按照角動量守恒的原則,下半身就會向右轉,“另一個動作是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。”陳征說。

“因為有浮力,船才能在大海上航行。”王亞平一邊說,一邊把一顆乒乓球放入塑料瓶并壓入水中,乒乓球沒有浮起,反而沒入水中,引得現場同學嘖嘖稱奇。陳征介紹,“浮力消失”這項實驗所展現的是浮力和重力伴生的現象。浮力來源于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系就可以非常清楚地顯現。

在水膜張力實驗中,王亞平先用金屬環從飲水袋中取出一個水膜,緩慢注水制作成厚水膜,看起來就像是一個放大鏡。接著,她拿出一朵和女兒在地球上一起完成的折紙花貼在水膜上,花朵慢慢舒展開來,在“太空之家”盛開。“看到這朵花,我就想到了我的女兒。”王亞平動情地說,“同學們,你們都是祖國的花朵,含苞待放;未來是你們的,希望你們的夢想,都能在這廣袤的宇宙中綻放。”

王亞平接著往水膜上注水,不一會兒,水膜就變成了一個亮晶晶的大水球。用注射器向水球內注入空氣,在水球內產生了一個標準的球形氣泡,還能看到一正一反兩個成像,“這是氣泡將水球分割成了兩部分,分別成像的結果”。精彩的畫面,讓現場的同學們都舍不得眨眼。

幾個實驗下來,“太空教師”們風趣幽默,天地互動問答自如,課堂進行得非常流暢。

最后一個實驗,是本次太空授課中的一項趣味性實驗——做一個“太空歡樂球”。

只見王亞平將準備好的顏料加入水球中,一個漂亮的藍色水球誕生了!隨著橙色泡騰片加入水球中,泡騰片在水球中不斷產生橙色的小氣泡。神奇的是,在失重環境下,這些氣泡只是不斷產生,并沒有離開水球。陳征介紹,在地面環境中,將泡騰片扔進水球里,就能看到氣泡上浮,可在中國空間站的失重環境中,因為浮力的消失,泡騰片扔進水中產生的氣泡不再上浮,而是相互擠壓,所以這個水球也會被氣泡撐得更大,就能看到水球一點點膨脹的效果。

“這個藍色小球是不是很像我們的地球,地球是我們人類在宇宙中的搖籃,但人類不可能永遠生活在搖籃里。”王亞平說,“如今我們擁有了自己的空間站,相信未來中國人的腳步一定會踏入月球、火星和更遠深空!”

奇思妙想點燃科學夢想

授課期間,航天員通過視頻通話形式與地面課堂師生進行了實時互動交流,一個個創意滿滿的太空問答也滿足了孩子們的好奇心。

“我們可以給你們發郵件嗎?”面對澳門同學的提問,葉光富笑著回答,雖然目前無法直接傳輸郵件到天上,但很歡迎孩子們在網站上給他們留言。

汶川的同學提問:“在太空能看到閃爍的星星嗎?有沒有UFO?天也是那么藍嗎?”王亞平回答說:“透過舷窗,我們可以看到地球,也可以看到日月星辰,但是沒有看到過UFO。由于沒有大氣對光的散射作用,我們看到的太空不是藍色的,而是深邃的黑色。”

“乘坐飛船,是不是和坐過山車一樣刺激?”北京的同學提問。“坐飛船可比坐過山車要更刺激,飛船的速度遠遠大于過山車。”翟志剛笑著說。

“在空間站中,氧氣和二氧化碳如何進行循環?”“在太空中睡覺會飄來飄去嗎?會做夢嗎?做的夢和在地球上有什么不用?”面對孩子們的提問,王亞平的解答充滿了幽默:“在太空中睡覺,無論什么姿勢都有種站著睡覺的感覺。每次睜開眼睛,看見自己懸浮在睡袋里,反而有種做夢的感覺。”

歡樂的時光總是過得很快,不知不覺,課堂接近尾聲。在依依不舍中,3位“太空教師”分別為同學們送上一句太空寄語——

翟志剛說:“太空科技,奧秘無窮!未來屬于你們!”

“星空浩瀚無比,探索永無止境!希望同學們張開夢想的風帆,向無盡的宇宙遠航!”葉光富說。

“飛天夢永不失重,科學夢張力無限!同學們,期待再次見面!”王亞平的寄語與8年前相同,又有所不同,這其中,更多了一份期待。

“此次授課最顯著的特點是天地互動,師生在交流互動中展示有趣的科學現象,來激發孩子們的好奇心和求知欲,在孩子們心中埋下科學思維的種子。”陳征表示,在看完這些實驗的內容后,孩子們可以再去進行探索,在地面上嘗試更多可能的方案,甚至以后可以把他們的奇思妙想帶到太空去。來自北京市朝陽師范學校附屬小學四年二班的陳浩初興奮地說:“‘天宮課堂’太精彩了!我一定要好好學習科學文化知識,將來努力探索宇宙的奧秘。”

《光明日報》(2021年12月10日08版)

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責任編輯:裴嘉雨
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