开启连接地球与太空的奇妙之门

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在北京航空航天大学，学生收看“天宫课堂”第四课。新华社记者鞠焕宗摄在内蒙古阿拉善盟额济纳旗地面课堂，学生在做趣味实验。新华社发9月21日下午，“天宫课堂”第四课在中国空间站开讲，新晋“太空教师”——神舟十六号航天员景海鹏、朱杨柱、桂海潮为广大青少年带来一节精彩的太空科普课。“天宫课堂”是一扇连接地球与太空的奇妙之门。这是中国航天员首次在梦天实验舱内进行授课。记者专程来到位于北京航空航天大学的地面课堂，在这里与同学们一起跟随航天员穿越波澜壮阔的星空，展开一场关于宇宙的美妙旅程。全新太空教室亮相15时48分，三位博士航天员如约“飞”到了大屏幕中央，同大家打招呼。随后，跟随“摄像师”景海鹏的镜头，全新的太空教室——梦天实验舱的场景在同学们眼前徐徐呈现。桂海潮介绍，在梦天实验舱内，有空间站里最多的科学实验设备，有13个科学实验柜的安装空间，还具备载荷自动进出舱功能。“梦天舱实验载荷区域是梦天舱的核心区域，在这里可以开展流体物理、材料科学、燃烧科学等微重力物理科学的基础研究，同时还能探究工程技术领域的前沿问题。”朱杨柱指着头顶上的高温材料科学实验柜，趣称其为“太空炼丹炉”，第一批在“炼丹炉”里接受高温考验制备的材料，已随神舟十五号航天员返回地面，有希望推动半导体技术的进步和升级换代。“同学们，你们知道世界上最冷的地方在哪里吗？”桂海潮马上做出了解答，“就在我头顶——超冷原子物理实验柜，它可以制备出接近绝对零度的超低物质，这种物质的原子会呈现特殊的状态，帮助我们更好地探索量子力学的奇异世界。”空间站里的实验柜出了问题该怎么办？桂海潮来到了一台在线维修装调操作柜前，打开挡板为大家展示了空间站里的太空维修工厂。“它具有超大的操作空间，配置了一款小机械臂，一款VR眼镜以及一个可移动的维修平台，用多种手段来辅助我们完成对载荷的装配、维修、清洁等精细操作。”桂海潮说。科学实验创意满满在约48分钟的互动交流授课过程中，三位“太空教师”在轨演示了球形火焰实验、奇妙“乒乓球”实验、动量守恒实验以及又见陀螺实验等一系列炫酷又有趣的实验，天地间掌声和笑声此起彼伏。空间站中蜡烛的燃烧与地面究竟有什么区别？课堂上，当蜡烛被点燃后，可以看到，与以往地面蜡烛的锥形火焰不同，空间站中燃烧的蜡烛火焰呈现蓝色，形状近似球形。朱杨柱轻轻转动蜡烛，火焰的形状几乎没有变化。为什么会有这样的差别呢？桂海潮解释：因为在地面有重力的作用，燃烧后的热气上升冷气下降形成了浮力对流，因此蜡烛的火焰呈锥形。而在空间站里，微重力环境几乎消除了这种浮力对流，燃烧后的气体向各个方向运动的趋势相同，不管蜡烛的方向朝向哪里，它的火焰都近似球形。此外，在空间站里，燃烧对流十分微弱，氧气的补充不如地面及时，蜡烛的燃烧也不如地面充分，火焰的温度也会更低一些，蓝色火焰就是燃烧温度低的一个表现。在奇妙“乒乓球”实验中，桂海潮拿着乒乓球拍去触碰水球，飘浮在空中的水球没有破裂，而是牢牢地粘在球拍上。这时，朱杨柱拿出了包裹着干毛巾的乒乓球拍，只轻轻一碰，水球就像乒乓球一样弹开了。朱杨柱讲解：“除了表面张力使水球不容易破裂之外，毛巾表面还布满了疏水的微绒毛，有很好的疏水性能。”随着镜头的转换，朱杨柱带着大家来到了一个一米见方的标准网格布前，他拿出一个质量为克、直径是49.5毫米的实心钢球，放到网格布中间。桂海潮也拿出了一个一模一样的钢球，抛出去碰撞之前那个静止的钢球，只见静止的钢球开始了运动，而被抛出去的钢球却静止了。桂海潮接着拿出一个质量为克的小钢球，用小球去碰大球。小球碰到大球之后调转了方向，大球却沿着小球初始的运动方向继续前进。桂海潮说：“同学们通过计算就可以发现，刚才我们演示的这些碰撞无论是接近于正碰的情况，还是斜碰的情况都满足动量守恒。”在“又见陀螺实验”中，桂海潮手握快速自转的陀螺，陀螺自转时，他改变陀螺的方向时，自己也发生了转身。“陀螺快速自转具有了比较大的角动量，我改变陀螺方向的时候它的角动量就产生了显著变化，跟我的手产生了比较大的反作用力矩，让我轻松实现了转身。”桂海潮接着向同学们科普，“空间站就是用了同样的原理在太空当中转身。”天地互动精彩无限本次授课活动分别在北京、内蒙古阿拉善盟、陕西延安、安徽桐城及浙江宁波设置了5个地面课堂，各地面课堂学生纷纷向航天员老师提问。内蒙古同学提问：“空间站上能看见太空垃圾吗？针对太空垃圾，空间站采取了哪些防护措施？”景海鹏回答：“首先它们确实存在，而且还不少，对我们空间站的危害也不小……不过我们的科技人员会时刻盯着它们的一举一动，一旦对空间站有威胁，我们就会采取相应的措施，比如说通过轨道机动等方式，进行主动规避。同时，我们空间站还有一些特殊的防护装备，就好像穿了一副铠甲一样，即使碰到空间碎片我们也会安然无恙。”“太空中没有明显的参照物，请问航天员是怎么判断空间站的姿态和轨道发生变化的呢？”面对北京同学的提问，桂海潮对问题的专业度给出认可，他笑着回答：“空间站上有特殊的敏感器，比如地球敏感器、太阳敏感器、恒星敏感器等等，这些敏感器就像一双双敏锐的眼睛，可以准确地测量地球、太阳、恒星的方向，就可以确定空间站的姿态了……此外，空间站在太空中的飞行是有特定规律的，这个规律就是轨道力学。运用轨道力学，我们不仅可以知道空间站现在在哪儿，还能预报出它接下来要飞到哪儿。所以，对于航天员来说，只需要打开仪表，空间站所有的信息就一目了然了。”欢乐的课堂时光总是过得很快，三位“太空教师”在课程最后为同学们送上了美好的祝愿。“这次天宫课堂活动覆盖到大学生群体，对我们飞行器设计专业的学生很有意义。”北京航空航天大学宇航学院副教授、北京地面课堂教师张晓天说。在北京地面课堂提问的北京航空航天大学宇航学院学生吴堃炤激动地告诉记者：“作为宇航学子，未来的中国航天人，这次对话坚定了我的理想与方向，鼓励我努力学习、早日投身国家航天事业的建设中。”（本报记者章文）