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在北京航空航天大學(xué)，學(xué)生收看“天宮課堂”第四課。新華社記者 鞠煥宗攝

在內(nèi)蒙古阿拉善盟額濟(jì)納旗地面課堂，學(xué)生在做趣味實(shí)驗(yàn)。新華社發(fā)

9月21日下午，“天宮課堂”第四課在中國(guó)空間站開(kāi)講，新晉“太空教師”——神舟十六號(hào)航天員景海鵬、朱楊柱、桂海潮為廣大青少年帶來(lái)一節(jié)精彩的太空科普課。

“天宮課堂”是一扇連接地球與太空的奇妙之門(mén)。這是中國(guó)航天員首次在夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙內(nèi)進(jìn)行授課。記者專(zhuān)程來(lái)到位于北京航空航天大學(xué)的地面課堂，在這里與同學(xué)們一起跟隨航天員穿越波瀾壯闊的星空，展開(kāi)一場(chǎng)關(guān)于宇宙的美妙旅程。

全新太空教室亮相

15時(shí)48分，三位博士航天員如約“飛”到了大屏幕中央，同大家打招呼。隨后，跟隨“攝像師”景海鵬的鏡頭，全新的太空教室——夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙的場(chǎng)景在同學(xué)們眼前徐徐呈現(xiàn)。

桂海潮介紹，在夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙內(nèi)，有空間站里最多的科學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備，有13個(gè)科學(xué)實(shí)驗(yàn)柜的安裝空間，還具備載荷自動(dòng)進(jìn)出艙功能。

“夢(mèng)天艙實(shí)驗(yàn)載荷區(qū)域是夢(mèng)天艙的核心區(qū)域，在這里可以開(kāi)展流體物理、材料科學(xué)、燃燒科學(xué)等微重力物理科學(xué)的基礎(chǔ)研究，同時(shí)還能探究工程技術(shù)領(lǐng)域的前沿問(wèn)題?！敝鞐钪钢^頂上的高溫材料科學(xué)實(shí)驗(yàn)柜，趣稱(chēng)其為“太空煉丹爐”，第一批在“煉丹爐”里接受高溫考驗(yàn)制備的材料，已隨神舟十五號(hào)航天員返回地面，有希望推動(dòng)半導(dǎo)體技術(shù)的進(jìn)步和升級(jí)換代。

“同學(xué)們，你們知道世界上最冷的地方在哪里嗎？”桂海潮馬上做出了解答，“就在我頭頂——超冷原子物理實(shí)驗(yàn)柜，它可以制備出接近絕對(duì)零度的超低物質(zhì)，這種物質(zhì)的原子會(huì)呈現(xiàn)特殊的狀態(tài)，幫助我們更好地探索量子力學(xué)的奇異世界。”

空間站里的實(shí)驗(yàn)柜出了問(wèn)題該怎么辦？桂海潮來(lái)到了一臺(tái)在線維修裝調(diào)操作柜前，打開(kāi)擋板為大家展示了空間站里的太空維修工廠?！八哂谐蟮牟僮骺臻g，配置了一款小機(jī)械臂，一款VR眼鏡以及一個(gè)可移動(dòng)的維修平臺(tái)，用多種手段來(lái)輔助我們完成對(duì)載荷的裝配、維修、清潔等精細(xì)操作。”桂海潮說(shuō)。

科學(xué)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)意滿滿

在約48分鐘的互動(dòng)交流授課過(guò)程中，三位“太空教師”在軌演示了球形火焰實(shí)驗(yàn)、奇妙“乒乓球”實(shí)驗(yàn)、動(dòng)量守恒實(shí)驗(yàn)以及又見(jiàn)陀螺實(shí)驗(yàn)等一系列炫酷又有趣的實(shí)驗(yàn)，天地間掌聲和笑聲此起彼伏。

空間站中蠟燭的燃燒與地面究竟有什么區(qū)別？課堂上，當(dāng)蠟燭被點(diǎn)燃后，可以看到，與以往地面蠟燭的錐形火焰不同，空間站中燃燒的蠟燭火焰呈現(xiàn)藍(lán)色，形狀近似球形。朱楊柱輕輕轉(zhuǎn)動(dòng)蠟燭，火焰的形狀幾乎沒(méi)有變化。

為什么會(huì)有這樣的差別呢？桂海潮解釋?zhuān)阂驗(yàn)樵诘孛嬗兄亓Φ淖饔?，燃燒后的熱氣上升冷氣下降形成了浮力?duì)流，因此蠟燭的火焰呈錐形。而在空間站里，微重力環(huán)境幾乎消除了這種浮力對(duì)流，燃燒后的氣體向各個(gè)方向運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)相同，不管蠟燭的方向朝向哪里，它的火焰都近似球形。此外，在空間站里，燃燒對(duì)流十分微弱，氧氣的補(bǔ)充不如地面及時(shí)，蠟燭的燃燒也不如地面充分，火焰的溫度也會(huì)更低一些，藍(lán)色火焰就是燃燒溫度低的一個(gè)表現(xiàn)。

在奇妙“乒乓球”實(shí)驗(yàn)中，桂海潮拿著乒乓球拍去觸碰水球，飄浮在空中的水球沒(méi)有破裂，而是牢牢地粘在球拍上。這時(shí)，朱楊柱拿出了包裹著干毛巾的乒乓球拍，只輕輕一碰，水球就像乒乓球一樣彈開(kāi)了。朱楊柱講解：“除了表面張力使水球不容易破裂之外，毛巾表面還布滿了疏水的微絨毛，有很好的疏水性能。”

隨著鏡頭的轉(zhuǎn)換，朱楊柱帶著大家來(lái)到了一個(gè)一米見(jiàn)方的標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)格布前，他拿出一個(gè)質(zhì)量為500克、直徑是49.5毫米的實(shí)心鋼球，放到網(wǎng)格布中間。桂海潮也拿出了一個(gè)一模一樣的鋼球，拋出去碰撞之前那個(gè)靜止的鋼球，只見(jiàn)靜止的鋼球開(kāi)始了運(yùn)動(dòng)，而被拋出去的鋼球卻靜止了。桂海潮接著拿出一個(gè)質(zhì)量為100克的小鋼球，用小球去碰大球。小球碰到大球之后調(diào)轉(zhuǎn)了方向，大球卻沿著小球初始的運(yùn)動(dòng)方向繼續(xù)前進(jìn)。桂海潮說(shuō)：“同學(xué)們通過(guò)計(jì)算就可以發(fā)現(xiàn)，剛才我們演示的這些碰撞無(wú)論是接近于正碰的情況，還是斜碰的情況都滿足動(dòng)量守恒?！?/p>

在“又見(jiàn)陀螺實(shí)驗(yàn)”中，桂海潮手握快速自轉(zhuǎn)的陀螺，陀螺自轉(zhuǎn)時(shí)，他改變陀螺的方向時(shí)，自己也發(fā)生了轉(zhuǎn)身?！巴勇菘焖僮赞D(zhuǎn)具有了比較大的角動(dòng)量，我改變陀螺方向的時(shí)候它的角動(dòng)量就產(chǎn)生了顯著變化，跟我的手產(chǎn)生了比較大的反作用力矩，讓我輕松實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)身?！惫鸷３苯又蛲瑢W(xué)們科普，“空間站就是用了同樣的原理在太空當(dāng)中轉(zhuǎn)身?！?/p>

天地互動(dòng)精彩無(wú)限

本次授課活動(dòng)分別在北京、內(nèi)蒙古阿拉善盟、陜西延安、安徽桐城及浙江寧波設(shè)置了5個(gè)地面課堂，各地面課堂學(xué)生紛紛向航天員老師提問(wèn)。

內(nèi)蒙古同學(xué)提問(wèn)：“空間站上能看見(jiàn)太空垃圾嗎？針對(duì)太空垃圾，空間站采取了哪些防護(hù)措施？”景海鵬回答：“首先它們確實(shí)存在，而且還不少，對(duì)我們空間站的危害也不小……不過(guò)我們的科技人員會(huì)時(shí)刻盯著它們的一舉一動(dòng)，一旦對(duì)空間站有威脅，我們就會(huì)采取相應(yīng)的措施，比如說(shuō)通過(guò)軌道機(jī)動(dòng)等方式，進(jìn)行主動(dòng)規(guī)避。同時(shí)，我們空間站還有一些特殊的防護(hù)裝備，就好像穿了一副鎧甲一樣，即使碰到空間碎片我們也會(huì)安然無(wú)恙?！?/p>

“太空中沒(méi)有明顯的參照物，請(qǐng)問(wèn)航天員是怎么判斷空間站的姿態(tài)和軌道發(fā)生變化的呢？”面對(duì)北京同學(xué)的提問(wèn)，桂海潮對(duì)問(wèn)題的專(zhuān)業(yè)度給出認(rèn)可，他笑著回答：“空間站上有特殊的敏感器，比如地球敏感器、太陽(yáng)敏感器、恒星敏感器等等，這些敏感器就像一雙雙敏銳的眼睛，可以準(zhǔn)確地測(cè)量地球、太陽(yáng)、恒星的方向，就可以確定空間站的姿態(tài)了……此外，空間站在太空中的飛行是有特定規(guī)律的，這個(gè)規(guī)律就是軌道力學(xué)。運(yùn)用軌道力學(xué)，我們不僅可以知道空間站現(xiàn)在在哪兒，還能預(yù)報(bào)出它接下來(lái)要飛到哪兒。所以，對(duì)于航天員來(lái)說(shuō)，只需要打開(kāi)儀表，空間站所有的信息就一目了然了?！?/p>

歡樂(lè)的課堂時(shí)光總是過(guò)得很快，三位“太空教師”在課程最后為同學(xué)們送上了美好的祝愿。

“這次天宮課堂活動(dòng)覆蓋到大學(xué)生群體，對(duì)我們飛行器設(shè)計(jì)專(zhuān)業(yè)的學(xué)生很有意義?！北本┖娇蘸教齑髮W(xué)宇航學(xué)院副教授、北京地面課堂教師張曉天說(shuō)。在北京地面課堂提問(wèn)的北京航空航天大學(xué)宇航學(xué)院學(xué)生吳堃炤激動(dòng)地告訴記者：“作為宇航學(xué)子，未來(lái)的中國(guó)航天人，這次對(duì)話堅(jiān)定了我的理想與方向，鼓勵(lì)我努力學(xué)習(xí)、早日投身國(guó)家航天事業(yè)的建設(shè)中?！保ㄓ浾?章文）