一堂奇妙又精彩的太空科普课
——记中国空间站首次太空授课活动
光明日报记者 章文
时隔8年之后，中国航天员再次进行太空授课。
12月9日，中国空间站首次太空授课活动以天地互动的方式，在中国空间站和设在中国科技馆的地面主课堂，以及设在广西南宁、四川汶川、香港、澳门的地面分课堂同步进行。
在距地球表面400公里以外的中国空间站天和核心舱内，神舟十三号飞行乘组3名“太空教师”翟志刚、王亚平、叶光富为全国青少年带来了一堂奇妙又精彩的太空科普课。当天下午，记者来到设在中国科技馆的地面主课堂，与在场的中小学生一起，现场聆听“太空教师”讲课。
“太空教师”惊喜亮相
“欢迎来到‘天宫课堂’！”15时54分许，随着不断旋转的陀螺，航天员王亚平出现在大屏幕中，揭开了“天宫课堂”的序幕。
“嗨！同学们好！我是指令长翟志刚。”“感觉良好”乘组的指令长翟志刚兼职“摄像师”，精神饱满地与同学们打招呼。
“同学们好！我是航天员叶光富。”身着“企鹅服”的叶光富显得有些“与众不同”。“这是我们的一件‘秘密武器’。”翟志刚为大家进行了揭秘——分布在“企鹅服”胸部、腰部、腿部的多条弹力拉带，可将航天员的身体束缚紧，使肌肉长时间保持张力，可以有效预防失重导致的肌肉萎缩。
在屏幕里，3位“太空教师”看上去有些“胖胖的”，王亚平解释，这是由于微重力导致血液上涌所致。她依次展示了3名航天员的睡眠区，在她的睡眠区里，粘贴着她和家人的照片还有喜欢的小物品，显得格外温馨。
太空跑台、太空厨房物品、太空自行车……跟随王亚平的镜头，孩子们“参观”了太空家园，时不时发出惊叹的声音。
神奇实验别开生面
在约60分钟的互动交流授课过程中，3名“太空教师”演示了失重环境下细胞学实验、物体运动、液体表面张力等现象，天地间不断响起掌声和笑声。
在失重环境下，细胞会有何种神奇的变化？
叶光富将细胞样本放到显微镜的镜头下面，然后利用笔记本电脑的软件对细胞进行观测。从屏幕上可以看到，心肌细胞在荧光显微镜的观察下，出现了一个类似于心脏的跳动，随着细胞跳动，荧光一闪一闪的。此外细胞跳动的画面也非常神奇，它们以成片的形式在收缩，就像心肌那样一动一动，很有节律地在运动。
北京航空航天大学教授刘红告诉记者，这是心肌细胞的一个生物电的反应。心肌细胞在太空生长后，形成了一个网，这些细胞都是活的，它们都有生命，会产生生物电，生物电可以激发荧光，呈现出大家所看到的一闪一闪的效果。“这对于我们研究在太空中人的心血管系统变化等，提供了很好的实验平台。”刘红说。
当地面课堂学生问到在空间站里能否像地面一样走路时，王亚平不是简单回答，而是请叶光富进行现场教学来解答：随即叶光富开始展示太空走路和太空转身，这些原本在地面上难度系数为零的普通动作，在太空中却变得十分困难。只见叶光富飘浮在空中，没有借助把手的他上半身向左旋转的时候，下半身就会朝右旋转，上半身朝右旋转，下半身就会朝左转，上下总是拧着。当他举起右手，在空中画圈，随着圈越画越快，他开始缓慢地旋转了！而当他将手臂展开时，旋转开始变慢，手臂收回时旋转变得快了起来。“帮助叶老师完成转身的这个动作和角动量相关。”王亚平解释道。
什么是角动量？中国科技馆科普讲师团副团长陈征介绍，角动量是描述物体转动的物理量。这个试验所展现的是在微重力的环境中，航天员在不接触空间站的情况下，类似于理想状态下验证“没有外力矩，物体会处于角动量守恒”。航天员上半身向左转动时，按照角动量守恒的原则，下半身就会向右转，“另一个动作是航天员伸展身体的时候，因为质量分布得离旋转轴比较远，转动惯性比较大，所以角速度就减慢，通俗地说就是转得慢了。而当把四肢收回时，转动惯性小，角速度就会增加，直观感受就是转动速度变快了。”陈征说。
“因为有浮力，船才能在大海上航行。”王亚平一边说，一边把一颗乒乓球放入塑料瓶并压入水中，乒乓球没有浮起，反而没入水中，引得现场同学啧啧称奇。陈征介绍，“浮力消失”这项实验所展现的是浮力和重力伴生的现象。浮力来源于重力引起的液体在不同深度的压强差。当重力消失时，液体内部压强相同，浮力也就消失了。不过地球表面难以让浮力消失，这个试验很难直观地展示出来。在空间站的微重力条件下，浮力和重力之间的伴生关系就可以非常清楚地显现。
在水膜张力实验中，王亚平先用金属环从饮水袋中取出一个水膜，缓慢注水制作成厚水膜，看起来就像是一个放大镜。接着，她拿出一朵和女儿在地球上一起完成的折纸花贴在水膜上，花朵慢慢舒展开来，在“太空之家”盛开。“看到这朵花，我就想到了我的女儿。”王亚平动情地说，“同学们，你们都是祖国的花朵，含苞待放；未来是你们的，希望你们的梦想，都能在这广袤的宇宙中绽放。”
王亚平接着往水膜上注水，不一会儿，水膜就变成了一个亮晶晶的大水球。用注射器向水球内注入空气，在水球内产生了一个标准的球形气泡，还能看到一正一反两个成像，“这是气泡将水球分割成了两部分，分别成像的结果”。精彩的画面，让现场的同学们都舍不得眨眼。
几个实验下来，“太空教师”们风趣幽默，天地互动问答自如，课堂进行得非常流畅。
最后一个实验，是本次太空授课中的一项趣味性实验——做一个“太空欢乐球”。
只见王亚平将准备好的颜料加入水球中，一个漂亮的蓝色水球诞生了！随着橙色泡腾片加入水球中，泡腾片在水球中不断产生橙色的小气泡。神奇的是，在失重环境下，这些气泡只是不断产生，并没有离开水球。陈征介绍，在地面环境中，将泡腾片扔进水球里，就能看到气泡上浮，可在中国空间站的失重环境中，因为浮力的消失，泡腾片扔进水中产生的气泡不再上浮，而是相互挤压，所以这个水球也会被气泡撑得更大，就能看到水球一点点膨胀的效果。
“这个蓝色小球是不是很像我们的地球，地球是我们人类在宇宙中的摇篮，但人类不可能永远生活在摇篮里。”王亚平说，“如今我们拥有了自己的空间站，相信未来中国人的脚步一定会踏入月球、火星和更远深空！”
奇思妙想点燃科学梦想
授课期间，航天员通过视频通话形式与地面课堂师生进行了实时互动交流，一个个创意满满的太空问答也满足了孩子们的好奇心。
“我们可以给你们发邮件吗？”面对澳门同学的提问，叶光富笑着回答，虽然目前无法直接传输邮件到天上，但很欢迎孩子们在网站上给他们留言。
汶川的同学提问：“在太空能看到闪烁的星星吗？有没有UFO？天也是那么蓝吗？”王亚平回答说：“透过舷窗，我们可以看到地球，也可以看到日月星辰，但是没有看到过UFO。由于没有大气对光的散射作用，我们看到的太空不是蓝色的，而是深邃的黑色。”
“乘坐飞船，是不是和坐过山车一样刺激？”北京的同学提问。“坐飞船可比坐过山车要更刺激，飞船的速度远远大于过山车。”翟志刚笑着说。
“在空间站中，氧气和二氧化碳如何进行循环？”“在太空中睡觉会飘来飘去吗？会做梦吗？做的梦和在地球上有什么不用？”面对孩子们的提问，王亚平的解答充满了幽默：“在太空中睡觉，无论什么姿势都有种站着睡觉的感觉。每次睁开眼睛，看见自己悬浮在睡袋里，反而有种做梦的感觉。”
欢乐的时光总是过得很快，不知不觉，课堂接近尾声。在依依不舍中，3位“太空教师”分别为同学们送上一句太空寄语——
翟志刚说：“太空科技，奥秘无穷！未来属于你们！”
“星空浩瀚无比，探索永无止境！希望同学们张开梦想的风帆，向无尽的宇宙远航！”叶光富说。
“飞天梦永不失重，科学梦张力无限！同学们，期待再次见面！”王亚平的寄语与8年前相同，又有所不同，这其中，更多了一份期待。
“此次授课最显著的特点是天地互动，师生在交流互动中展示有趣的科学现象，来激发孩子们的好奇心和求知欲，在孩子们心中埋下科学思维的种子。”陈征表示，在看完这些实验的内容后，孩子们可以再去进行探索，在地面上尝试更多可能的方案，甚至以后可以把他们的奇思妙想带到太空去。来自北京市朝阳师范学校附属小学四年二班的陈浩初兴奋地说：“‘天宫课堂’太精彩了！我一定要好好学习科学文化知识，将来努力探索宇宙的奥秘。”
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