间隔8年，回顾中国航天员两次“太空授课”的实验和知识点

2021年12月9日15点40分,“天宫课堂”第一课正式开启。神舟十三号乘组航天员翟志刚、王亚平、叶光富变身“太空教师”在中国空间站精彩开讲，并面向全球直播。

此次“天宫课堂”是“太空授课”的延续。

2013年，航天员王亚平在聂海胜、张晓光协助下在神舟十号任务期间进行了首次太空授课，演示了质量测试、单摆运动、陀螺运动、制作水膜与水球等实验。时隔8年后，中国航天员再次进行太空授课，也是在中国空间站首次太空授课活动。

相比第一次“太空课堂”，这次“天宫课堂”的讲台更大了，是在中国自主建造的空间站内，未来还将拥有“问天”“梦天”两个实验舱；课程表的内容也更丰富了，增添了太空细胞学研究实验展示、浮力消失实验、泡腾片实验等新环节。

关于“太空授课”的5个基础物理实验你还记得吗？

2013年6月20日，中国首次太空授课活动成功举行，神舟十号航天员在天宫一号展示了失重环境下的5个基础物理现象。

质量测量实验

重力是由于地球的吸引而造成的，太空中因为没有地球引力，所以就无法用弹簧测力计测重力。在太空中怎样称质量？航天员王亚平解释，太空中称重设备利用的原理是，用“弹簧-凸轮”机构产生的恒定力和光栅测速系统测出身体运动的加速度，根据牛顿第二定律（f=ma）算出了身体的质量。

单摆运动实验

在太空中摆架上的小球是不会像在地面上一样做往复摆动的。在太空中，因为处于失重小球没有回复力，不能做往复摆动，但给小球一个很小的初速度，就可以绕摆轴做圆周运动，但在地面上需要足够大的初速度才能实现。

陀螺运动实验

在太空上，给静止的陀螺一个初力，会看到陀螺在翻滚着先前运动。给旋转的陀螺同样的力，发现旋转的陀螺晃动着向前运动。因为高速旋转的陀螺具有很好的定向性，在太空舱很多设备都是利用陀螺定向的原理。

水膜和水球实验

在太空中，水是不会自己流出来的。王亚平说，“诗人李白在太空写不出飞流直下三千尺的诗句。”当航天员挤出一个小水滴，水滴便在空中悬浮。航天员还演示了普通水如何做出水膜。由于太空水的表面张力起到作用，水膜来回晃动也不会轻易破裂。往水膜上加水，水膜逐渐变厚变成了水球。航天员还用注射器将红色液体注入水球，发现液体慢慢散开，透明水球变成红色水球。

“天宫课堂”实验背后的知识点

在“天宫课堂”60分钟的授课时间里，航天员完成了在轨工作生活场景展示、太空细胞学研究实验展示、太空转身、浮力消失实验、水膜张力实验、水球光学实验、泡腾片实验和天地互动交流8个授课项目，每一项实验背后都蕴含了不同的物理知识。

太空转身 知识点：角动量

转身，这个在地面上难度系数为零的普通动作，在太空中却隐藏着物理知识。

在太空中要实现转身，一侧手臂需要画圈。身体旋转时，手臂收回旋转速度会变快。这个转身实验的核心是角动量。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，按照角动量守衡的原则，下半身就会向右转。

当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。

浮力消失实验 知识点：浮力与重力伴生

在太空中，乒乓球放进水里不会浮在水面上，而是停留在水中。这是因为浮力是随重力产生的，在太空失重环境下，液体内部压强处处相等，不再有上下表面压强差，浮力几乎消失。

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。

水球光学实验 知识点：凸透镜成像原理

水球中可以看到倒立的像，是凸透镜成像原理。水球中注入一个气泡，可以看到一正一反两个像。

这个实验同时展示了三个物理原理。一是，在失重环境下，水滴会在表面张力的作用下收缩成一个接近完美球体的水球，而在地面上，因为受重力影响，水滴呈现为水滴形，几乎不可能获得一个完美的水球。二是，水球可以被看成是一个凸透镜，如果你站在这个凸透镜的两倍焦距以外，就看到的就是一个倒立的实像。三是，在水球中打入一个气泡，因为太空中浮力消失，这个气泡不会飘出来，它就老老实实的待在里边。

泡腾片实验  知识点：微重力环境

航天员所进行的泡腾片实验，是本次太空授课中的一项趣味性实验。泡腾片放入水中产生大量的气泡，气泡不会从水球中冒出。实验中的水球像一个蓝色地球。

这是因为空间站处于微重力环境，通过实验大家就能知道微重力环境下，许多物理现象和地面环境是有所不同的。

太空科普教育将作为空间站的重要职能之一

随着中国空间站长期在轨运行，中国首个太空科普教育品牌“天宫课堂”将系列化推出，将由中国航天员担任“太空教师”，采取天地协同互动方式开展。未来中国系列化开展太空科普教育活动。

国际宇航联空间运输委员会副主席杨宇光表示，未来教学内容范围更广泛，不仅限于微重力条件下的物理化学现象，也可以介绍太空科学研究和工程研究。其次，将开展更多有深度、有影响力的活动，中国已经有学生制作的立方星，随着航天发射任务搭载进入太空，未来也可以有学生设计的空间科学实验进入太空。