2013年6月20日，

神舟十號(hào)載人飛船的航天員王亞平

在天宮一號(hào)空間站

在聶海勝、張曉光協(xié)助下

進(jìn)行我國(guó)首次“太空授課”，

此次“太空授課”歷時(shí)50分鐘。

全國(guó)8萬所中學(xué)6000多萬名學(xué)生，

還有坐在電視機(jī)前的觀眾

通過中央電視臺(tái)直播，

收看了這堂神奇的“太空授課”。

這堂課，

點(diǎn)亮了許許多多孩子的好奇心，

點(diǎn)亮了無數(shù)個(gè)孩子的航天夢(mèng)想。

從此之后，

“天宮課堂”開始成為

中國(guó)開展科學(xué)知識(shí)普及的

一大知名國(guó)家品牌。

隨著天和核心艙成功發(fā)射，

中國(guó)天宮空間站進(jìn)入在軌建造階段，

“天宮課堂”變得活躍起來，

接連于2021年12月和2022年3月兩度開課，

神舟十三號(hào)乘組的3名航天員

華麗轉(zhuǎn)身為循循善誘的科學(xué)課教師，

在九天之上向全球觀眾演示了一批

精心設(shè)計(jì)的科學(xué)實(shí)驗(yàn)，

并揭示背后的科學(xué)道理。

快帶孩子一起復(fù)習(xí)這三次課吧～

2013年6月20日

首次“太空授課”

2013年6月20日，中央電視臺(tái)第一次進(jìn)行了“太空授課”直播，主持人與專家在演播室完成了“太空授課”的相關(guān)話題，并通過視頻直播連線了北京飛控中心、人大附中地面課堂。

上午10點(diǎn)05分，航天員王亞平在天宮一號(hào)里面，開啟了這堂神奇的“太空授課”。

太空單擺實(shí)驗(yàn)

在地面上，支架上的細(xì)繩拴著一顆小球構(gòu)成一個(gè)單擺系統(tǒng)。將小球拉起后放手，小球開始往復(fù)擺動(dòng)，運(yùn)動(dòng)周期與細(xì)繩長(zhǎng)度、重力加速度有關(guān)。最終，小球在空氣阻力作用下停止擺動(dòng)。但在太空中沒有重力影響，拉起小球后放手，小球會(huì)停在原位置，不產(chǎn)生擺動(dòng)；如果用手推一下小球，給小球一個(gè)較小的初始速度，小球便可繞著支架軸做圓周運(yùn)動(dòng)。而在地面上，如果不給小球一個(gè)非常大的初始速度，小球是很難進(jìn)行圓周運(yùn)動(dòng)的。

太空單擺實(shí)驗(yàn)（圖片來源：CCTV）

太空陀螺實(shí)驗(yàn)

高速旋轉(zhuǎn)陀螺的自轉(zhuǎn)軸軸向在慣性空間中會(huì)保持不變。太空中，用手觸碰高速旋轉(zhuǎn)的陀螺和靜止的陀螺，高速旋轉(zhuǎn)的陀螺雖然會(huì)產(chǎn)生輕微晃動(dòng)，但其自轉(zhuǎn)軸的軸向保持不變，而靜止的陀螺則會(huì)發(fā)生翻滾。可見，高速旋轉(zhuǎn)陀螺的定軸特性在天上和地面上是完全一樣的，因此航天器可以采用陀螺儀來進(jìn)行空間定向。

太空陀螺實(shí)驗(yàn)（圖片來源：CCTV）

太空水膜、水球?qū)嶒?yàn)

作用于液體表面、使液體表面積縮小的力，叫液體表面張力。金屬圈插入水袋后形成的水膜不會(huì)破碎，往水膜表面貼上“中國(guó)結(jié)”，水膜依然完好。這是在太空失重環(huán)境下液體表面張力特性突顯的結(jié)果。

向水膜注水，水膜很快變成一個(gè)晶瑩剔透的大水球。這樣完美的球形只可能存在于微重力環(huán)境中，因?yàn)樵诘孛嫔弦后w表面張力難以抗衡地球引力的影響，水球必然發(fā)生形變。

太空水膜、水球?qū)嶒?yàn)（圖片來源：CCTV）

首次開課全程回顧

2021年12月9日

時(shí)隔8年再次授課！

2021年12月9日，神舟十三號(hào)乘組航天員翟志剛、王亞平、葉光富在中國(guó)空間站進(jìn)行了第二次“太空授課”。

本次“太空授課”活動(dòng)采取天地互動(dòng)方式進(jìn)行，在中國(guó)科技館設(shè)置地面主課堂，在廣西南寧、四川汶川、香港、澳門設(shè)置地面分課堂。

浮力消失實(shí)驗(yàn)

在地面上，乒乓球放入水里，會(huì)浮到水面上，那么在太空中做同樣的實(shí)驗(yàn)乒乓球“浮不浮”？

答案是：不浮！

看視頻，了解原因↓↓↓

這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)所展現(xiàn)的是浮力和重力伴生的現(xiàn)象。浮力來源于重力引起的液體在不同深度的壓強(qiáng)差。當(dāng)重力消失時(shí)，液體內(nèi)部壓強(qiáng)相同，浮力也就消失了。不過地球表面難以讓浮力消失，這個(gè)試驗(yàn)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(guān)系就可以非常清楚地顯現(xiàn)。

泡騰片實(shí)驗(yàn)

泡騰片遇到水之后一般會(huì)產(chǎn)生很多氣泡，那么在太空，泡騰片與水球相遇會(huì)發(fā)生什么？

答案是：變成一個(gè)充滿歡樂的“氣泡球”

而且陣陣飄香↓↓↓

在地面環(huán)境中，將泡騰片扔進(jìn)水球里，就能看到氣泡上浮，可在中國(guó)空間站的失重環(huán)境中，因?yàn)楦×Φ南В蒡v片扔進(jìn)水中的產(chǎn)生的氣泡不再上浮，而是相互擠壓，最后就會(huì)形成一個(gè)很有意思的樣子，這個(gè)水球也會(huì)被氣泡撐得更大，就能看到水球一點(diǎn)點(diǎn)膨脹的效果。

水膜實(shí)驗(yàn)

在水膜實(shí)驗(yàn)中，王亞平將她和女兒在地球上制作的花朵折紙放進(jìn)水膜，美麗的花朵瞬間綻放。

快來見證這神奇時(shí)刻↓↓↓

水球光學(xué)實(shí)驗(yàn)

王亞平往水膜里注入水，就得到了一個(gè)水球，接著往水球中注入一個(gè)氣泡，神奇的景象出現(xiàn)了：透過水球和氣泡能看到一正一反兩個(gè)像。

這是怎么回事？

當(dāng)航天員往水球中打入一個(gè)氣泡，因?yàn)樵谔罩懈×σ呀?jīng)消失了，所以氣泡不會(huì)向上飄，而是老老實(shí)實(shí)待在水球中，水球因此被氣泡變?yōu)榱藘刹糠郑虚g是空氣，氣泡周圍是水。這個(gè)時(shí)候整個(gè)水球就變成了兩個(gè)透鏡，外圈成為了一個(gè)凸透鏡，所以呈現(xiàn)出一個(gè)倒立的像，內(nèi)圈相當(dāng)于變成了兩個(gè)凹透鏡的組合，這個(gè)時(shí)候又出現(xiàn)了一個(gè)正立的像。因此可以在水球中同時(shí)看到一正一倒的兩個(gè)像。

太空細(xì)胞學(xué)研究實(shí)驗(yàn)展示

“天宮課堂”上，航天員葉光富給大家展示了，失重條件下的細(xì)胞生長(zhǎng)發(fā)育研究。

熒光顯微鏡下觀察到的心肌細(xì)胞，一閃一閃地跳動(dòng)↓↓↓

2022年3月23日

第三次“太空授課”

第三次課3月23日下午正式開講，神舟十三號(hào)乘組航天員翟志剛、王亞平、葉光富在中國(guó)空間站進(jìn)行“太空授課”。一個(gè)個(gè)太空實(shí)驗(yàn)，干貨滿滿，快跟小編一起來復(fù)習(xí)～

太空“冰雪”實(shí)驗(yàn)

在“四季如春”的中國(guó)空間站里，王亞平制作了一顆晶瑩剔透的“冰球”——液體球結(jié)晶，外觀像“冰球”實(shí)為“熱球”，背后是什么原理呢？戳視頻↓↓↓

在地面上，利用飽和液體結(jié)晶是分離和提純固體物質(zhì)的一種方法。

過飽和溶液是指濃度超過理論平衡濃度的溶液，多余的溶質(zhì)會(huì)析出結(jié)晶，通過過濾、洗滌、烘干等步驟可以提取到純度更高的固體物質(zhì)。

過飽和溶液是一種不穩(wěn)定的狀態(tài)，受到外界因素?cái)_動(dòng)時(shí)，容易結(jié)晶。結(jié)晶會(huì)受很多因素影響，如溫度、壓力、剪切力、超聲、外界磁場(chǎng)等。結(jié)晶的過程是在外界因素的影響下首先形成晶核，晶核逐漸長(zhǎng)大完成結(jié)晶過程。

“天宮課堂”中王亞平老師在前兩次擠過飽和溶液的過程中，在管口即發(fā)生結(jié)晶現(xiàn)象也說明了過飽和溶液的不穩(wěn)定性，擠壓帶來的壓力誘導(dǎo)了結(jié)晶。

液橋演示實(shí)驗(yàn)

地面重力環(huán)境下， 水的表面張力微不足道，那么在太空的微重力環(huán)境下，液體的表面張力有多強(qiáng)？看航天員用液體搭一座橋↓ ↓↓

液體表面張力是作用于液體表面，使液體表面積縮小的力。液體都具有表面張力，尤其在失重作用下，表面張力更會(huì)“大顯神威”。

表面張力使得液體表面相當(dāng)于存在一個(gè)類似“彈性薄膜”一樣的東西，束縛著液體的運(yùn)動(dòng)。它的本質(zhì)是液體跟氣體接觸的表面存在一個(gè)薄層，叫做表面層，表面層里的分子比液體內(nèi)部稀疏，分子間的距離比液體內(nèi)部大一些，分子間的相互作用表現(xiàn)為引力。就比如拉開彈簧時(shí)，彈簧反而表現(xiàn)具有收縮的趨勢(shì)。

水油分離實(shí)驗(yàn)

地面上，水和油混合后自然分層，油在上水在下，那么在空間站里，水和油會(huì)自然分層嗎？

答案是：不會(huì)。

看視頻，了解原因↓↓↓

在相同體積的情況下，水的密度大于油，水的質(zhì)量更大。根據(jù)向心力公式F=mrw2，當(dāng)角速度w和半徑r相同時(shí)，質(zhì)量m大，水滴需要的向心力越大，即等效的離心力也就越大，所以質(zhì)量更大的水被甩到了瓶底。水和油實(shí)現(xiàn)了分層。

太空拋物實(shí)驗(yàn)

太空拋物實(shí)驗(yàn)中，來了一位特殊的助教：冰墩墩！在太空中拋出冰墩墩，會(huì)和地面上一樣向下墜落嗎？

一試便知↓↓↓

在地面拋出物體，由于一直受到豎直向下的重力作用，分析它的運(yùn)動(dòng)軌跡，主要看拋出的速度沿著什么方向：

拋出速度在豎直方向時(shí)，不論上拋還是下拋都是直線變速運(yùn)動(dòng)；

當(dāng)拋出物體的速度不再沿著豎直方向，不論是斜著拋出，還是水平拋出，物體運(yùn)動(dòng)都是曲線變速運(yùn)動(dòng)。

而在太空，由于在空間站艙內(nèi)，物體幾乎不受重力作用，不論往哪個(gè)方向拋，幾乎都可以看作是勻速直線運(yùn)動(dòng)，因?yàn)槲矬w只受到微弱的空氣阻力作用，速度方向和大小的變化都很微小。

這堂課會(huì)一直開下去！

小編在6月4日舉行的神舟十四號(hào)載人飛行任務(wù)新聞發(fā)布會(huì)上了解到，神舟十四號(hào)任務(wù)期間，將全面完成以天和核心艙、問天實(shí)驗(yàn)艙和夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙為基本構(gòu)型的太空空間站建造，建成國(guó)家太空實(shí)驗(yàn)室。神舟十四號(hào)飛行乘組將首次利用位于問天實(shí)驗(yàn)艙的氣閘艙實(shí)施兩到三次出艙活動(dòng)，并將繼續(xù)開展天宮課堂。

據(jù)中國(guó)載人航天工程辦公室，以后的空間站上會(huì)持續(xù)有航天員在上面工作、生活、開展實(shí)驗(yàn)，天宮空間站的條件，以及天地通信的保障條件都很好，所以航天員在空間站上飛行的過程中，與地面進(jìn)行互動(dòng)交流、開展一些科普活動(dòng)，這以后是會(huì)常態(tài)化的。

END

本文來源｜綜合自中國(guó)教育報(bào)、人民日?qǐng)?bào)海外版、中工網(wǎng)、中國(guó)科學(xué)技術(shù)館、微言教育、科普中國(guó)、環(huán)球時(shí)報(bào)等