太空授課播種太空夢

尹懷勤

6月26日上午，神舟十號載人飛船返回艙順利著陸于內蒙古中部四子王旗草原主著陸場，3名航天員聶海勝、張曉光、王亞平結束為期15天的太空之旅健康出艙，由太空家園返回到地球家園。

人類第二次在太空授課

神十3名航天員在此次飛天征程中，成功實施進駐“天宮一號”、飛船與“天宮一號”自動和手控交會對接、中國首次太空授課、中國首次航天器繞飛交會試驗，以及航天醫學實驗、技術試驗等一系列太空活動，圓滿完成了中國載人航天工程天地往返運輸系統首次應用性飛行任務。其中，“80后”的王亞平是中國第二位女航天員，她第一次飛天即成為中國首位太空授課教師，引起了人們的廣泛關注。

6月11日發射升空的神十飛船，于13日與“天宮一號”目標飛行器成功進行自動交會對接后，3名航天員陸續飄入“天宮一號”的實驗艙，按照計劃開展空間科學實驗和技術試驗。6月20日上午十點零四分，“天宮一號”成為中國的最高講臺，王亞平在這里為青少年授課，在距地球343公里以外的太空展示失重環境下奇特的物理現象，共同探索人在實驗艙中感受到的神奇和美妙。

神奇的太空課堂

太空授課的主講人為女航天員王亞平，聶海勝輔助授課，張曉光擔任攝像師。在大約40分鐘的授課中，航天員通過質量測量、單擺運動、陀螺運動、水膜和水球等5個基礎物理實驗，展示了失重環境下物體運動特性、液體表面張力特性等物理現象。他們講解了實驗背后的物理原理，并通過視頻通話與地面課堂師生進行互動交流。

航天員給大家演示的物理實驗——單擺運動，引起了同學們的極大興趣。

只見T型支架上，用細繩拴著一顆明黃色的小鋼球。王亞平把小球輕輕拉升到一定位置放手，小球并沒有出現地面上常見的往復擺動，而是停在了半空中。王亞平用手指沿切線方向輕推小球，奇妙的現象出現了：小球開始繞著T型支架的軸心做圓周運動——而在地面對比試驗中，需要施加足夠的力，給小球一個較大的初速度，才能使它繞軸旋轉。

人為定義太空中的上下方位

航天員在太空中可以自由漂浮，這讓孩子們既羨慕，又好奇：“航天員老師，您在太空中有沒有上下方位感？”

在回答問題之前，王亞平在聶海勝的幫助下表演了一套“雜技”動作，先是懸空橫臥，然后像時鐘指針一樣旋轉，變成倒立。隨即她介紹說，航天員在太空中無所謂上和下的方位區別。不過，為了便于工作生活，航天員們為“天宮一號”人為定義了上和下，把朝向地球的一側定義為下，并專門在下方鋪設了地板。

在航天領域用途廣泛的陀螺定軸特性

物理學原理告訴我們，高速旋轉的陀螺具有很好的定軸特性。在太空失重環境下，這一特性更加直觀。王亞平先取出一個陀螺，把它靜止懸放在空中。用手輕推陀螺頂部，陀螺翻滾著飛向遠處。隨后她讓陀螺旋轉之后懸浮在半空中，再用手輕輕一推，旋轉的陀螺不再翻滾，而是保持著固定的軸向，向前飛去。

王亞平介紹說，高速旋轉陀螺的定軸特性在航天領域用途廣泛。在“天宮一號”目標飛行器上，就裝有各式各樣的陀螺定向儀，正是有了它們，才能精準地測量航天器的飛行姿態。

太空里沒有水向低處流

在地面上水向低處流是天經地義的事情，而在太空卻無法實現這種情景。王亞平拿起一個航天員飲用水袋，頭朝下打開止水夾，水卻沒有傾瀉而出。輕擠水袋，飲水管端口形成了一顆晶瑩剔透的水珠，順著飲水管滾來滾去。略微抖動水袋，水珠依依不舍地離開飲水管，懸浮在半空中。“如果詩仙李白在天宮里生活，大概就寫不出‘飛流直下三千尺的名句了，因為，失重環境下水不可能飛流直下。”王亞平笑道。

利用液體表面張力變出魔法水球

五彩繽紛的肥皂泡總能帶給人們遐想，而這其實是液體表面張力在發揮作用。在地面上，液體表面張力難以抗衡地球引力的影響，只有經過特殊處理的肥皂水或富含無機鹽的礦泉才能表現出比較強的張力特性。但在太空失重環境下，液體的表面張力特性卻能更加突顯。

王亞平把一個金屬圈放進裝滿飲用水的自封袋，再取出時，沾在圈內的水形成了一層水膜。輕輕晃動金屬圈，水膜沒有破裂，只是甩出了幾顆小水滴。她又往水膜表面貼上了一片畫有中國結圖案的塑料片，水膜依然完好。這些在地面難得一見的奇特景象，引起了收看者的連聲驚嘆。

實驗并未就此結束。王亞平繼續往水膜上注水，只見它越來越厚，最后變成了一個亮晶晶的大水球。再往水球內注入空氣，形成了兩個氣泡，既沒有融合到一起，也逃不出水球的包裹。

航天員寄語未來追夢人

太空中的獨特環境，不僅可以給人們帶來奇妙的體驗，還能夠為人類造福。王亞平介紹說，在失重環境下，人們能夠獲取結構更加均勻完整、尺寸更大的半導體晶體，有利于開展材料學基礎性研究，優化和改進地面生產工藝；失重條件下冷原子鐘的頻率穩定度會大大提高，可以應用于高精度的衛星導航定位系統……

授課時間控制在40分鐘之內，是因為這段時間神十經過我國所有的測試站，直接測控，其畫質、聲音的傳輸效果都是最好的。

人類第一次在太空授課的是美國的航天員芭芭拉·摩根。2007年，芭芭拉·摩根乘坐“奮進”號航天飛機進入國際空間站，除了負責完成部分專業任務外，還通過視頻向學生展示在太空運動、喝水等情景，上了人類歷史上第一堂太空課，成為那次任務的最大亮點，也圓了她21年來的夢想。6月13日，62歲的芭芭拉致信王亞平，表達對神十航天員的問候和祝愿，并對王亞平的太空授課表示期盼和鼓勵，這表明太空授課在國際上也引起了廣泛關注。