“天宮第二課”實(shí)驗(yàn)背后的奧秘

3月23日下午，中國(guó)空間站“天宮課堂”再度開課，“太空教師”翟志剛、王亞平、葉光富演示了太空“冰雪”實(shí)驗(yàn)、液橋演示實(shí)驗(yàn)、水油分離實(shí)驗(yàn)、太空拋物實(shí)驗(yàn)等。

這些科學(xué)實(shí)驗(yàn)背后蘊(yùn)含著哪些科學(xué)奧妙？

實(shí)驗(yàn)一：溫?zé)岬摹氨颉?/p>

這一幕仿佛發(fā)生在“魔法世界”：透明的液球飄在半空中，王亞平用一根小棍點(diǎn)在液球上，球體瞬間開始“結(jié)冰”，幾秒鐘就變成通體雪白的“冰球”。王亞平說(shuō)，這枚“冰球”摸上去是溫?zé)岬摹?/p>

“太空‘冰雪’實(shí)驗(yàn)實(shí)際上是過(guò)飽和乙酸鈉溶液形核、結(jié)晶的過(guò)程，過(guò)程當(dāng)中會(huì)釋放熱量。”中國(guó)科學(xué)院空間應(yīng)用工程與技術(shù)中心研究員張璐介紹，過(guò)飽和溶液結(jié)晶通常需要外界“擾動(dòng)”，而這個(gè)實(shí)驗(yàn)的“玄機(jī)”就在于小棍上沾有晶體粉末，為過(guò)飽和乙酸鈉溶液提供了凝結(jié)核，進(jìn)而析出三水合乙酸鈉晶體。在地面上進(jìn)行結(jié)晶實(shí)驗(yàn)時(shí)，晶體的樣子可能因容器形狀不同有很大差異。而在微重力環(huán)境中，晶體并不受容器的限制，可以懸浮在半空“自由生長(zhǎng)”。

實(shí)驗(yàn)二：“拉不斷”的液橋

葉光富將水分別擠在兩塊液橋板上，水球狀似倒扣著的碗。液橋板合攏，兩個(gè)水球“碗底”挨“碗底”;液橋板分開，一座中間細(xì)、兩頭粗的“橋”將兩塊板相連;王亞平再將液橋板拉遠(yuǎn)，液橋變得更細(xì)、更長(zhǎng)，仍然沒(méi)有斷開。

張璐介紹，微重力環(huán)境與液體表面張力是液橋得以成形的主要原因。日常生活中的液橋不易被察覺(jué)，比如洗手時(shí)兩個(gè)指尖偶然形成幾毫米液柱，再拉遠(yuǎn)一點(diǎn)就會(huì)受重力作用坍塌。而在空間站里，可以最大限度擺脫地面重力影響，航天員輕松演示出比地面大數(shù)百倍的液橋。

實(shí)驗(yàn)三：“分不開”的水和油

王亞平用力搖晃一個(gè)裝有水和油的瓶子，讓水油充分混合，瓶中一片黃色。時(shí)間一分一秒過(guò)去，瓶中沒(méi)有發(fā)生任何變化，油滴仍然均勻分布在水中。葉光富前來(lái)助力，抓著系在瓶上的細(xì)繩甩動(dòng)瓶子。數(shù)圈后，水油明顯分離，油在上層，水在下層。

“我們都知道地面上油比水輕，平時(shí)喝湯的時(shí)候看到油花都習(xí)以為常。”中國(guó)科學(xué)院物理研究所研究員梁文杰說(shuō)，在空間站中，水和油之所以“難舍難分”、長(zhǎng)時(shí)間保持混合態(tài)，是由于在微重力環(huán)境下密度分層消失了，也就是浮力消失了。

“水油在天上成功分離的原因是，瓶子高速旋轉(zhuǎn)時(shí)類似離心機(jī)，可以理解為離心作用使得浮力重新出現(xiàn)了。”張璐說(shuō)。

（據(jù)新華社3.23訊）