极目新闻记者 李碗容 柯称

通讯员 贾法雷

3月23日，“天宫课堂”第二课开讲，神舟十三号乘组航天员翟志刚、王亚平、叶光富相互配合授课，采取天地对话方式，顶流冰墩墩再上岗做助教，航天员在轨演示四个实验，并介绍与展示空间科学设施。极目新闻记者邀请华中科技大学物理学院教授、物理实验创新基地的学生以及武汉市洪山高中教师一起对“天宫课堂”进行观看和解读。

专家们纷纷表示，此次天宫实验有利于培养青少年的科学兴趣，他们鼓励青年一代不仅要脚踏实地，更要仰望星空，去探索宇宙，刻苦求学献身国家科学事业。专家们纷纷点赞航天员，称他们是人类探索太空的先行者, 为人类进一步探索外太空提供宝贵经验, 值得每个人敬仰。

实验一：太空“冰雪”实验

知识点：液体结晶

现象：航天员从液体袋中挤出一个透明水球，然后用一根塑料棒轻轻一碰，水球瞬间产生大量的白色晶体，就像雪花一样，但用手触摸，“雪花球”却是热的。

解读：华中科技大学物理学院教授吕京涛介绍，过饱和溶液是一种不稳定的状态，受到外界因素扰动或者遇到小的凝结核时，容易结晶。结晶这个物理现象我们在平时的生活中也可以看到，王亚平老师选用的是过饱和乙酸钠溶液做实验。通常来说，结晶都是在溶液中发生，物质结晶后变为固体因为密度问题沉入容器底下或浮到液面上。太空的失重环境下不用溶液就可以演示。

另外，因为失重，天宫实验中结晶后形状比较理想化，就是一个球形。如果在地面液体里做，结晶后密度变化会沉到水底或浮到液面，很难形成球形。结晶是一个放热的过程，所以结晶球摸上去热乎乎的。

实验二：液桥演示实验

知识点：表面张力

现象：航天员在两块板子之间送入一些水。水附着在两块板子之间，在板子之间形成一座拱桥似的液体桥。

解读：华中科技大学物理学院教授罗鹏顺教授介绍，液体表面张力是液体分子间相互吸引作用力的体现，宏观表现为液体表面层内的表面张力，有使液体表面积缩小的趋势，使势能最小化。这个实验主要就是展现了液体的表面张力。

罗鹏顺告诉极目新闻记者，液体表面张力在生活中经常会看见，“我们早晨去公园里，看到荷叶上的水珠，一粒粒的，这也是表面张力的体现，但是仔细观察是椭圆形的，这是因为重力的作用。”他补充解释在太空微重力环境，由于要使表面积最小，水珠是一个球状。

天宫实验中，两个板子上的水球接触后，我们看到连起来，连接的水桥表面有表面张力，使水桥不会断裂。生活中，我们同样可以看到水桥，“两根手指间放一滴水，慢慢张开，你也看到了一个水桥。”然而在地球上，水桥越大，因为重力作用，就会被“拽”下去。太空中，因为微重力环境，表面张力起主导作用，所以能形成较大的水桥。

实验三：水油分离实验

知识点：浮力、重力和离心力

现象：航天员将水和油的分层液体混合，混合后的液体没有自发地分层，好似水油相溶。同时，地面上的学生们做了相同的混合实验，但很快就再次分层。航天员将混合液体离心，水油即分离。

解读：“在地面上水和油是分层的，这是因为油的密度比水小些，油轻水重，而且油水不相容。”湖北省物理特级教师、洪山高中教师李金雪解释，他补充说，在“天宫课堂”王亚平来回摇动的小瓶停止一段时间后，瓶中油和水几乎均匀混合在一起，这是因为在太空微重力环境里，油和水近似为“完全失重”状态，油水不存在“轻重”之别，自然无法分层和分离。

随后，叶光富用绳子快速旋转小瓶时，水和油在离心作用下实现分层。华中科技大学物理学院教授邹远川介绍，这个快速转动产生了向心加速度，在瓶子参考系看，其实是在加速参考系中看的，就感受到了一个离心力。“这个离心力和重力差不多等效，也就能回到和地球上一样实现水油分层了。”邹远川说。

实验四：太空抛物实验

知识点：牛顿惯性定律、爱因斯坦等效原理

现象：王亚平水平向前抛出憨态可掬一个“冰墩墩”，模型呈匀速直线运动，稳稳地被叶光富老师接在手中。

解读：邹远川和李金雪都表示，这是一个很好的牛顿惯性定律的演示, 在地球上由于有重力, 物体走抛物线, 在天宫物体几乎不受重力作用, 所以走匀速直线运动。

邹远川还谈到，可以用爱因斯坦广义相对论的等效原理来看待这个问题，等效原理说受到引力和进行加速运动是等效的。天宫受到了地球的引力, 而且以相同的向心加速度在运动，从而二者抵消，天宫内部就变成了一个完美的惯性系.。在惯性系中抛出去的物体，在离手之后也就不受任何力，从而也走匀速直线运动。

冰墩墩太空当“助教”

据邹远川介绍，天宫具有特有的地面所不具备的条件，可以使得我们能完成一些地面所无法进行的实验。这主要有两方面，一方面是微重力环境，另一方面是不受大气影响。对于微重力环境，地面是几乎无法模拟的, 而微重力下物质间的相互作用规律的研究, 微重力下进行高精度的工程加工，比如一个特别圆的球体的加工等等，都只能在天宫等失重环境下进行。

对于排除大气的影响, 邹远川介绍目前已经有很多的天文望远镜就是因此而发射到太空中的, 比如哈勃望远镜。“将要和天宫做邻居的中国巡天空间望远镜，就可以不受大气的影响是非常精确的观测, 而且还能依靠天宫的航天员对它进行维修和升级。”邹远川说。

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