3月23日，“天宮課堂”第二課在中國(guó)空間站開講，“太空教師”翟志剛、王亞平、葉光富在中國(guó)空間站為廣大青少年再度帶來一場(chǎng)“高能”的太空科普課。本次“天宮課堂”選擇的知識(shí)點(diǎn)與之前相比有哪些不同，太空授課這種形式具有哪些重要意義呢？
“天宮課堂”第二課開講
在約45分鐘的授課中，翟志剛、王亞平、葉光富相互配合，生動(dòng)演示微重力環(huán)境下太空“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)，深入淺出講解實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象背后的科學(xué)原理，同時(shí)展示部分空間科學(xué)設(shè)施，介紹在空間站的工作生活情況。授課期間，航天員通過視頻通話形式與地面課堂師生進(jìn)行互動(dòng)交流。
中科院空間應(yīng)用工程與技術(shù)中心應(yīng)用發(fā)展中心主任張偉在接受《環(huán)球時(shí)報(bào)》記者采訪時(shí)表示，與中國(guó)空間站第一次太空授課不同的是，第二次太空授課中，中國(guó)空間站的實(shí)驗(yàn)機(jī)柜也參與到授課過程中，3名航天員將日常生活中的一些科學(xué)知識(shí)和航天員在太空中的研究結(jié)合起來進(jìn)行演示。
在首先進(jìn)行的太空“冰雪”實(shí)驗(yàn)中，“太空教師”王亞平演示了失重狀態(tài)下的飽和液體結(jié)晶現(xiàn)象。據(jù)《環(huán)球時(shí)報(bào)》記者了解，這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)由中科院空間應(yīng)用工程與技術(shù)中心提交，主要是利用過飽和無水醋酸鈉溶液結(jié)晶來呈現(xiàn)“點(diǎn)水成冰”的效果。
中科院物理研究所研究員魏紅祥在接受《環(huán)球時(shí)報(bào)》記者采訪時(shí)表示，在空間站的微重力環(huán)境中開展這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，它的結(jié)晶狀況跟地面上開展實(shí)驗(yàn)的差別很大，空間站中并未使用容器，最終結(jié)晶為圓球狀，還可以往外發(fā)展，但如果在地面使用容器開展實(shí)驗(yàn)，受容器限制，只能往內(nèi)結(jié)晶。
來自中國(guó)科技館“地面課堂”的吳老師介紹，這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)所引出的空間站上的無容器材料實(shí)驗(yàn)柜堪稱是研究材料的“大國(guó)重器”。
據(jù)《環(huán)球時(shí)報(bào)》記者了解，無容器材料科學(xué)實(shí)驗(yàn)柜通過靜電場(chǎng)精確控制樣品位置，利用激光加熱可使樣品最高溫度達(dá)3000攝氏度，可以開展金屬及非金屬化合物材料物性的研究�？山沂靖黝惒牧系奶匦约吧L(zhǎng)規(guī)律，攻克在地面條件下材料制備無法解決的難題，開發(fā)出具有新型功能的材料。實(shí)驗(yàn)成果可在高溫單晶合金（航空發(fā)動(dòng)機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)葉片）、核電站高溫材料、新型鐵基超導(dǎo)材料、新型紅外遙感探測(cè)材料、醫(yī)學(xué)探測(cè)器材料等領(lǐng)域獲得應(yīng)用。
在液橋演示實(shí)驗(yàn)中，王亞平演示了失重環(huán)境下水的表面張力作用。天宮課堂地面主課堂授課教師李曉彤介紹稱，在地面上無法做出空間站上這么大的液橋，而“太空老師”們就可以更加形象地展現(xiàn)這個(gè)實(shí)驗(yàn)，讓同學(xué)們對(duì)于液體表面張力有更加直觀和深刻的認(rèn)識(shí)�！疤帐谡n的液橋?qū)嶒?yàn)一方面是書本知識(shí)的一種非常好的實(shí)踐和補(bǔ)充，讓同學(xué)們?cè)陬^腦中靠想象才能理解的圖像得以放大和實(shí)現(xiàn)，從而更加深刻地去理解這個(gè)概念�！痹谒头蛛x實(shí)驗(yàn)中，王亞平演示的是失重環(huán)境下水油分層現(xiàn)象消失、通過旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生離心力實(shí)現(xiàn)分層的現(xiàn)象。吳老師介紹稱，這些實(shí)驗(yàn)共同展示的現(xiàn)象都是密度分層的消失，原因就在于空間站中的微重力環(huán)境。
微重力環(huán)境有什么作用？吳老師解釋稱，如果在空間站的微重力環(huán)境下，向熔融的合金中注入氣體，就可以得到高質(zhì)量的泡沫金屬，利用的正是微重力環(huán)境沒有密度分層這個(gè)優(yōu)勢(shì)。這種泡沫金屬是重要的航空航天材料，在能源和環(huán)保領(lǐng)域也非常重要。而這還只是微重力環(huán)境一個(gè)簡(jiǎn)單直觀的應(yīng)用。
在最后開展的太空拋物實(shí)驗(yàn)中，王亞平用冰墩墩演示了天地之間拋物的區(qū)別。天宮課堂地面主課堂授課老師張健介紹稱，通過這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)可以引申出牛頓的高山大炮實(shí)驗(yàn)和第一宇宙速度的概念。“牛頓的高山大炮實(shí)驗(yàn)是一種思想實(shí)驗(yàn)，如果掌握了思想實(shí)驗(yàn)，就可以在邏輯力量的支配下去探索未知的世界�！睆埥》Q。
國(guó)際空間站如何開展太空授課
在載人航天器上開展太空授課具有十分重要的意義，許多國(guó)家都對(duì)太空授課項(xiàng)目高度重視。國(guó)際宇航聯(lián)空間運(yùn)輸委員會(huì)副主席楊宇光在接受《環(huán)球時(shí)報(bào)》記者采訪時(shí)表示，如果不限于形式，目前很多國(guó)家都開展過“太空授課”活動(dòng)，“比如俄羅斯、加拿大、韓國(guó)和馬來西亞等國(guó)的宇航員都曾在太空中錄制視頻，然后帶回地面展示”，但如果嚴(yán)格按照天地連線的形式定義太空授課，目前全世界僅有中美兩國(guó)實(shí)現(xiàn)了太空授課的直播。
據(jù)美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）官網(wǎng)信息顯示，美國(guó)的太空授課項(xiàng)目啟動(dòng)較早，但實(shí)現(xiàn)過程歷經(jīng)艱辛與磨難。1984年，時(shí)任美國(guó)總統(tǒng)里根宣布將開展一項(xiàng)名為“太空教師計(jì)劃”的項(xiàng)目，該項(xiàng)目最初從1.1萬多名申請(qǐng)者中選定美國(guó)高中社會(huì)研究課程教師克麗斯塔·麥考利夫和小學(xué)教師芭芭拉·摩根作為“太空教師計(jì)劃”項(xiàng)目的首批參與者，并最終確定克麗斯塔·麥考利夫作為美國(guó)首位太空教師人選開展太空授課。不幸的是，那次承載著夢(mèng)想的飛行任務(wù)卻遭遇了人類航天史上的一次重大災(zāi)難�！疤魬�(zhàn)者”號(hào)航天飛機(jī)在升空過程中解體，包括克麗斯塔·麥考利夫在內(nèi)的7名乘組成員全部遇難。之后，NASA終止了“太空教師計(jì)劃”項(xiàng)目。作為此次任務(wù)備份的太空教師芭芭拉·摩根也繼續(xù)自己的教學(xué)生涯。直到1998年，NASA重拾“太空授課”計(jì)劃，以“教育家宇航員”項(xiàng)目取代“太空教師計(jì)劃”項(xiàng)目，新項(xiàng)目的不同之處在于，被挑選參加飛行任務(wù)的太空教師不會(huì)在完成太空飛行任務(wù)后回歸課堂，而是經(jīng)過培訓(xùn)成為真正的宇航員，他們?cè)趽?dān)負(fù)常規(guī)飛行任務(wù)之外，還將與其他宇航員一起幫助地面的老師和學(xué)生探索太空。
頗具傳奇色彩的是，2007年8月，芭芭拉·摩根以“職業(yè)宇航員”的身份搭乘“奮進(jìn)”號(hào)航天飛機(jī)登上國(guó)際空間站，并在此次飛行任務(wù)中圓了自己和麥考利夫的太空授課夢(mèng)。
全國(guó)空間探測(cè)首席科學(xué)傳播專家龐之浩在接受《環(huán)球時(shí)報(bào)》記者采訪時(shí)表示，載人航天器內(nèi)的微重力環(huán)境，能幫助青少年更好地理解一些物理概念、物理規(guī)律，國(guó)際空間站也因此開發(fā)了不少面向青少年授課的太空失重科學(xué)實(shí)驗(yàn)。例如，2012年宇航員佩蒂特在國(guó)際空間站內(nèi)給地球上的學(xué)生演示了一個(gè)十分有趣的實(shí)驗(yàn)——水滴繞毛衣針在太空飛舞，以驗(yàn)證帶靜電的毛衣針在太空如何影響水滴運(yùn)動(dòng)。
此外，與載人航天器上的宇航員進(jìn)行通話也是太空教育的一項(xiàng)內(nèi)容。龐之浩介紹稱，目前，僅國(guó)際空間站就進(jìn)行了700多次業(yè)余無線電通話活動(dòng)，共有40多個(gè)國(guó)家和地區(qū)、數(shù)百萬學(xué)生參與。而與國(guó)際空間站舉辦視頻通話，則需要舉辦方通過美國(guó)航空航天局現(xiàn)場(chǎng)互動(dòng)媒體服務(wù)頻道連接至美國(guó)航空航天局電視臺(tái)，此外還需要兩條專用的電話線路以及配套的廣播設(shè)備。通話為雙向音頻、單向視頻，學(xué)生可以通過視頻看到宇航員的實(shí)時(shí)影像，通過音頻和宇航員對(duì)話。這項(xiàng)活動(dòng)深受青少年喜愛。
還會(huì)有更多“天宮授課”
航天大國(guó)為何都熱衷于開展太空授課？
楊宇光表示，從大的背景而言，人類的航天活動(dòng)發(fā)展到今天已經(jīng)比較成熟，許多衛(wèi)星每天都可以直接服務(wù)于我們的生活和國(guó)民經(jīng)濟(jì)，這些航天活動(dòng)是有直接回報(bào)的。但載人航天活動(dòng)，似乎沒有直接經(jīng)濟(jì)回報(bào)，因此就需要大眾去了解它的重要性、不可或缺性�！耙虼宋覀�?cè)谥袊?guó)空間站任務(wù)規(guī)劃時(shí)，就會(huì)把科普作為它的一項(xiàng)重要職能，空間站有著非常特殊的環(huán)境，在空間站上進(jìn)行的物理學(xué)演示，是地面上根本無法實(shí)現(xiàn)的，可以給學(xué)生一個(gè)非常好的教學(xué)效果。因此太空授課是一件很有價(jià)值的事情�！睏钣罟夥Q。
其次，楊宇光認(rèn)為，太空授課能起到一個(gè)激勵(lì)作用�！扒岸螘r(shí)間王亞平在中國(guó)空間站第一次太空授課時(shí)，已經(jīng)有很多報(bào)道，找尋到2013年她在天宮一號(hào)進(jìn)行中國(guó)第一次太空授課時(shí)的聽課學(xué)生，他們中的很多人目前已經(jīng)進(jìn)入航天系統(tǒng)或科研領(lǐng)域工作，這一點(diǎn)非常重要�！睏钣罟膺M(jìn)一步舉例稱，在楊利偉第一次飛天以后，國(guó)家重點(diǎn)高校的航天專業(yè)生源都比過去有大幅提升，有更多優(yōu)秀的學(xué)生選擇航天領(lǐng)域，選擇理工科，這對(duì)于國(guó)家的科技推動(dòng)作用是不可估量的。
此外，楊宇光還提出太空授課的激勵(lì)作用不限于科技人才，還有利于培養(yǎng)民眾的愛國(guó)情懷。
（一）、2022天宮課堂第二課開講手抄報(bào)內(nèi)容
（二）、2022年天宮課堂第二課開講內(nèi)容
在接受《環(huán)球時(shí)報(bào)》記者采訪時(shí)，中科院空間應(yīng)用工程與技術(shù)中心應(yīng)用發(fā)展中心主任張偉透露，根據(jù)中國(guó)空間站的工程任務(wù)安排，未來還會(huì)有生命科學(xué)實(shí)驗(yàn)柜、流體實(shí)驗(yàn)柜、燃燒實(shí)驗(yàn)柜、基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)柜等十幾個(gè)科學(xué)實(shí)驗(yàn)柜，隨著實(shí)驗(yàn)艙Ⅰ和實(shí)驗(yàn)艙Ⅱ被送入太空。將開展包括細(xì)胞、植物、動(dòng)物生命科學(xué)實(shí)驗(yàn)，此外還將開展流體實(shí)驗(yàn)，顆粒物、氣體的燃燒實(shí)驗(yàn)，基礎(chǔ)物理的實(shí)驗(yàn)等。隨著后續(xù)大量實(shí)驗(yàn)將要陸續(xù)開展，未來中國(guó)空間站太空授課的形式也將更為豐富多樣。
