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10月12日，在云南省大理新世纪中学，收看“天宫课堂”第三课的学生介绍地面种植的拟南芥生长情况。 10月12日16时01分，“天宫课堂”第三课在中国空间站开讲，新晋“太空教师”陈冬、刘洋、蔡旭哲为广大青少年带来一场精彩的太空科普课。这是中国航天员首次在问天实验舱内进行授课。新华社记者陈欣波/摄 在太空和在地面上喝水有什么区别？在太空用两米长的吸管喝果汁费劲儿吗？水还能往高处“爬”？飘起来的扳手为啥会“调头”？ 北京时间10月12日16时01分，“天宫课堂”第三课在中国空间站开讲，新晋“太空教师”神舟十四号飞行乘组航天员陈冬、刘洋、蔡旭哲为广大青少年带来一场太空科普课。 这是中国空间站第三次太空授课，也是中国航天员首次在问天实验舱内进行授课。 在约50分钟的授课中，陈冬、刘洋、蔡旭哲生动介绍展示了空间站问天实验舱工作生活场景，演示了微重力环境下毛细效应实验、水球变“懒”实验、太空趣味饮水、会调头的扳手等神奇现象，并生动讲解了实验背后的科学原理。 中国空间站常用的工具T字扳手，在空中旋转起来会有什么现象发生？头朝上、头朝下，又头朝上，如此反复；一会儿在左边，一会儿跑到右边，来回变换……当天，在“会调头的扳手”实验环节，陈冬演示了微重力环境下物理的奇妙之处。 “这是苏联航天员贾尼别科夫在空间站中偶然发现的，所以也叫贾尼别科夫效应，研究发现，这个现象与扳手的旋转方式和它质量的分布有关系。这个现象在地面不太容易看到，但是在太空中这就是小菜一碟。”陈冬说。 流体现象的天地差异有多大？陈冬进行了演示：在微重力环境下，3根粗细不同的塑料管同时放在水中，最细管子内的液面飞速到达顶端。 “最细的管子，液面上升很快，旁边两个管子液面上升比较慢。”陈冬说，和地面最明显的区别就是在太空由于没有重力的束缚，表面张力作用会更加明显，会驱动液面不断上升，最终液面都会上升到管顶。 他和同学们说：“正如亚平老师所说，流体表面张力作用又一次‘大显神威’，最粗的管子液面也会上升到管顶。” 上了太空水球就变“懒”了，原来，一颗小小的钢球就能改变流体的振动幅度。 当天，刘洋通过实验演示，和同学们一起来探索微重力环境下水球的振动现象。当她用注射器喷出空气，快速冲击水球时，水球振动剧烈；当她将一个空心钢球放入水球内，虽然钢球穿进了水球，但是水球仿佛有黏性一样把钢球又给拉回来了。 “钢球已经放置好，再以同样的力度来冲击它，振动确实变小了，水球好像变‘懒’了一样。”刘洋说，这个实验告诉我们，小球的加入使流体的振动发生了一定的变化。她还试着启发孩子们：“同学们想一想，这是为什么呢，生活中有没有类似的应用？” 当天，3位航天员还重点介绍了在中国空间站开展的水稻和拟南芥种植研究情况，展示了手套箱剪株操作。 授课期间，航天员通过视频通话形式与地面课堂师生进行了实时互动交流，地面课堂专家也就有关科学问题进行认真解析。在中国科学院空间应用工程与技术中心设立的地面主课堂，以及在山东菏泽、河南郑州、云南大理分设的3个地面分课堂，约400名中小学生代表参加现场活动，他们聆听讲解，争相提问。 面对孩子们有关“看到最美的一幕是什么”的提问，蔡旭哲说，空间站约90分钟绕地球一圈，所以从航天员的视角看，地球的颜色并不是一成不变的。 “如果问我最美的一幕是什么，我自己最喜欢的是地球外圈那一抹明亮的大气辉光，它在地球的边缘闪烁着，有时候是金色，有时候是蓝色，有时候是紫色，虽然看了很多次，但每次都很震撼，非常漂亮。”蔡旭哲说。 有学生问：“什么样的动植物会住进太空旅馆？” 陈冬答道，现在空间站各方面的条件都进步了，除了拟南芥和水稻，还可以养殖斑马鱼、线虫。 “在这里，科学家可以根据不同植物适宜的生长环境，对光照、温度等条件进行控制，同时自动观察装置还可以定期给它们拍照、录视频，记录它们在太空的生活状态，让地面的科学家知道它们发育得好不好，观察它们在太空是否住得习惯。”陈冬说。 还有学生问，怎样才能成为一名合格的航天员？ “我非常非常开心能听到这样的提问，希望今天的天宫课堂也能够在更多的同学们心里种下航天的种子。”陈冬介绍，我国已启动第四批预备航天员的选拔，这次将从海、陆、空三军现役飞行员中选拔航天驾驶员，首次从港澳地区选拔载荷专家，也会选拔航天飞行工程师。 他对孩子们说：“想要成为一名航天员需要经历严格的选拔和训练，我相信只要你坚定理想，认真学习，好好锻炼身体，未来一定有机会加入光荣的航天员队伍，让种子最终在太空中结出甜美的果实，我们在空间站等你来出差。” 值得注意的是，此次“太空授课”画面清晰流畅、同学们与航天员的互动交流“无缝衔接”，离不开我国中继卫星系统的强大支撑。在约50分钟的授课中，北京空间信息传输中心调用“天链一号”03星和“天链二号”01星，为中国空间站组合体提供天基测控与数据中继服务，搭建起天地往返的“信息天路”，实现地面与舱内航天员之间话音、图像的双向传输，为“太空授课”的顺利进行提供了稳定可靠的数据传输支撑。 北京空间信息传输中心总工程师单长胜告诉记者，实现“太空授课”的一个难点便是需要对中国空间站进行长时间持续测控，而受地球的曲率影响，依靠传统的测控站点很难独立达到这一要求，“中继卫星系统具有覆盖范围广、传输速率高的特点，在它的支持下，我们不仅可以达到对空间站组合体持续测控的目的，还可以帮助航天员与地面进行双向音视频通话、在舱内使用WIFI等”。
2013年，成功实现三星组网的一代中继卫星系统，顺利保障了我国第一次“太空授课”。2021年至2022年，两代多颗中继卫星又圆满保障了三次“天宫课堂”。 |
