3月23日下午，“天宫课堂”第二课在中国空间站正式开讲。神舟十三号乘组航天员翟志刚、王亚平、叶光富进行授课。

“太空课”受到了很多人的喜欢。

有人说：“没有看够，再来点吧”。

有人说:“国家真是强大了，现在我坐在家里都能听航天员讲课......”

那么，本次的“天宫课堂”为大家带来了哪些炫酷又好玩的实验？

这些有趣的实验背后又藏着哪些“干货”？

一起听听上海天文馆专家的解读。

知识点：失重状态下的饱和液体结晶现象

在太空中，给水球一个晶核，就能变成一个“冰球”！这是为什么呢？

首先，我们来了解一下结晶。结晶是溶液中析出固体的过程。

把可溶固体放入溶液中，固体分子渐渐离开固体表面而分布到整个液体中。

但与此同时，还进行着另一个相反的过程：固体分子在溶液中不断运动，当碰到固体表面时，有可能又被吸引回来，脱离溶液（从溶液中析出）。

这时如果其他条件保持不变，在单位时间内固体溶解的分子数目和从溶液析出的固体分子数目相等，这时达到了平衡，也就是此温度下的饱和溶液状态。

而环境变化会改变这个状态，比如温度降低，就会使固体溶解度变低；又或者水分蒸发，就会使液体分子减少，这时就变成了过饱和溶液。给过饱和溶液一个小小的外部扰动，就会在溶液内部形成许多结晶核，紧接着以晶核为中心再长出晶体和新的晶核。

在天宫课堂中，王亚平老师直接给过饱和溶液一个晶核，使水球开始结晶，变成了“冰球”。而在地面上，由于受到重力的作用，形成的晶体形状都是不规则的，会受到容器的影响，无法形成一个完美的“冰球”。

值得一提的是，王老师演示所用的乙酸钠溶液，它的结晶是个放热过程，所以看似“冰球”，但握在手上却是个“热球”。

知识点：失重环境下水的表面张力

通过实验我们可以看到，微重力环境下的液桥比地面上形成的液桥更长，更坚固。

这是因为液桥是由于液体的表面张力而形成的，在重力环境中形成的液桥尺寸很小，超过这个尺寸，表面张力就无法承担它的重力而垮塌。在空间站的失重环境下，液桥就没有太大的重力负担从而能建立得更长。

当然，在地面上我们也可以借助一些外力做一个较长的液桥。比如给去离子水施加一个高压电场，使分子间正负电核的吸引更强，从而能做出稍长的液桥啦！

我们本次太空液桥实验做出了大约10cm的液桥。大家可以试一试，你能做出多长的液桥呢？

其实，液桥的长度与它的直径的比例要控制在一定的范围内，不然即使是在太空中也可能会有断开哦！

知识点：失重环境下水油分层现象消失，通过旋转产生离心力实现分层

在重力环境下，水和油由于密度不同会产生分层；而在失重环境下却不会。这是为什么呢？

因为失重环境中液体间的浮力对流基本消失，不存在所谓的“上浮”与“下沉”，所以会出现“水油混合”的现象。

那么，在空间站里如何才能将水、油分开呢？

依然要利用它们各自密度的不同。在物体进行圆周运动时，在惯性的作用下会产生一种背离圆心的效果力，这就是离心作用。之前虽然水和油物理混合了，但其实并没有真正化学相溶。

那么，在失重环境下，只要通过高速旋转，可以放大离心作用，物理性质不同的油和水就会发生分层，瓶子里的油又跑到水的“上面”了。

你知道吗？如果航天员把绳子拴在瓶子的底部，那油就会在瓶底，水就会在油的“上面”啦！

事实上，这就是实验室里离心机的原理，实验中叶光富老师就扮演了一个“人体离心机”。在我们的空间站里配备了三台太空离心机，可以进行生物学样本分离和变重力实验等。

在空间站里，航天员抛出的物体竟然是沿直线运动的！而在地面上则是做平抛运动。

这是因为，在实际生活中，抛出的物体不仅有水平方向的初始速度，在重力的作用下，还有竖直方向的加速度，二者合一就会形成抛物线轨迹。

但在空间站中，重力的作用极其微小，几乎可以忽略。根据牛顿第一定律：一切物体在没有受到外力的作用时，总保持静止状态或匀速直线运动状态。因此航天员抛出的物体就会保持类匀速直线运动啦！

空间科学设施介绍与展示

其实，在空间站当中难以达到绝对意义上的微重力，而且航天器除了地球引力，也会受到太阳光压、大气阻力等多种摄动力的影响。一些要求十分严苛的实验，必须追求“高微重力”环境，高微重力科学实验柜就能为我们提供一个 10 -7 g的隔离环境（地球重力加速度的千万分之一）。

在这里，将进行相对论物理与引力物理的实验，如广义相对论的弱等效原理的检验。

这是中国科学院空间应用工程与技术中心的研究人员基于“静电悬浮技术”开发的一套无容器材料实验柜。

什么是无容器实验柜呢？以天宫课堂上的锆金属为例，让金属成为一颗漂浮的液滴，就可以避免容器的干扰。并且通过激光对液态锆金属进行加热，再冷却，可以实施物理观测，并进行凝固机理的研究。

这为重要应用背景实验（例，新一代燃气轮机高温合金的叶片可以用于第四代大飞机的叶片上）和特种功能材料实验（例，蓝钛玻璃材料）提供了可能。

问题一：在空间站里流眼泪会怎样？

空间站里眼泪不会自然流下，只会在眼眶里打转或流到眼角位置。看来，在太空里“很容易做到强忍眼泪”。

问题二：空间站里过的是北京时间还是格林威治时间？

中国空间站每90分钟就经历一次日出日落，空间站里所使用的时间既有北京时间也有世界时，还有相对飞行时间和绝对飞行时间，但生活、工作主要使用北京时间。

问题三：空间站里看到的月亮和地球上一样吗？

空间站虽然在高空飞行，但距离月球依然有38万公里，和地面的差距并不大，没有月相的差别。但是因为没有大气，空间站里看到的月亮更为明亮。

问题四：冰墩墩是什么时候登上空间站的？

冰墩墩是地面工作人员为航天员准备的“彩蛋”。他们给了航天员一个“盲盒”，一同带到天上，但直到冬奥会开幕才被允许拆开，目的是给他们一个惊喜，起到缓解压力的作用。这次授课，冰墩墩被航天员邀请来客串实验嘉宾。

问题五：太空中能烧开水吗？

虽然空间站有环控生保系统（环境控制和生命保障系统），有一个标准大气压，但是因为失重，在空间站依旧无法烧开水。空间站的饮用水使用特定的加热装置加热。

内容来源 | 上海天文馆

原文标题 | “天宫课堂”第二讲，又有哪些有趣的实验？