水球?qū)嶒?yàn)
太空課堂引6000萬學(xué)生“仰望星空”
◎王亞平“授課”40分鐘
◎?qū)＜曳Q效果“非常滿意”
昨天上午10點(diǎn)04分，在距離地面300多公里的天宮一號(hào)里，中國女航天員王亞平開始了迄今為止人類歷史上第二次太空講課。地球上，北京人大附中課堂座無虛席，300多名中小學(xué)生聆聽了來自太空的“特殊一課”，全國6000多萬學(xué)生同步收看了直播。在北京航天中學(xué)里，高二“神箭班”的26名同學(xué)更是與天宮進(jìn)行了同主題的實(shí)驗(yàn)。北京101中學(xué)的物理老師史藝，作為“太空授課”專家組成員，她為王亞平的太空授課打100分。
□天地課堂
太空教師“飛進(jìn)”課堂
昨天上午10時(shí)11分，北京航天飛行控制中心報(bào)告，已與天宮一號(hào)內(nèi)的航天員建立雙向通信鏈路。
“同學(xué)們，你們好！”大屏幕上，身穿藍(lán)色航天服的王亞平飄浮著來到鏡頭前，微笑著與大家招手見面，她就是這堂課的主講教師。為了備好課，她精心準(zhǔn)備了授課內(nèi)容，向?qū)I(yè)教師虛心請(qǐng)教講課技巧，還扎起了秀氣的馬尾辮。不過，在失重環(huán)境下，精心梳理的馬尾辮變成了蓬松的“毽子”。
指令長聶海勝責(zé)任重大，作為“助教”負(fù)責(zé)看管教具。同時(shí)，他還將照管天宮一號(hào)和神舟十號(hào)組合體的飛行，并用專用耳機(jī)與地面保持聯(lián)絡(luò)，以備處置意外情況。航天員張曉光擔(dān)任太空課堂的攝影師。他用束縛帶把自己固定在艙壁上，保持身體平衡，地面看到的直播畫面，很多都來自他的手持?jǐn)z像機(jī)。
聶海勝打坐王亞平一指禪
“現(xiàn)在我們是在遠(yuǎn)離地面300多公里的天宮一號(hào)實(shí)驗(yàn)艙里向大家問好。同學(xué)們都知道，失重是太空環(huán)境中最獨(dú)特的現(xiàn)象，那么首先讓我們的指令長來給大家表演幾個(gè)高難度的動(dòng)作吧”，剛開始講課，兩位老師就讓地面的學(xué)生大開眼界。
聶海勝盤起雙腿，慢慢飄了起來，做了一個(gè)精彩的“懸空打坐”。“我還有‘大力神功’呢”，話音剛落，王亞平伸出一指，輕輕一點(diǎn)，聶海勝就向艙后飛去，邊飛還邊翻跟斗，引來地面的掌聲和笑聲。“怎么樣，很厲害吧。”王亞平笑著對(duì)學(xué)生們說：“在太空失重環(huán)境中，我們個(gè)個(gè)都像是身輕如燕的武林高手。”記者張靈郭瑩商西綜合新華社中新網(wǎng)
[太空]昨天，王亞平展示的第一個(gè)實(shí)驗(yàn)是質(zhì)量測(cè)量。在太空微重力環(huán)境下，如何稱人的體重呢？王亞平請(qǐng)指令長聶海勝展示如何使用天宮一號(hào)中的質(zhì)量測(cè)量儀來稱體重。只見聶海勝飄到測(cè)量儀前，抓住儀器上幾個(gè)扶手，牽引測(cè)量儀的鋼絲繩拉開又回來，一旁的電子屏上就顯示出聶海勝的體重：74千克。
[地面]26名同學(xué)中選出了一胖一瘦兩人，“如何利用體重計(jì)讓瘦同學(xué)增重、胖同學(xué)減重？”在嘗試了各種方法后，同學(xué)們發(fā)現(xiàn)，瘦同學(xué)慢蹲快站，體重計(jì)顯示的數(shù)字變大了；胖同學(xué)快速下蹲后，體重計(jì)顯示數(shù)字則變小了。溫老師介紹，這就是“增重”和“失重”現(xiàn)象，類似乘坐電梯在起降瞬間時(shí)的感受。
[解答]航天中學(xué)溫鵬老師說，地面體重計(jì)要求人保持靜止站立狀態(tài)，重力與體重計(jì)支持力是相等的。太空失重，支持力為零，體重計(jì)測(cè)不出來。王亞平介紹，太空測(cè)重儀通過“彈簧—凸輪”機(jī)構(gòu)產(chǎn)生恒定力，把聶海勝拉回到初始位置。光柵測(cè)速系統(tǒng)測(cè)出身體運(yùn)動(dòng)的加速度。根據(jù)牛頓第二定律F=ma，算出身體重量。
[太空]王亞平演示的第二個(gè)實(shí)驗(yàn)是單擺實(shí)驗(yàn)，她拿出一個(gè)支架，用細(xì)繩將小球連接在支架上，形成了一個(gè)單擺。只見王亞平將小球輕輕拉起，神奇的一幕發(fā)生了：小球在空中緩緩地懸浮著。接下來，王亞平推了小球一下，小球開始繞著擺軸做起了勻速的圓周運(yùn)動(dòng)。
[地面]在教室里，同學(xué)們的桌前也放置著這樣的支架。但當(dāng)大家拿起小球到一定角度松手后，小球便在空中劃著弧線開始往復(fù)擺動(dòng)。緊接著，再把小球使勁兒一推，小球也繞著擺軸做起了圓周運(yùn)動(dòng)，但只繞了幾圈后，便停了下來。
[解答]溫鵬說，究其原因還是因?yàn)橹亓ψ饔貌煌�。小球因重力作用下墜，在�?xì)繩的拉動(dòng)下，做起簡諧運(yùn)動(dòng)。再給它一個(gè)比較大的外力，它也會(huì)開始圓周運(yùn)動(dòng)。但同時(shí)，在重力作用下，小球不停地改變運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，所以不能像在太空中那樣不停地轉(zhuǎn)圈，最終停了下來。
[太空]陀螺是很多人兒時(shí)的玩具，大家對(duì)它并不陌生。在太空中，王亞平分別展示了靜止的陀螺和高速旋轉(zhuǎn)的陀螺在太空的狀態(tài)。王亞平先對(duì)一枚懸空靜止的陀螺施加干擾力，陀螺翻滾著向前運(yùn)動(dòng)，軸向發(fā)生了很大改變。隨后，再讓陀螺旋轉(zhuǎn)起來，這次，陀螺不翻滾了，晃動(dòng)著向前走。
[地面]在地面上同學(xué)們?cè)诶蠋煹闹笇?dǎo)下，先讓陀螺高速轉(zhuǎn)動(dòng)起來，然后用手輕輕觸碰，陀螺并未改變轉(zhuǎn)動(dòng)軌跡，仍然穩(wěn)定轉(zhuǎn)動(dòng)。據(jù)了解，這涉及陀螺的定軸性原理，實(shí)際上在中學(xué)課本中并未涉及，屬于大學(xué)知識(shí)范疇。通過太空實(shí)驗(yàn)演示，讓這一略顯深?yuàn)W的物理知識(shí)得到了很直觀的展示，學(xué)生們理解起來并不難。
[解答]溫鵬說，高速旋轉(zhuǎn)的陀螺具有很好的定軸性，這一定軸特性在天上地上是完全一樣的。太空環(huán)境中，靜止的陀螺它的軸是不固定的，加之沒有重力，會(huì)翻滾著運(yùn)動(dòng)。而一旦旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)后，由于是圍繞軸運(yùn)動(dòng)，即使有干擾力，陀螺仍會(huì)穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)。正因?yàn)橥勇莸倪@一特殊的穩(wěn)定性，在航海、航天中均使用到陀螺儀。
[太空]王亞平取出了一個(gè)金屬圈，把它插入裝滿飲用水的自封袋中再慢慢抽出來，圈中結(jié)了一個(gè)透明的水膜。輕輕地來回晃動(dòng)中，水膜完好無損。“我想如果詩人李白在天宮中生活，大概他就寫不出‘飛流直下三千尺’的詩句了，因?yàn)樵谑е貭顟B(tài)下，根本就不可能會(huì)‘飛流直下’”。
[地面]在地面上，同學(xué)們費(fèi)盡九牛二虎之力，也難以和太空中的王亞平PK。學(xué)生們用準(zhǔn)備好的吹泡泡筒，輕而易舉地制造出了泡泡膜，但卻不能像王亞平一樣，和泡泡玩“游戲”，泡泡堅(jiān)持不過幾秒就破裂了。緊接著，大家又試圖用清水吹出泡泡，但也全部失敗了。
[解答]溫鵬老師說，在太空失重狀態(tài)下，水的表面張力變大，能輕松地形成水膜。在地面上形成水膜是很難的，因?yàn)橛兄亓Φ挠绊�，一出水就�?huì)破裂，而在太空失重環(huán)境中，水的表面張力就會(huì)大顯神威。
[太空]王亞平用注射器往水球中先后注射了兩個(gè)水泡，與地面上不同，這兩個(gè)水泡并未融合在一起，而是單獨(dú)存在著。隨后，王亞平又用針筒向水球中注入了紅色的液體，紅色的液體在水球中慢慢彌漫，最終將透明的水球染成了紅色水球。
[地面]一位同學(xué)用紅墨水把一個(gè)燒杯中的純凈水染成紅色，之后用滴管吸出一些水，再把它從滴管中緩緩擠出。另一位同學(xué)則用放大鏡觀察擠出的水是什么形態(tài)。“是水滴形的，下面大上面小，跟太空里的不一樣。”學(xué)生們爭(zhēng)先說出自己的觀察結(jié)果。
[解答]為什么水滴在太空中能成為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的圓形呢？溫鵬解釋道，由于在太空中沒有外力影響，水只有表面張力，在表面張力作用下水會(huì)形成一個(gè)表面積最小的形狀，也就是球形。而在地球上，由于重力作用，水滴下來只能形成液滴狀。
組圖：航天中學(xué)的師生在實(shí)驗(yàn)室中與天宮一號(hào)進(jìn)行同步同題實(shí)驗(yàn)。京華時(shí)報(bào)記者潘之望攝?
□天地互動(dòng)實(shí)驗(yàn)用水可以循環(huán)使用嗎？將來空間站循環(huán)用水
人大附中高二年級(jí)學(xué)生司紫碩：剛才的水實(shí)驗(yàn)我覺得非常非常有趣，我還想知道的就是這些實(shí)驗(yàn)用水是你們從地面直接帶上去的？還是在天宮生活中循環(huán)再生的？之后這些水還能夠被回收起來再利用嗎？
聶海勝：我們?cè)谔鞂m一號(hào)上使用的水都是從地面上帶來的，在太空中資源循環(huán)利用是非常重要和有價(jià)值的，這需要先進(jìn)技術(shù)和復(fù)雜設(shè)備。因此，針對(duì)短期飛行還是一次性用水更經(jīng)濟(jì)，我國空間站將采用先進(jìn)的資源再生和循環(huán)利用技術(shù)。在天宮一號(hào)里，我們也進(jìn)行了部分相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)。我國科研人員將會(huì)把中國空間站建設(shè)成為運(yùn)行高效、節(jié)約的空間站。
看到太空垃圾了嗎？
發(fā)射前就作了預(yù)警分析
北師大附中高一學(xué)生毛思銳：在太空中能看到太空垃圾嗎？天宮一號(hào)是否有應(yīng)對(duì)太空垃圾的防護(hù)措施呢？
王亞平：在飛行的這幾天，我們還沒有看到太空垃圾，不過事實(shí)上太空垃圾確實(shí)是存在的。雖然它與航天器相撞的幾率很小，但是數(shù)量卻不少，一旦與航天器相撞，后果將不堪設(shè)想。因此，在發(fā)射前我們就對(duì)太空垃圾進(jìn)行了預(yù)警分析，也對(duì)天宮一號(hào)采取了相應(yīng)的規(guī)避和防護(hù)措施，以確保航天員的安全。
怎么應(yīng)對(duì)失重對(duì)身體的不利影響？
體育鍛煉、藥物和體液重新分布
潞河中學(xué)高一學(xué)生韓蘇陽：在太空中需要生活很長時(shí)間，采取了哪些措施來應(yīng)對(duì)失重環(huán)境對(duì)身體的不利影響？
聶海勝：在太空，航天員會(huì)遇到失重、噪聲、狹小密閉環(huán)境等不利因素的影響。失重會(huì)造成人體心血管失調(diào)、骨丟失、肌肉萎縮等。為對(duì)抗失重，我們通常采用體育鍛煉、藥物和體液重新分布等方法來進(jìn)行防護(hù)。這次我們帶來了很多設(shè)備，比如企鵝服、套袋、拉力器、自行車供量計(jì)等。剛才授課的小講堂，就是自行車供量計(jì)改裝的，等一會(huì)兒重新組裝成為體育鍛煉的太空自行車。
星星會(huì)閃爍嗎？看見UFO了嗎？
每天看16次日出還沒看到UFO
史家小學(xué)讀四年級(jí)邱甜：在天空中看到的景象和在地面上看到的有什么不同？星星會(huì)閃爍嗎？能看見UFO嗎？
王亞平：這確實(shí)是一個(gè)很奇妙的問題。透過舷窗我們可以看到美麗的地球，還可以看到日月星辰，但是到現(xiàn)在為止我還沒有看到UFO。由于我們處于大氣層之外，沒有了大氣的阻擋和干擾，我們看到的星星格外明亮，但是星星不會(huì)閃爍。同樣，由于沒有了大氣對(duì)光的散射作用，我們看到的天空不是藍(lán)色的，而是青翠的黑色。另外我要告訴你們一個(gè)很奇妙的現(xiàn)象，現(xiàn)在我們每天都可以看到16次日出，因?yàn)槲覀兠?0分鐘就可以繞地球一圈。
□實(shí)驗(yàn)揭秘
時(shí)間限制許多實(shí)驗(yàn)未演示
昨天，太空授課備課組組長邸乃庸表示，“太空授課”對(duì)青少年教育非常重要�？梢宰尯⒆觽冎捞帐鞘裁礃拥沫h(huán)境，跟地面有什么不一樣，它會(huì)產(chǎn)生什么樣奇特的現(xiàn)象，將這些呈現(xiàn)給學(xué)生，能夠引起學(xué)生進(jìn)一步擴(kuò)大領(lǐng)域的思考，使中小學(xué)生以后再考慮問題的時(shí)候，能夠更加全面，同時(shí)也更加能夠激發(fā)青少年的科技熱情。
他介紹，為使太空授課呈現(xiàn)良好效果，國家專門成立了專家組，“最初，專家們提出了很多實(shí)驗(yàn)，但是不可能都做，最后選擇的是可視性好，便于操作的實(shí)驗(yàn)”。邸乃庸說，此次選擇的都是物理實(shí)驗(yàn)，此前專家組也考慮進(jìn)行化學(xué)實(shí)驗(yàn)，雖然太空中化學(xué)實(shí)驗(yàn)中的一些溶液變化與地面實(shí)驗(yàn)不同，但這需要靠航天員進(jìn)一步解說。最終，專家組選定用眼睛可直觀看出來的物理實(shí)驗(yàn)。此外，實(shí)驗(yàn)選擇上還考慮了航天員是否容易操作及使用簡單的用具。因?yàn)楹教靻T并不是實(shí)驗(yàn)人員，實(shí)驗(yàn)的主要目的是告訴學(xué)生失重環(huán)境與地面不一樣。
他透露，在最初的設(shè)計(jì)中，遠(yuǎn)不止昨天現(xiàn)場(chǎng)演示的實(shí)驗(yàn)，但由于受到時(shí)間限制，最終只演示了這么多內(nèi)容。對(duì)于昨天航天員的實(shí)驗(yàn)表現(xiàn)，邸乃庸表示非常滿意。
教具飛天成本約達(dá)35萬元
太空授課教案組金聲老師介紹說，太空授課計(jì)劃其實(shí)在一年前就開始籌備，本想神九時(shí)進(jìn)行，但神九升空時(shí)間較短，而且神九的主要任務(wù)是對(duì)接任務(wù)，所以太空授課計(jì)劃最終在神十實(shí)現(xiàn)。
去年9月開始，太空授課教案組開始廣泛征求各方意見，確定實(shí)驗(yàn)計(jì)劃。在天宮一號(hào)中呈現(xiàn)的幾個(gè)實(shí)驗(yàn)，都是經(jīng)過反復(fù)推敲、精挑細(xì)選的。“實(shí)驗(yàn)的選擇主要考慮到科普性、可視性、教育性和可實(shí)施性四個(gè)方面。最終確定演示失重環(huán)境中的力學(xué)原理和液體表面張力。”
金聲介紹，往太空帶物品不是斤斤計(jì)較，而是克克計(jì)較。但這次為了太空教學(xué)，帶上天宮一號(hào)的“教具”總重量是2.9公斤，也體現(xiàn)了國家對(duì)這次太空授課的重視。
據(jù)了解，1千克物質(zhì)從地面發(fā)射到近地軌道的空間站約需2萬美元。以此計(jì)算，這些教具飛天成本達(dá)到5.8萬美元，即35萬元人民幣左右。
課時(shí)40分鐘系精心安排
在授課時(shí)間安排上，昨天很多學(xué)生都詢問，為什么不能延長時(shí)間。對(duì)此，邸乃庸解釋，太空授課的40分鐘時(shí)間也是經(jīng)過精心安排。主要是因?yàn)檫@段時(shí)間的天地通話效果是最好的。他表示，在此前的計(jì)劃中，王亞平還將做更多的實(shí)驗(yàn)，但是，他們需要將時(shí)間控制在40分鐘內(nèi)，因?yàn)檫@段時(shí)間神十經(jīng)過我國所有的測(cè)試站，直接測(cè)控，其畫質(zhì)、聲音的傳輸效果都是最好的。因此，受到時(shí)間的限制，太空授課的時(shí)間為40分鐘。
□師生反應(yīng)
學(xué)生：不能做航天員也愿做老師
40分鐘的太空課學(xué)生們?nèi)杂X得意猶未盡。太空課堂激發(fā)了同學(xué)們探索太空的好奇心，看到航天員通過直播回答了很多學(xué)生的提問后，學(xué)生楊南仍覺得不過癮。楊南說，好多問題直播里沒有找到答案，他準(zhǔn)備回去后搜集資料繼續(xù)研究。
史家小學(xué)四年級(jí)的邱甜說，她還沒有開始學(xué)物理，但通過這堂課對(duì)失重、水的張力等有了難忘的記憶，她也特別喜歡漂亮、聰明的王老師，“如果不能做航天員，我也愿意做老師。”
老師：我給王亞平打100分
北京101中學(xué)的物理老師史藝和來自人大附中的物理老師宓奇，是太空授課專家組的成員。今年春節(jié)前接到任務(wù)之初，他們便向全國中小學(xué)生征集最關(guān)心的物理問題。專家組將這些問題提煉成了昨天王亞平在太空中的課程。
史藝說，航天員訓(xùn)練任務(wù)非常繁重，他們與航天員的交流都是斷斷續(xù)續(xù)的，有時(shí)候兩周交流一次，有時(shí)候則需隔一個(gè)月。他們的任務(wù)主要是向航天員介紹從小學(xué)到高中學(xué)生在物理方面的儲(chǔ)備情況，也會(huì)向他們展示一些小實(shí)驗(yàn)。
史藝說，王亞平講課內(nèi)容都是她自己完成，此前，并沒有告訴她需要怎么講，應(yīng)該注意哪些內(nèi)容。“如果對(duì)王亞平的講課打分的話，我打100分。”
□航天員寄語
聶海勝：“愿同學(xué)們刻苦學(xué)習(xí)，增長知識(shí)，為‘中國夢(mèng)’添彩！”
張曉光：“深邃太空，奧秘?zé)o窮，探索無止境，讓我們共同努力！”
王亞平：“飛天夢(mèng)，永不失重。科學(xué)夢(mèng)，張力無限！”
□太空發(fā)郵件
王亞平給前輩回信
昨天，完成太空授課的中國女航天員王亞平在天宮一號(hào)通過電子郵件，向世界第一位“太空教師”、美國前宇航員芭芭拉·摩根回信。
“親愛的芭芭拉·摩根女士：在遙遠(yuǎn)的太空收到您的來信，我和我的同事感到很高興，謝謝您對(duì)我們的關(guān)心和祝愿，對(duì)您為世界載人航天和教育事業(yè)做出的貢獻(xiàn)表示敬佩和敬意。今天，我們順利完成了太空授課活動(dòng)，與億萬中國學(xué)生一起分享了太空的神奇和美妙，收獲了知識(shí)和快樂，希望您和世界各地的教師、學(xué)生看到后能夠喜歡。飛行期間，我經(jīng)常會(huì)通過舷窗遙望我們美麗的家園。太空寄托著人類美好的向往，知識(shí)是走向太空的階梯。我們?cè)概c您一道為開啟全世界青少年朋友熱愛科學(xué)、探索宇宙的夢(mèng)想共同努力。”
6年前，芭芭拉·摩根乘坐“奮進(jìn)號(hào)”航天飛機(jī)進(jìn)入國際空間站，通過視頻向?qū)W生展示在太空運(yùn)動(dòng)、喝水等情景，上了人類歷史上第一堂太空課，也圓了她21年來的夢(mèng)想。
今年6月13日神十飛天后，62歲的芭芭拉致信王亞平，表達(dá)對(duì)神十航天員的問候和祝愿，并給予王亞平的太空授課熱切期盼和鼓勵(lì)。
