科技日报记者 唐芳
北京时间2021年12月9日15时40分，“天宫课堂”第一课正式开讲，时隔8年之后，中国航天员再次进行太空授课。
“太空教师”翟志刚、王亚平、叶光富在中国空间站为广大青少年带来了一场精彩的太空科普课，这是中国空间站首次太空授课活动。
在约60分钟的授课中，三位航天员展示了太空细胞、太空转身、浮力消失、水膜张力、水球光学、水中泡腾片等6个太空科学实验。这些奇妙的实验背后有着什么样的科学原理，一起来看看吧！
实验一：太空细胞——空间站实验展示
细胞在失重环境下生长得好吗？当然好！正如航天员王亚平在课堂上所说，细胞在太空中很神奇，甚至能看到它在跳动。
在此次太空授课中，航天员叶光富为大家展示了太空中细胞的神奇变化。记者在现场看到，心肌细胞在荧光显微镜下闪闪发光，还做起了收缩运动。太空授课科普专家组成员、北京交通大学物理国家级实验教学示范中心副教授陈征解释说，这是微重力环境下活的心肌细胞因为生物电脉冲而产生的明暗闪烁。
实验二：太空转身——角动量守恒原理
究竟怎样完成太空转身？航天员叶光富漂浮着尝试了吹气、游泳等方法后均无果，但当他右手不断地划着圈并且越划越快时，他在太空成功转身。
“叶光富的太空转身体现的是角动量守恒原理。”陈征解释说，空间站处于微重力环境，人人身轻如燕，但同时也失去了地面摩擦力提供的向前的动力，因此人不但不会比在地面上走路更轻松，反而会寸步难行。
他解释道，太空转身实验的核心关键词叫角动量。角动量是描述物体转动的物理量。这个试验所展现的是在微重力的环境中，航天员在不接触空间站的情况下，类似于理想状态下验证“没有外力矩，物体会处于角动量守恒”。
航天员上半身向左转动时，按照角动量守衡的原则，下半身就会向右转。讲课中，航天员就是通过右手划圈实现转身。
实验三：浮力消失——浮力与重力伴生
乒乓球在太空里会浮在水面上吗？王亚平在“天宫课堂”上，将乒乓球放在盛有水的杯子中，轻轻用吸管一压，失重环境下，会发生什么有趣的事情？
只见乒乓球停留在了水中，不能浮起来。乒乓球在微重力环境下“浮力消失”，陈征说，微重力条件下，液体内部压强处处相等，因而也就不再有上下表面压强差而产生的浮力。“重力和浮力相伴而生，正是地球上的重力使得乒乓球能够浮于水面。”
实验四：水膜张力——液体表面张力
在翟志刚、叶光富的辅助下，航天员王亚平把一个金属圈插入饮用水袋中，慢慢抽出金属圈，形成了一个水膜。接着，她往水膜表面贴上一片和女儿一起完成的花朵折纸。在水膜试验中，这朵花在太空中“绽放”。
“在微重力环境下，表面张力很大的水也能够延展成水膜，贴在水膜上的花朵也因为表面张力而展开。”陈征说。
那么什么是液体表面张力？清华大学航天学院副教授王兆魁曾介绍，受到内部分子的吸引，液体表面分子有被拉入内部的趋势，导致表面就像一张绷紧的橡皮膜，这种促使液体表面收缩的绷紧的力，就是表面张力。
实验五：水球光学——同样是液体表面张力
王亚平接着用饮水袋往水膜上注水，利用液体表面张力，水膜很快变成一个亮晶晶的大水球。叶光富立即向水球内注入空气，水球内形成一个球形气泡。神奇的事情发生了，水球产生了双重成像，中间和外部一个是正像一个是倒像。这是为什么呢？
陈征解释道，重力影响极小时，水在表面张力作用下形成近乎完美的球形，可以像凸透镜那样成像。在加入气泡后，悬在水球中的气泡又把水球分成了中心和周围两部分，中心部分变成两个凹透镜组合，形成一个正立虚像，周围部分仍是凸透镜形成的倒立实像。
实验六：泡腾片实验——浮力消失
泡腾片遇到水之后会产生很多气泡，那么在太空，泡腾片与水球相遇会发生什么变化？
今天的“天宫课堂”第一课上，太空教师王亚平就做了这样一个实验。只见泡腾片在水球里不断冒泡，但在失重环境下，气泡虽然不断产生，却并没有离开水球。而随着气泡不断增多，水球逐渐变成了一个充满“气泡球”，并且产生了阵阵香气。
对此，陈征解释说，地球上有浮力，所以水中泡腾片的气泡会向上跑。在太空中，水里的泡腾片产生的气泡因为没有浮力而停留在水球中，让水球变得色彩斑斓。
