天宫课堂|专家解读“天宫课堂”第二课:太空实验背后的奥秘
新华社北京3月23日电 题:专家解读“天宫课堂”第二课:太空实验背后的奥秘
新华社采访人员李国利、黄一宸
3月23日下午 , 中国空间站“天宫课堂”再度开课 , “太空教师”翟志刚、王亚平、叶光富演示了太空“冰雪”实验、液桥演示实验、水油分离实验、太空抛物实验等 。
为什么要做这些科学实验?背后蕴含着哪些科学奥妙?与人类探索浩瀚宇宙又有什么关联?新华社采访人员采访多位专家一一解读 。
实验一:温热的“冰球”
【现象回顾】这一幕仿佛发生在“魔法世界”:透明的液球飘在半空中 , 王亚平用一根小棍点在液球上 , 球体瞬间开始“结冰” , 几秒钟就变成通体雪白的“冰球” 。 王亚平说 , 这枚“冰球”摸上去是温热的 。
【专家解读】“太空‘冰雪’实验实际上是过饱和乙酸钠溶液形核、结晶的过程 , 过程当中会释放热量 。 ”中国科学院空间应用工程与技术中心研究员张璐介绍 , 过饱和溶液结晶通常需要外界“扰动” , 而这个实验的“玄机”就在于小棍上沾有晶体粉末 , 为过饱和乙酸钠溶液提供了凝结核 , 进而析出三水合乙酸钠晶体 。
【天宫课堂|专家解读“天宫课堂”第二课:太空实验背后的奥秘】【延伸阅读】在地面上进行结晶实验时 , 晶体的样子可能因容器形状不同有很大差异 。 而在微重力环境中 , 晶体并不受容器的限制 , 可以悬浮在半空“自由生长” , 这与中国空间站里的无容器材料实验柜相呼应 。 无容器材料实验柜目前主要有两个用途:一是实现材料在无容器状态下从熔融到冷却凝固的过程 , 供科研人员收集物性参数进行研究;二是用于特殊材料在轨生长 , 缩短新材料从实验室走向流水线、走进大众视野的时间 。
实验二:“拉不断”的液桥
【现象回顾】叶光富将水分别挤在两块液桥板上 , 水球状似倒扣着的碗 。 液桥板合拢 , 两个水球“碗底”挨“碗底”;液桥板分开 , 一座中间细、两头粗的“桥”将两块板相连;王亚平再将液桥板拉远 , 液桥变得更细、更长 , 仍然没有断开 。
【专家解读】张璐介绍 , 微重力环境与液体表面张力是液桥得以成形的主要原因 。 日常生活中的液桥不易被察觉 , 比如洗手时两个指尖偶然形成几毫米液柱 , 再拉远一点就会受重力作用坍塌 。 而在空间站里 , 航天员轻松演示出比地面大数百倍的液桥 , 这在地面上是不可能看到的景象 。
【延伸阅读】液体表面张力是“天宫课堂”中的高频词 , 天宫一号太空授课、中国空间站首次太空授课做过的水膜、水球实验都阐释了这一原理 。 中国科学院力学研究所研究员康琦介绍 , 空间站可以最大限度摆脱地面重力影响 , 为包括液桥实验在内的流体力学研究创造了良好的条件 。 2016年9月15日 , 天宫二号空间实验室带着液桥热毛细对流实验项目升空 。
实验三:“分不开”的水和油
【现象回顾】王亚平用力摇晃一个装有水和油的瓶子 , 让水油充分混合 , 瓶中一片黄色 。 时间一分一秒过去 , 瓶中没有发生任何变化 , 油滴仍然均匀分布在水中 。 叶光富前来助力 , 抓着系在瓶上的细绳甩动瓶子 。 数圈后 , 水油明显分离 , 油在上层 , 水在下层 。
【专家解读】“我们都知道地面上油比水轻 , 平时喝汤的时候看到油花都习以为常 。 ”中国科学院物理研究所研究员梁文杰说 , 然而在空间站中 , 情况却大不一样 , 水和油之所以“难舍难分”、长时间保持混合态 , 是由于在微重力环境下密度分层消失了 , 也就是浮力消失了 。
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