关于在太空写字|中国航天员在空间站秀书法！毛笔为什么能在太空写字？关于在太空写字

关于在太空写字，曾经有一个流传甚广的谣言，说是：美国宇航局NASA为了能让宇航员们能在飞行手册上写字，专门花了几百万美元开发一种能抵消失重的钢笔，后来美国宇航员问苏联人“你们是拿什么写的？”答曰“铅笔” 。这个故事有许多不同的版本，最离谱的说美国为了这支笔花了120亿，总之，要想在太空写字实在是太难了！
写几个字真这么难？
2021年秋季的“开学第一课”上，央视专门邀请到正在天宫空间站的中国航天员给同学们讲课，期间航天员刘伯明用毛笔在一张纸上写下了“理想”二字。有小伙伴发出惊呼：原来咱们中国的毛笔就能在太空写字！为什么美国要花那么多钱专门开发？

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中国毛笔在太空的第一次亮相
实际上，美国人并没有花那么多钱为宇航员研发“太空钢笔” ，跟苏联一样， NASA最早给美国宇航员发的也是木杆铅笔。考虑到在零重力状态下削铅笔很麻烦，会产生许多碎屑，后来美国宇航员们改用自动铅笔。这些铅笔不便宜， 1962年NASA总共花费4382.5美元买了34支，平均每支铅笔128.9美元！

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1962年美国宇航员使用的自动铅笔
为什么普通钢笔与圆珠笔不能在太空写字？许多人很快就能给出解释：因为在太空中没有重力，墨水不能像在地面那样到达笔尖，铅笔则不需要考虑重力影响。
果真如此吗？
在太空中使用的铅笔比较硬，因为软的铅芯容易断，写字更容易掉粉，这些石墨粉末是导电体，在飞船里到处漂浮有可能造成设备短路，这是很要命的。所以苏联人其实用的是类似于蜡笔一样的铅笔，它的碎屑不导电。
然而普通钢笔与圆珠笔是能够在失重状态下书写的，这符合物理学原理。
我们来做一个小实验：拿一支钢笔或圆珠笔，仰面朝上在本子上书写，很快就看不到字迹——墨水断了，因为墨水被重力往下方拉。太空在任何方向都没有重力，你应该把本子贴在墙上，再将笔杆保持水平状态，怎么样？书写没有问题。

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走珠笔在水平状态书写不受重力影响
实际上钢笔与圆珠笔里的墨水并不需要依赖重力，它们是靠分子间相互吸引的力流向纸张的。
高中物理老师告诉我们水有表面张力，因为水分子之间会通过氢键相互吸引，并且水分子与毛细管的管壁之间也存在比较强的吸引力。即便没有重力的参与，毛细管里的水柱高度也会比外边更高。
拆开一支钢笔，你可以看到笔尖有一条很窄的缝隙，而连接笔尖的部分被设计成密集的栅格，这都是基于毛细管的原理，让墨水可以保留在栅格中。当笔尖从纸上划过，墨水从缝隙中流走，栅格里的墨水会因分子间的引力源源不断地补充到进来，全程不需要重力的参与。
对于圆珠笔来说也是同样的道理，当墨水或油墨被滚珠带走时，笔芯里的墨水会因为黏性而非重力流入笔尖。

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钢笔的设计充分利用了毛细管原理
可能是因为上世纪50年代并没有这种设计，当时的钢笔很容易漏墨，会在飞船发射过程中搞得到处都是，并且NASA对于墨水的分子物理学还是不那么放心。
1965年，一家私人公司发明了“硫化特殊墨” ，这种凝胶状的墨能随着时间的推移慢慢液化，再通过在笔杆里加上一个充了氮气的气囊，就能给墨水施加压力，从而将墨水从笔尖挤出来。