冰墩墩太空空翻？可用液体搭桥？人类太空授课珍贵画面来了

本文专家：刘艳，中国科学院空间应用工程与技术中心

“网课天花板”又更新啦！

2022年3月23下午15点40分许，我们的“太空出差三人组”又给地球人带来天宫第二课了！

来源：央视新闻

什么？什么？听说在中国空间站上：

“

王亚平老师制作出了“冰球”？

顶流冰墩墩上太空了？

在太空可用液体搭一座桥？

还有天地互动？

”

搬好小板凳，重点来了~

太空“冰雪”实验

失重状态下饱和液体结晶现象会是怎样？

在地面上，利用饱和液体结晶是分离和提纯固体物质的一种方法。

来源：中国数字科技馆、科普中国

过饱和溶液是指浓度超过理论平衡浓度的溶液，多余的溶质会析出结晶，通过过滤、洗涤、烘干等步骤可以提取到纯度更高的固体物质。

过饱和溶液是一种不稳定的状态，受到外界因素扰动时，容易结晶。结晶会受很多因素影响，如温度、压力、剪切力、超声、外界磁场等。结晶的过程是在外界因素的影响下首先形成晶核，晶核逐渐长大完成结晶过程。

天宫课堂中王亚平老师在前两次挤过饱和溶液的过程中，在管口即发生结晶现象也说明了过饱和溶液的不稳定性，挤压带来的压力诱导了结晶。

在失重条件下，醋酸钠溶液可以脱离容器成为稳定的液体球。王亚平老师通过蘸取结晶核的方式诱导醋酸钠过饱和液体球迅速完成结晶。结晶是一个放热的过程，所以冰球摸上去热乎乎的。

来源：央视新闻

来源：中国数字科技馆、科普中国

在地面只能在容器中进行过饱和溶液的结晶实验，结晶时生成的冰晶形状与容器一样，无法和空间一样成为冰球。

液桥演示实验

失重环境下水的表面张力还在吗？

液桥是两个固体之间的小液体柱。

液体表面张力是作用于液体表面，使液体表面积缩小的力。液体都具有表面张力，尤其在失重作用下，表面张力更会“大显神威”。

表面张力使得液体表面相当于存在一个类似“弹性薄膜”一样的东西，束缚着液体的运动。它的本质是液体跟气体接触的表面存在一个薄层，叫做表面层，表面层里的分子比液体内部稀疏，分子间的距离比液体内部大一些，分子间的相互作用表现为引力。就比如拉开弹簧时，弹簧反而表现具有收缩的趋势。

在地面重力作用下，由于表面张力很弱，所以在正常重力环境下形成的液桥尺寸很小（通常只有几毫米），超过这个尺寸，液桥将无法平衡其重力而垮塌。

来源：中国数字科技馆、科普中国

而在太空中，由于失重作用，可以形成直径很大的液桥，ISS（国际空间站）上曾经搭建过直径50毫米的液桥。

指间的液桥，图片来源：

http://www.csu.cas.cn/kxcb/kpdt/201609/t20160907_4659506.html

地面上液桥的尺寸虽小，可是却不能小看它的作用哦！仔细观察，生活中液桥的例子有很多：

沙滩上，干燥的细沙掺水后能捏出各种形状；（这是由于水在细微的沙子颗粒之间形成了液桥，使得散沙能聚集在一起）

光滑的桌面上，蘸水的白纸被黏住，也是因为纸和桌面之间形成了液桥；

……

水油分离实验

失重环境下水油分层现象会消失吗？

在地面上，水和油是分层的，总是水在下面，油在上面。这是由于水和油不混溶，并且油的密度比水低，所以它就浮在水的上面。

来源：央视新闻

但是在空间站中，由于几乎没有重力影响，密度大的不再下沉，密度小的也不再上浮，水和油混在一起，看不出二者的界限。通过旋转，可以实现水和油的分层。

那么这是为什么呢？

来源：央视新闻

在相同体积的情况下，水的密度大于油，水的质量更大。根据向心力公式F=mrw2，当角速度w和半径r相同时，质量m大，水滴需要的向心力越大，即等效的离心力也就越大，所以质量更大的水被甩到了瓶底。水和油实现了分层。

太空抛物实验

天上地下抛物轨迹有啥区别？

在地面抛出物体，由于一直受到竖直向下的重力作用，分析它的运动轨迹，主要看抛出的速度沿着什么方向：

抛出速度在竖直方向时，不论上抛还是下抛都是直线变速运动；

当抛出物体的速度不再沿着竖直方向，不论是斜着抛出，还是水平抛出，物体运动都是曲线变速运动。

而在太空，由于在空间站舱内，物体几乎不受重力作用，不论往哪个方向抛，几乎都可以看作是匀速直线运动，因为物体只受到微弱的空气阻力作用，速度方向和大小的变化都很微小。

来源：央视新闻

因此，在空间站舱内抛物要警醒，航天员要化身“哈利波特”，抓取飞物要稳准狠，才能防止物体碰到其他仪器设备。

有人说，空间站离地球很近，大约在400公里，如果按照g=GM/r2计算的话，重力加速度大约为地面的0.9左右，重力加速度这么大，为什么是微重力呢？

空间站的微重力原理，

来源：http://www.cmse.gov.cn/xwzx/zhxw/202203/t20220315_49392.html

这是因为空间站绕地球运动，会有离心力作用，而它受到的重力与受到的离心力正好抵消，所以，舱内所有的物体就不受重力作用了，会漂浮起来。

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