六千萬師生共賞太空課

導語：科幻作家劉慈欣說：“這堂課最偉大的地方不在于簡單展示了幾個知識點，而是像一支畫筆一樣，為孩子們描述了一個與地球重力世界不同的太空世界，，”

中國航天史上首次太空授課，于6月20日10時04分至10時55分開課，女航天員王亞平在指令長聶海勝的配合下做了5個有趣的物理試驗，并通過天地對話給中小學生進行了答疑。航天員張曉光全程負責攝像，在大約40分鐘的授課中，航天員通過質量測量、單擺運動、陀螺運動、水膜和水球等5個基礎物理實驗，展示了失重環(huán)境下物體運動特性、液體表面張力特性等物理現(xiàn)象。他們講解了實驗背后的物理原理，并通過視頻通話與地面課堂師生進行互動交流。

地面課堂設在位于北京市海淀區(qū)的中國人民大學附屬中學。包括少數(shù)民族學生、進城務工人員隨遷子女及港澳臺地區(qū)學生代表在內的330余名中小學生參加了地面課堂活動，全國8萬余所中學6000余萬名師生通過電視直播同步收看。

作為中國首次太空授課的“預熱”，地面課堂師生對航天飛行涉及的物理原理展開討論。20日9時51分地面課堂開始上課，師生們首先觀看講述航天員太空生活的電視短片《太空中的衣食住行》。地面課堂的大屏幕上展示了方便美味的太空食品，以及航天員在太空吃飯、喝水的畫面。地面課堂活動的主持人是中國人民大學附屬中學物理老師宓奇和北京市第101中學物理老師史藝。

10時04分太空授課開講，太空授課主講人王亞平說：現(xiàn)在我們是在遠離地面300多千米的天宮一號實驗艙里向大家問好。同學們都知道，失重是太空環(huán)境中最獨特的現(xiàn)象，那么首先讓我們的指令長來給大家表演幾個高難度的動作吧。只見指令長聶海勝“懸空打坐”，王亞平輕輕一推，聶海勝就飄到了實驗艙的另一頭。有了精彩的開場白，王亞平后面的試驗課越發(fā)吸引人。

太空稱重

王亞平拿出兩個完全一樣的彈簧。彈簧的底端分別固定了兩個質量不同的物體。如果在地面，由于這兩個物體質量不同，所以這兩根彈簧的伸長量肯定是不同的。但在太空中，兩個彈簧卻停留在了同一位置，無法顯示出兩個物體質量的差別。

王亞平首次當老師，講課之余還不忘啟發(fā)同學們，在接過聶海勝遞過來的彈簧教具后，她將兩個彈簧拉到同一位置，再松手，看得出彈簧的振動頻率明顯不一樣，“同學們看到了吧，利用這個現(xiàn)象能否設計出一種測質量的方法呢，這個問題就留給你們來慢慢思考吧?！?/p>

那在太空中航天員想要知道自己是胖了還是瘦了，該怎么辦呢？王亞平接下來向大家展示了測質量的裝置——“質量測量儀”，并請聶海勝共同演示。首先讓聶海勝固定在質量測量儀上，然后王亞平把連接運動機構的鋼絲繩拉到指定位置，之后拉力會使他回到初始位置，這樣就測出了他的質量：74千克。

這臺質量測量儀用的是什么物理原理呢？王亞平解釋說，其實就是我們學過的牛頓第二定律?！拔矬w受到的力等于它的質量乘以加速度。測出力和加速度，就可以算出質量了。因此，我們設計了一個‘彈簧一凸輪’機構，能夠產生一個恒定的力，就是剛才把聶海勝拉回到初始位置的力。我們還設計了一個光柵測速系統(tǒng)，能夠測出剛才身體運動的加速度。然后根據(jù)牛頓第二定律，就可以算出身體的質量了?！?/p>

太空單擺

太空單擺實驗中出現(xiàn)了讓人匪夷所思的現(xiàn)象。

王亞平展示了一個支架，細繩將小球連接在支架上，形成了一個我們地面上常見的單擺。當王亞平推動小球時，小球并沒有像在地面上一樣做往復擺動，而是輕輕地飄蕩在空中，貌似無力地無規(guī)則移動，“這是為什么呢？”王亞平讓同學們思考，答案很明顯，“因為在太空中小球處于失重狀態(tài)，沒有了回復力?！?/p>

接下來王亞平推了小球一下，小球竟然在做圓周運動！再換個方向演示，小球仍然在做圓周運動！這是因為在太空中，小球處于失重狀態(tài)，即使我們給小球一個很小的初速度，它也能繞擺軸做圓周運動；但是在地面上卻需要一個足夠大的初速度才能夠實現(xiàn)。

看到這一現(xiàn)象的同學們吃驚地睜大了眼睛，一個同學站起來提問，說很好奇航天員在太空里是否有上和下的方位感?！斑@是一個非常有意思的問題”，王亞平通過雜技表演為同學們作解答，在聶海勝的幫助下，她旋轉了兩個90度，“太空中我們自身的感覺，在方位上無所謂上和下的區(qū)別，無論頭朝向哪個方向，我們自身的感覺都是一樣的。不過在天宮里，為了便于工作和生活，我們也人為地定義了上和下，并且把朝向地球的一側作為下方，并鋪設了地板。”

太空陀螺

一個彩色“陀螺”的出現(xiàn)意味著第三個實驗開始了，“下面開始的演示在地面上可是很難做到的，你們要仔細地看哦！”王亞平賣起了關子，她先是把靜止的陀螺懸空放置，給它一個干擾力，這個靜止的陀螺就會翻滾著向前運動，它的軸向發(fā)生了很大的改變。之后把它抓回來讓它旋轉起來，這次，它不翻滾了，而是晃動著向前走。王亞平再次把它抓回來。

為了讓同學們看得更清楚，王亞平又拿出另一個陀螺，讓它們一個靜止，一個轉動，給它們同樣的干擾力，結果靜止的陀螺開始翻滾著向前移動，而旋轉的陀螺雖然是晃動但是軸向基本沒有改變。

高速旋轉的陀螺具有很好的定軸性，這項試驗說明，陀螺這一定軸特性在天上地上是完全一樣的。

太空水膜

整個太空授課的最高潮出現(xiàn)在最后兩個實驗中：太空制作水膜和水球。

王亞平先拿出一個在太空中喝水用的飲水袋并將其打開，水并沒有流下來，王亞平從水袋中擠出一個水滴，這顆晶瑩剔透的水滴懸浮在空中，“為了避免它到處亂飛，我要用獨特的方法來收集它。正好可以潤潤嗓子?！闭f著王亞平張嘴把飄浮在空中的水滴吃了進去，這個奇妙的畫面引起地面課堂上學生的一陣驚嘆。

接下來的一幕更是讓人驚嘆，王亞平用一個金屬圈伸進水袋里，當金屬圈拉出來時，圈上套著一個漂亮的水膜。當她輕輕地晃動金屬圈時，水膜依然結實地黏附在圈上，看到這一幕，地面課堂響起了熱烈的掌聲。為了驗證這個水膜是否結實，王亞平先是輕輕地晃動它，它沒有輕易地破裂，而是甩出來一些小水滴，這個小水滴被航天員用吸水紙收集走，以避免它們到處亂飛影響設備安全。

地面上有重力的影響，所以水膜很容易破裂，而在太空中，由于處于失重狀態(tài)，水的表面張力就能輕松地形成水膜。接下來王亞平試著把一個中國結貼到水膜的表面，看它能不能承受住這個中國結。貼上了！看來這個水膜還是足夠結實！

太空水球

王亞平重新做了一個水膜，并一點點地往水膜上加水，水膜在一點一點地變厚，最終變成了一個亮晶晶的大水球?？梢钥吹?，水球的中間有很多小氣泡，這是因為剛才注水用的飲水袋中本身就存在著很多小氣泡，王亞平用一個注射器把這些小氣泡抽出來?，F(xiàn)在水球看起來像一個透鏡，透過它可以看到王亞平的倒影。

隨后王亞平用注射器往水球中間注入了兩個氣泡。這兩個氣泡并沒有融合到一起，而是單獨地存在著。最后的高潮時刻來臨了，王亞平將帶顏色的液體注入到她剛剛制作的水球中，當紅色的液體在水球中慢慢地散開，水球由透明變成紅色，在張曉光的鏡頭里，這個漂亮的水球微微晃動，嬌嫩欲滴，不禁讓人感嘆物理世界的神奇。

試驗結束后，王亞平說：剛才我們給大家展示了幾個在失重環(huán)境下奇特的物理現(xiàn)象。利用太空這種獨特的資源，一方面我們可以開展基礎研究，另一方面，我們還可以為應用服務。比如說在失重環(huán)境下，我們可以獲取到結構更加均勻、完整、尺寸更大的半導體機器，開展材料的基礎研究。通過對比差異，來優(yōu)化和改造地面的生產工藝。再比如說在失重環(huán)境下，冷原子中的頻率穩(wěn)定度會大大的提高，可以用于未來的高精度的衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)。

太空答疑

10：45

同學：王亞平老師您好，剛才的水實驗我覺得非常非常有趣，我還想知道的就是這些實驗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？

10：46

聶海勝：我們在天宮一號上使用的水部是從地面上帶來的，在太空資源的循環(huán)利用是非常重要和有價值的，這需要有先進的技術和復雜的設備。因此，短期飛行來說還是一次性用水更經濟，我國的空間站將采用先進的資源再生和循環(huán)利用技術，在天宮一號里，我們也進行了部分相關關鍵技術的驗證實驗。我國科研人員將會把中國空間站建設成為運行高效、節(jié)約的空間站。

同學：亞平老師，您在太空中能看得到太空垃圾嗎？天宮一號是否有應對太空垃圾的防護措施呢？

10：47

王亞平：在飛行的這幾天，我們還沒有看到太空垃圾，不過事實上太空垃圾確實是存在的。雖然它與航天器相撞的幾率很小，但是數(shù)量卻不少，而且一旦與航天器相撞，后果將不堪設想。因此，在發(fā)射前我們就對太空垃圾進行了預警分析，也對我們的天宮一號進行了相應的規(guī)避和防護措施，以確保航天員的安全。

10：48

同學：航天員老師好，我想問您一個問題，您在太空中需要生活很長時間，您采取了哪些措施來應對失重環(huán)境對身體的不利影響？

10：49

聶海勝：在太空航天員會遇到失重、噪聲、狹小密閉環(huán)境等不利因素的影響。失重會造成人體心血管失調、骨丟失、肌肉萎縮等。為了有效對抗失重，我們通常采用體育鍛煉、藥物和體液重新分布等方法來進行防護。這次我們從地面也帶來了很多設備，比如企鵝服、套袋，像拉力器、自行車供量計等。剛才給大家授課的小講堂，其實就是一輛自行車供量計改裝的，等一會兒我們重新組裝，成為一個體育鍛煉的太空自行車1

10：50

同學：王老師您好，我想問您在天空中看到的景象和在地面上看到的有什么不同？星星會閃爍嗎？您能看見UFO嗎？

10：51

王亞平：這確實是一個很奇妙的問題。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，我們看到的星星是格外的明亮，但是看到的星星就不會閃爍了。同樣，由于沒有了大氣對光的散射作用，我們看到的天空不是藍色的，而是青翠的黑色。另外我要告訴你們一個很奇妙的現(xiàn)象，現(xiàn)在我們每天都可以看到16次日出，因為我們每90分鐘就可以繞地球一圈。

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中美“太空教師”互致祝愿

6月13日，62歲的芭芭拉致信王亞平，表達了她對神舟十號航天員的問候和祝愿，并對王亞平擔任首位中國太空授課教師給予熱切期盼和鼓勵。“親愛的王亞平：在你環(huán)繞地球而行并準備從太空授課之際，我代表全世界的教師和學生向你致以榮耀和愛的問候。我們?yōu)槟泸湴?。我們希望你和你的乘員組同事平安和成功。你在那里一定非常忙碌，但請記得花些時間望向窗外。中國和這個世界美麗迷人。

您真誠的芭芭拉·摩根”

6月20日，王亞平在天宮給芭芭拉-摩根發(fā)了一個電郵。信中寫道：“親愛的芭芭拉·摩根女士：在遙遠的太空收到您的來信，我和我的同事感到很高興，謝謝您對我們的關心和祝愿，對您為世界載人航天和教育事業(yè)做出的貢獻表示敬佩和敬意。

今天，我們順利完成了太空授課活功，與億萬中國學生一起分享了太空的神奇和美妙，收獲了知識和快樂，希望您和世界各地的教師、學生看到后能夠喜歡。飛行期間，我經常會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，知識是走向太空的階梯。我們愿與您一道為開啟全世界青少年朋友熱愛科學、探索宇宙的夢想共同努力?！?/p>

從小學教師訓練為職業(yè)航天員的芭芭拉·摩根，是于2007年8月乘坐“奮進”號航天飛機進入國際空間站的。在人類第一次太空授課中，她通過視頻向學生展示了在太空運動、喝水等情景。

神秘禮物

神九女航天員劉洋6月13日在奧地利參加女性太空飛行50周年紀念活動時向媒體透露，她為王亞平準備的“驚喜”是一份親手制作的手工制品。還有一份禮物由她與景海鵬、劉旺一道完成，作為神九乘組留給神十乘組的驚喜。劉洋說，希望借這份禮物向航天員送上最美好的祝愿，愿他們平安幸福。

當晚，四位女航天員參加了在維也納自然博物館舉行的公眾見面活動，作為在場最年輕的女航天員，身著唐裝的劉洋成為現(xiàn)場的焦點人物。

在互動環(huán)節(jié)有觀眾提到，當前女性占航天員總數(shù)不到十分之一，對此劉洋回答說：“在我們的神舟十號不是又有一位女性的身影嗎？我想我們女性探索太空的腳步會越來越快，這個比例在不久的將來也許就會被打破，我們也期待越來越多的女性加入到航天員隊伍的大軍中?！?/p>

57名女航天員進入太空

1963年6月16日，前蘇聯(lián)女航天員捷列什科娃進入太空飛行，成為人類首位女航天員。50年來，全世界共選拔出90名女航天員，其中有7個國家的57名女航天員進入過太空，包括正在執(zhí)行神十任務的中國女航天員王亞平。

作為“同仁”，這些航天界的“半邊天”一直關注著彼此。去年神九飛天時，世界首位進行太空行走的女航天員斯韋特蘭娜·薩維茨卡婭曾祝劉洋享受太空之旅。

90名女航天員中美國57人，蘇聯(lián)，俄羅斯18人，其他國家15人。進入太空的女航天員中美國45人，俄羅斯3人，加拿大、日本、中國各2人，法國、英國、韓國各1人。統(tǒng)計顯示，各國女航天員入選時平均年齡31歲，最大年齡44歲，最小年齡21歲。

目前，世界上現(xiàn)役女航天員人數(shù)共計25人，其中美國19人，中國2人，加拿大、意大利、日本和俄羅斯各1人。她們中有17人曾執(zhí)行過飛行任務，1人正在首次執(zhí)行飛行任務。統(tǒng)計顯示，現(xiàn)役女航天員平均年齡已達43歲，年齡偏大。其中1996年和2009年入選的最多，各占4名。

有4名女航天員為載人航天事業(yè)獻出了年輕的生命。1986年1月28日，美國挑戰(zhàn)者號航天飛機在發(fā)射后爆炸，7名航天員全部遇難，包括2名女航天員克里斯塔-麥考利夫和朱迪絲。雷斯尼克。2003年2月1日，哥倫比亞號航天飛機在返航時失事，女航天員卡爾帕納-喬娜和勞雷爾·克拉克不幸遇難。