太空科學課（十）
——在太空中綻放的紙花

文/太空熊貓君

如果你關注過前幾期雜志的內容，就會發(fā)現(xiàn)今天的太空科學實驗有點兒眼熟，因為在2013年的首次太空授課當中，王亞平就做過類似的水膜實驗。不過，這次的水膜張力實驗，實驗內容會更加豐富，保證讓你大開眼界！

實驗開始，只見王亞平小心翼翼地將一個環(huán)形裝置伸到水囊之中，拿出來之后，環(huán)形裝置的邊框內部就出現(xiàn)了一個水膜。王亞平將環(huán)形裝置豎直擺放在實驗臺上，又通過水囊的吸管向水膜上緩緩擠入更多水，水膜一點點變厚，竟然變成了一面邊緣薄、中間厚的放大鏡。隨后，王亞平拿出在家里和女兒一起折好的紙花，小心地將它放到水膜上，這朵粉紅色的紙花居然不停地轉動起來，漸漸綻放！

為什么水膜中的紙花可以綻放呢？這其實和紙的材質有關系。我們知道，紙的主要成分是植物纖維，植物纖維中充滿了微小的空洞，當我們將彎折過的紙張浸入水中之后，由于毛細作用，這些空洞會快速吸收大量水分，從而改變了紙內部的張力，產生一種拉扯紙張恢復平直狀態(tài)的力量，所以紙花會慢慢綻放。你可能發(fā)現(xiàn)了，這個過程中并沒有重力的參與，所以這個實驗在地面上也是可以操作的。你可以試著用彩紙折疊出一朵小花，將它放入水中，看看它會不會綻放。

毛細作用又稱毛細現(xiàn)象，指浸潤液體在細管里升高或不浸潤液體在細管里降低的現(xiàn)象。液體與固體接觸時，液體附著在固體表面或滲透到固體內部的稱為浸潤液體，反之則稱為不浸潤液體。能夠產生明顯毛細現(xiàn)象的細管叫作毛細管。磚塊吸水、毛巾吸汗、粉筆吸墨水等都是常見的毛細現(xiàn)象。在這些固體中存在許多細小的空洞，起著毛細管的作用。

借著這朵美麗的“太空之花”，王亞平也為全國的中小學生送來了來自太空的寄語：“同學們，你們都是祖國的花朵，含苞待放，未來是你們的。希望你們的夢想都能在這廣袤的宇宙中綻放?！?/p>

接下來，王亞平繼續(xù)向水膜注水，水膜越來越“胖”，轉眼間竟長成了一個渾圓的水球！我們透過水球，看水球另外一側的王亞平的頭居然是倒著的。當然了，水球光學實驗的精彩“大招”還在后面。王亞平邀請葉光富抽掉水球中的小氣泡之后，她又拿著一個空注射器向水球中注入了一個大氣泡。這一次，當鏡頭再通過水球觀察王亞平的時候，居然出現(xiàn)了一正一反兩個圖像。水球中依然有倒著的王亞平頭像，而水球中的氣泡里呈現(xiàn)的則是正著的圖像。

為什么會出現(xiàn)一正一反兩個像呢？其實原理并不復雜，先說倒立的像，就是我們之前講過的凸透鏡成像原理——當物體距離凸透鏡兩倍焦距以外的時候，就會在凸透鏡的另一側形成倒立縮小的像。而當我們在水球中注入了空氣泡，就光線的傳播來說，空氣泡將水球切割成了兩部分，光線從空氣進入水球后，會再進入空氣泡中，然后再次進入水球，最后穿出水球回到空氣中來，這個過程中光線兩次穿過了水球。這兩部分的水球構成了兩個凹透鏡，而凹透鏡可以形成正立、縮小的虛像。因為兩個凹透鏡疊加了，所以我們看到的是倒立、縮小的像。

太空實驗的樂趣不止于此，王亞平還給大家做了一個“太空歡樂球”。在葉光富抽走水球中的氣泡之后，王亞平向大家展示了半片泡騰片，并且號召地面上的同學們將泡騰片放入水中，觀察一下會出現(xiàn)什么現(xiàn)象。在地面教室，同學們將泡騰片放入水中，只見大量氣泡從泡騰片上涌現(xiàn)出來，向上沖破水面而出，水杯中的水變得“波濤洶涌”。在太空中進行同樣的操作，我們又會看到什么神奇的現(xiàn)象呢？為了讓實驗效果更加明顯，王亞平先在水球中滴入了幾滴藍色色素，水球瞬間被浸染成美麗的藍色。在水球中放入泡騰片之后，泡騰片的表面同樣釋放出了大量氣泡，但神奇的是，這些氣泡并沒有沖破水面而出，而是在水球中不斷聚集，水球緩緩地變大了。

為什么在地面上和太空中的現(xiàn)象會有這么大區(qū)別呢？我們需要先了解一下泡騰片。它是一種含有泡騰崩解劑的新型片劑，最常見的就是用來補充維生素C 的泡騰片，本次天宮課堂用的就是這一種。除了常規(guī)片劑具有的成分，泡騰片獨有的泡騰崩解劑主要由檸檬酸、蘋果酸或者硼酸等酸性物質和碳酸氫鈉或者碳酸鈉等堿性物質構成。當我們將泡騰片放入水中之后，酸性物質和堿性物質會在水中溶解，并且中和釋放出二氧化碳，這個迅速崩解的過程可以將片劑的有效成分快速溶解在水中，便于人們服用和吸收。當我們在地面上使用泡騰片的時候，泡騰片溶解釋放出來的二氧化碳氣體受到浮力的作用，自然會快速地向水面移動，進而被釋放在空氣中。而太空中沒有重力，氣體自然也就不受浮力。氣體沒有固定的移動方向，又被水的表面張力牢牢地固定在水球中，很難被釋放出來，所以水球就變成了“太空歡樂球”。

蔚藍色的“太空歡樂球”配上溶解中的泡騰片，看起來像極了我們的地球。王亞平說：“地球是我們人類在宇宙中的搖籃，但是人類不可能永遠生活在搖籃里，如今我們已經擁有了自己的空間站，相信未來中國人的腳步一定會踏入月球、火星和更遠的深空?！?/p>

同學們，從“太空之花”到“太空歡樂球”，我們能感受到專家們設計太空課堂的深意。他們不僅為我們展示了神奇的太空實驗現(xiàn)象，更希望借此在每個孩子的心中種下一顆科學的種子。中國空間站的建設，是我國載人航天工程的一大步，卻也只是中國人探索宇宙的第一步。在未來，中國人登上月球、火星，甚至抵達更遠的地方都不是幻想，而邁出下一步的人，很可能就在聽過“太空科學課”的你們中產生。

到這里，中國空間站首次太空授課的實驗展示環(huán)節(jié)就結束了，接下來依然是天地連線互動環(huán)節(jié)，同學們又提了哪些問題？在太空中的生活、工作與所看到的風景，和地面上又有哪些區(qū)別呢？別走開，下一期太空熊貓君將繼續(xù)為你揭曉答案。