2021年12月9日15點40分,“天宮課堂”第一課正式開啟。神舟十三號乘組航天員翟志剛、王亞平、葉光富變身“太空教師”在中國空間站精彩開講，并面向全球直播。

此次“天宮課堂”是“太空授課”的延續。

2013年，航天員王亞平在聶海勝、張曉光協助下在神舟十號任務期間進行了首次太空授課，演示了質量測試、單擺運動、陀螺運動、制作水膜與水球等實驗。時隔8年后，中國航天員再次進行太空授課，也是在中國空間站首次太空授課活動。

相比第一次“太空課堂”，這次“天宮課堂”的講臺更大了，是在中國自主建造的空間站內，未來還將擁有“問天”“夢天”兩個實驗艙；課程表的內容也更豐富了，增添了太空細胞學研究實驗展示、浮力消失實驗、泡騰片實驗等新環節。

關于“太空授課”的5個基礎物理實驗你還記得嗎？

2013年6月20日，中國首次太空授課活動成功舉行，神舟十號航天員在天宮一號展示了失重環境下的5個基礎物理現象。

質量測量實驗

重力是由于地球的吸引而造成的，太空中因為沒有地球引力，所以就無法用彈簧測力計測重力。在太空中怎樣稱質量？航天員王亞平解釋，太空中稱重設備利用的原理是，用“彈簧-凸輪”機構產生的恒定力和光柵測速系統測出身體運動的加速度，根據牛頓第二定律（f=ma）算出了身體的質量。

單擺運動實驗

在太空中擺架上的小球是不會像在地面上一樣做往復擺動的。在太空中，因為處于失重小球沒有回復力，不能做往復擺動，但給小球一個很小的初速度，就可以繞擺軸做圓周運動，但在地面上需要足夠大的初速度才能實現。

陀螺運動實驗

在太空上，給靜止的陀螺一個初力，會看到陀螺在翻滾著先前運動。給旋轉的陀螺同樣的力，發現旋轉的陀螺晃動著向前運動。因為高速旋轉的陀螺具有很好的定向性，在太空艙很多設備都是利用陀螺定向的原理。

水膜和水球實驗

在太空中，水是不會自己流出來的。王亞平說，“詩人李白在太空寫不出飛流直下三千尺的詩句。”當航天員擠出一個小水滴，水滴便在空中懸浮。航天員還演示了普通水如何做出水膜。由于太空水的表面張力起到作用，水膜來回晃動也不會輕易破裂。往水膜上加水，水膜逐漸變厚變成了水球。航天員還用注射器將紅色液體注入水球，發現液體慢慢散開，透明水球變成紅色水球。

“天宮課堂”實驗背后的知識點

在“天宮課堂”60分鐘的授課時間里，航天員完成了在軌工作生活場景展示、太空細胞學研究實驗展示、太空轉身、浮力消失實驗、水膜張力實驗、水球光學實驗、泡騰片實驗和天地互動交流8個授課項目，每一項實驗背后都蘊含了不同的物理知識。

太空轉身 知識點：角動量

轉身，這個在地面上難度系數為零的普通動作，在太空中卻隱藏著物理知識。

在太空中要實現轉身，一側手臂需要畫圈。身體旋轉時，手臂收回旋轉速度會變快。這個轉身實驗的核心是角動量。角動量是描述物體轉動的物理量。這個試驗所展現的是在微重力的環境中，航天員在不接觸空間站的情況下，類似于理想狀態下驗證“沒有外力矩，物體會處于角動量守恒”。航天員上半身向左轉動時，按照角動量守衡的原則，下半身就會向右轉。

當航天員伸展身體的時候，因為質量分布得離旋轉軸比較遠，轉動慣性比較大，所以角速度就減慢，通俗地說就是轉得慢了。而當把四肢收回時，轉動慣性小，角速度就會增加，直觀感受就是轉動速度變快了。

浮力消失實驗 知識點：浮力與重力伴生

在太空中，乒乓球放進水里不會浮在水面上，而是停留在水中。這是因為浮力是隨重力產生的，在太空失重環境下，液體內部壓強處處相等，不再有上下表面壓強差，浮力幾乎消失。

這項實驗所展現的是浮力和重力伴生的現象。浮力來源于重力引起的液體在不同深度的壓強差。當重力消失時，液體內部壓強相同，浮力也就消失了。不過地球表面難以讓浮力消失，這個試驗很難直觀地展示出來。在空間站的微重力條件下，浮力和重力之間的伴生關系就可以非常清楚地顯現。

水球光學實驗 知識點：凸透鏡成像原理

水球中可以看到倒立的像，是凸透鏡成像原理。水球中注入一個氣泡，可以看到一正一反兩個像。

這個實驗同時展示了三個物理原理。一是，在失重環境下，水滴會在表面張力的作用下收縮成一個接近完美球體的水球，而在地面上，因為受重力影響，水滴呈現為水滴形，幾乎不可能獲得一個完美的水球。二是，水球可以被看成是一個凸透鏡，如果你站在這個凸透鏡的兩倍焦距以外，就看到的就是一個倒立的實像。三是，在水球中打入一個氣泡，因為太空中浮力消失，這個氣泡不會飄出來，它就老老實實的待在里邊。

泡騰片實驗  知識點：微重力環境

航天員所進行的泡騰片實驗，是本次太空授課中的一項趣味性實驗。泡騰片放入水中產生大量的氣泡，氣泡不會從水球中冒出。實驗中的水球像一個藍色地球。

這是因為空間站處于微重力環境，通過實驗大家就能知道微重力環境下，許多物理現象和地面環境是有所不同的。

太空科普教育將作為空間站的重要職能之一

隨著中國空間站長期在軌運行，中國首個太空科普教育品牌“天宮課堂”將系列化推出，將由中國航天員擔任“太空教師”，采取天地協同互動方式開展。未來中國系列化開展太空科普教育活動。

國際宇航聯空間運輸委員會副主席楊宇光表示，未來教學內容范圍更廣泛，不僅限于微重力條件下的物理化學現象，也可以介紹太空科學研究和工程研究。其次，將開展更多有深度、有影響力的活動，中國已經有學生制作的立方星，隨著航天發射任務搭載進入太空，未來也可以有學生設計的空間科學實驗進入太空。