天宫课堂的实验及原理

10月12日，“天宫课堂”第三课在中国空间站正式开讲。神舟十四号飞行乘组航天员陈冬、刘洋、蔡旭哲面向广大青少年进行太空授课，这是中国航天员首次在问天实验舱内进行授课。这一次，科研人员所做的实验，很多都能在地球上进行，在太空中，这些实验又有什么新变化？扬子晚报记者特邀多位专家，解析天宫课堂背后的科学原理。

水管越粗液体反而上升越慢，这是“毛细现象”

航天员陈冬、刘洋展示了失重环境下液体显著的“毛细现象”。在太空中，三根粗细不同的塑料管，同时放入装满水的培养皿，管内加了黄颜料的液体不断上升，直到管顶。和我们预想的并不一样，相对较粗的塑料管中，液体上升的速度并不算快。反倒是最细的一根塑料管，液体上升速度最快。

“这个实验叫做毛细效应实验，它展示了失重环境下液体显著的毛细现象。”南京航空航天大学教授李晋斌科普道，毛细现象是指液体在细管状物体内侧，由于内聚力与附着力的差异，克服地心引力而上升的现象。管的内径越细，毛细现象越明显。

专家介绍，毛细现象在生活中其实随处可见。相比起同学们在地面做的实验，太空的毛细效应实验没有了重力的束缚，毛细效应的表面张力作用会更加明显，这也是太空中液体能够升至管顶的原因，“在地面上，当液体受到向上张力跟液柱所受重力相等时，液体就会停止上升，达到平衡。”李晋斌说。

违反直觉的“旋转”，曾把人吓得不轻

在太空中，旋转的T字形扳手在没有外力干扰的情况下，会自己掉头翻转。这个“会掉头的扳手”让观众倍感神奇。

“在失重且没有外力干涉的环境下，空间站里的物品会飘在半空中，沿着最初旋转的主轴一直保持翻转。”李晋斌告诉记者，这种看上去“约定俗成”的规律，在1985年被苏联航天员贾尼别科夫发现了“例外”。他在空间站维修过程中，偶然发现自己拧下的螺母，并没有按照他预想中的那样进行旋转，而是在旋转的过程中忽然倒转了180度，然后继续翻转，并在接下来的一段时间内继续旋转180度，周而复始。这个现象就以他的名字被称为贾尼别科夫现象。旋转的T字形扳手会自己掉头翻转就是一种贾尼别科夫现象。

就是这么一个违反直觉的现象，曾经把人类吓得不轻。当我们从太空遥望地球，地球是悬浮在失重的太空中的，并且也绕着自转轴不停地在旋转。那么地球会不会像天宫课堂的扳手一样发生180度的旋转呢？事实上，地磁南北极的确不是固定不动的，在过去的45亿年里地磁的南北极出现过多次翻转。科学家研究表明，以地球目前在太空旋转的方式，并不会出现贾尼别科夫现象。所以地磁场翻转另有原因。

研究拟南芥的太空生长，可以帮助科研人员“举一反三”

在这堂课中，航天员还晒出了自己在太空中种下的水稻和拟南芥，并与地球上的同学们进行了“天地共播一粒种”对比。空间站里的水稻和拟南芥究竟肩负着什么样的科研使命？

南京大学生命科学学院孙博教授告诉记者，拟南芥在植物世界里的“地位”，类似于动物实验中的“小白鼠”，因为生长周期短、基因组小的特点，成为了植物世界里“模式植物”的代表之一。“拟南芥是地球上最早被完全测序的植物，全世界的科学家对于拟南芥的研究相对比较深入一些。因此，通过拟南芥的培育，可以了解其他植物生长发育的特点。”

孙博教授告诉记者，相对于“模式植物”拟南芥，水稻、小麦等地球上常见的粮食作物基因组会复杂一些，了解了拟南芥在空间站生长的各项指标，可以对水稻、小麦等作物在太空中的培育有借鉴作用。

扬子晚报/紫牛新闻记者 杨甜子

扬子晚报2022年10月13日第A01版

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