博士乘组“梦天”首开讲，演示点火实验，“天宫”第四课来了

博士乘组太空开讲了！“天宫课堂”第四课于9月21日15时48分正式开课，神舟十六号航天员景海鹏、朱杨柱、桂海潮在中国空间站梦天实验舱为广大青少年带来一场精彩的太空科普课，介绍了微重力环境下的燃烧、水的表面张力，以及角动量守恒现象等内容。授课长约一小时，并取得圆满成功。

不到两年时间，“天宫课堂”迎来第四课，也是“太空老师”首次在梦天实验舱内授课。南都大数据研究院对比了我国太空授课的几个“讲台”空间。

数据显示，相比9年前只有15立方米的天宫一号空间实验室，“天宫课堂”的授课条件已大幅改善。以“讲台”空间为例，无论天和核心舱，还是问天舱和梦天舱这两个实验舱，活动空间都是天宫一号实验室的两倍或以上。

由于没有配置再生生保系统以及睡眠区、卫生区等区域，梦天实验舱的舱内活动空间约32立方米，是中国空间站“最年轻”的舱段，其定位为“工作舱”，舱内配置有13个标准载荷机柜工位。此外，为了最大化实现舱外实（试）验支持能力，舱外配置有37个载荷安装工位，可为各类科学实验载荷提供机、电、热、信息方面的能力支持，确保它们在太空环境下开展各类实（试）验。梦天实验舱还配置有2个展开式暴露平台和1个固定式暴露平台，并配备了载荷专用气闸舱，为载荷在轨工作提供机械接口，最大限度地拓展对载荷的支持能力。和“天宫”第三课一样，来到新教室的天空老师们，也首先介绍了梦天舱的实验设备与机柜。

与前三课相比，今天的“天宫课堂”有何异同？南都大数据研究院进行了梳理、对比。

据观察，这四节“天宫课堂”都在北京时间15点40分左右开讲，授课时长均为60分钟左右。主讲老师都由驻留空间站的航天员乘组担任，其中“天宫”第一、二课由神舟十三号航天员乘组翟志刚、王亚平和叶光富配合完成，第三课的老师则是神舟十四号乘组的三位航天员陈冬、刘洋与蔡旭哲，第四课则是“博士乘组”景海鹏、朱杨柱和桂海潮共同讲授。这四堂课同样开设了地面课堂。整个授课过程均由中央广播电视总台面向全球进行直播。

和前三课不一样，这次的地面课堂来到了航天员桂海潮的母校北京航空航天大学。另外，内蒙古额济纳旗、陕西延安科技馆、安徽桐城中学、华东师范大学宁波艺术实验学校等地也开设了分课堂，让当地师生有机会和航天员老师进行实时天地连线互动。

据统计，这是人类历史上第六次太空授课。南都大数据研究院对比了这六张课程表。

课程表显示，水都是不可或缺的教具。2007年，美国航天员芭芭拉•摩根已在课堂上表演在微重力状态下如何喝水。2013年，航天员王亚平演示了如何制作水膜与水球。而在前三堂“天宫课堂”上，与水相关的实验仍是必备环节。水膜张力实验、水球光学实验、泡腾片实验、液桥演示实验、水油分离实验等均离不开水。“天宫课堂”第四课也一样，朱杨柱与桂海潮在微重力环境下，用“特制”乒乓球拍击打水球，通过一场神奇的太空“乒乓球赛”，讲解水的表面张力及疏水材料结构特性。

除了水，“天宫”第四课更首次加入了点火实验。太空老师进行了微重力环境下的球形火焰，并与地面课堂上燃烧的蜡烛进行了对比。

在该实验环节，朱杨柱先取出一支蜡烛，并由桂海潮划火柴进行点燃。对比地面上蜡烛的明亮、锥形火焰，空间站中燃烧的蜡烛火焰呈现蓝色，形状近似球形。随后，朱杨柱轻轻转动蜡烛，可以看到火焰的形状几乎没有变化。“在地面有重力的作用，燃烧后的热气上升、冷气下降，形成浮力对流，因此火焰呈现锥形。但空间站的微重力环境几乎消除了这种浮力对流，燃烧后的气体向各个方向运动的趋势相同，因此不管蜡烛朝向哪个方向，火焰都近似球形。”桂海潮解释了这种差异背后的科学原理，也正是因为对流微弱，氧气的补充则不如地面及时，蜡烛燃烧也不如地面充分，火焰的温度更低，才呈现蓝色。

中国空间站中蜡烛的火焰与地面课堂火焰的对比。（图片来源：央视新闻）

据中国载人航天工程办公室透露，早在今年2月，梦天实验舱燃烧科学实验柜便已成功执行首次在轨点火测试。此次点火实验采用甲烷作为燃料，先后两次点火共持续约30秒。据燃烧柜科学实验系统主任设计师、中国科学院工程热物理研究所郑会龙研究员介绍，相较地面的小火苗，太空火苗更短、更圆。地面燃烧实验火焰会受对流、重力等因素影响，而空间微重力环境提供了地面无法模拟的条件，能够排除浮力对流，抑制颗粒或液滴沉降，因而通过微重力燃烧实验，科学家可以更为深入地理解燃烧的本质，并最终推进相关应用研究。

另一方面，陀螺这个重要的教具也再次出现在课堂上。在“又见陀螺”实验环节，桂海潮利用金属陀螺展示静止及旋转情况下的改变方向操作，揭示角动量守恒原理，并与此前神十三航天员叶光富的“太空转身”实验相呼应。在实验的最后，桂老师还透过这个原理，讲解了空间站如何进行变轨和“转身”。

和前三课一样，三位太空老师同样与地面课堂的师生进行了天地互动，回答了同学们关于空间站如何防止太空垃圾撞击、空间站上原子钟的精度等问题，并与第三课一样，留下了“课后作业”。

据南都大数据研究院观察，除了通过天地连线面对面的“太空授课”，中国载人航天工程办公室还从今年5月开始推出《天宫课堂》线上课程系列。

截至发稿时，《天宫课堂》线上课程已推出两讲，都在今年5月上线。主讲人都是神十五航天员张陆，并由他与地面专家，以及指令长费俊龙配合完成。视频时长都不足十分钟，分别介绍了载荷出舱的流程及所蕴含的专业知识，以及“高”端运动—微重力抗阻装置。

出品：南都大数据研究院

数据采集分析：陈泽然

制图：甘丹

数据来源：国家航天局、中国载人航天工程办公室、NASA、新华社等媒体报道