神舟十三號｜「天宮課堂」背後知識點　此實驗因危險幾乎被取消？

神舟十三號乘組航天員翟志剛、王亞平、葉光富，上周四（9日）在中國太空站進行「天宮課堂」授課活動。
在長達1小時的授課時間內，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等8個授課項目。
到底每一項實驗背後蘊含了甚麼物理知識呢？

太空轉身實驗知識點：角動量

在「天宮課堂」上，葉光富展示了如何在太空中不靠外物轉身，只見他的右手臂不斷畫圈。當身體旋轉時，手臂收迴旋轉速度會變快。

轉身實驗所展現的是在微重力的環境中，航天員在不接觸太空站的情況下，類似於理想狀態下驗證「沒有外力矩，物體會處於角動量守恆」。

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。當航天員伸展身體時，因為質量分布得離旋轉軸比較遠，轉動慣性比較大，角速度就會減慢。相反，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。

浮力消失實驗知識點：浮力與重力伴生

在太空中，乒乓球放入水後不會浮在水面上，而是停留在水中。

浮力是隨重力產生，但在太空失重環境下，液體內部壓強相等，不再有上下表面壓強差，浮力幾乎消失。

在地球表面難以讓浮力消失，難以直觀地展示這項試驗，但在太空站的微重力條件下，浮力和重力之間的伴生關係就可以非常清楚顯現出來。

水球光學實驗知識點：凸透鏡成像原理

在課堂上，葉光富展示了水球光學實驗，只見他在水球中注入一個氣泡後，氣泡都被水包圍住，並形成一正一反兩個影像。此時，整個水球就變成兩個透鏡，外圈成為一個凸透鏡，呈現出倒立影像，內圈則變成兩個凹透鏡的組合，出現正立影像。

事實上，這項實驗包含了3個物理原理。首先，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，而在地球上因受重力影響，水滴會呈現出水滴形，幾乎不能形成一個完美的水球。

其次，水球可以被看成是一個凸透鏡，當站在「凸透鏡」的兩倍焦距以外，就可看到一個倒立的實像。最後，由於浮力在太空中消失，即使在水球中打入氣泡，氣泡亦不會飄出，反而會停留在水球中。

泡騰片實驗知識點：微重力環境

作為壓軸出場的泡騰片（又稱水溶片，Effervescent tablet）實驗，一出場就吸引了不少人的關注。

在地球，只要將泡騰片扔入水中，就能看到氣泡上浮。由於太空站處於微重力環境，當王亞平將泡騰片扔入水球後，氣泡未有向上浮，而是在水球中相互擠壓，令水球慢慢膨脹變大。

雖然這項是趣味實驗，卻曾因「太危險」幾乎被取消展示。中國科技館展覽教育中心主任齊欣解釋，實驗過程中會有氣體釋放，若氣體未有處理妥當，或會對太空站內其他設備設施造成影響。因此，出於安全考慮，泡騰片實驗起初並未列入太空課堂的內容。

不過，王亞平對此實驗十分感興趣，並表示願意自在太空站上試做實驗，看看效果。在她的堅持下，泡騰片被帶上太空站，並且在第一次試做實驗時，航天員都小心翼翼，用吸水物包圍可能隨時炸開的水球。由於讓人擔心的情況並沒有出現，氣泡都被包裹在水球中，泡騰片實驗最終能夠納入太空課堂的內容中。