近日，中国空间站“天宫课堂”再度开课，“太空教师”翟志刚、王亚平、叶光富演示了太空“热球”实验、“液桥”实验、水油分离实验、抛物实验等。为什么要做这些科学实验？这些实验背后蕴含着哪些科学奥妙？与人类探索浩瀚宇宙又有什么关联？让我们根据实验现象来逐一解读。

　　实验1 温热的“冰球”

　　实验现象：王亚平先是挤出透明的过饱和乙酸钠溶液形成液球飘在半空中，然后用一根小棍点在液球上，球体瞬间开始“结冰”变成通体雪白的“冰球”，但摸上去却是温热的。

　　原理解读：冷却的过饱和乙酸钠溶液处于亚稳态。当沾有晶体粉末的小棍触碰它时，相当于提供了凝结核。过饱和乙酸钠溶液会瞬间析出三水合乙酸钠的白色晶体，同时释放出热量。类似的实验被称为“热冰”实验，在地面上也能进行。但在地面上液体得用容器装起来，不能像太空中这样悬浮成液球。所以，这个实验也从侧面说明了无容器材料实验柜的重要性。在无容器状态下研究多元合金，有可能得到纯度更高、结晶度更高、结晶更好的材料。

　　实验2 更长的“液桥”

　　实验现象：叶光富将水分别挤在两块透明板上，形成半球状的水球。当透明板合拢，两个水球就融合在了一起。当透明板分开，水球则形成一座中间细、两头粗的“液桥”。

　　原理解读：“液桥”实验的原理，在“天宫课堂”第一课里也讲到过，那就是液体的表面张力。在地面上，两滴水滴之间因为张力也能产生“液桥”现象，但是地面“液桥”的距离最多几毫米，不像太空“液桥”可以达到厘米级。这说明太空中的微重力环境使得液体的表面张力大大提升了。

　　实验3 分不开的水和油

　　实验现象：王亚平用力摇晃一个装有水和油的瓶子，使油滴均匀分布在水中，形成浑浊的水油混合物。奇怪的是，在停止摇晃后混合物持续浑浊，水和油并没有分开。直到叶光富抓着系在瓶上的细绳甩动数圈后，水油才明显分离。

　　原理解读：在地面上油比水轻，水油混合物会分层，一般油在上层，水在下层。但在空间站的微重力环境下浮力消失，所以混合之后的水和油“难舍难分”，长时间保持混合态。而瓶子的高速旋转类似于离心机的作用，使得浮力重新出现，水和油得以分离。科研人员利用这一现象，在微重力环境下向熔融合金中注入气体，即可得到泡沫金属。这也从一个侧面解释了高微重力科学实验柜的重要性：实验柜内部的微重力水平是空间站舱内的百倍到千倍，能支持更为精密的科学实验。

　　实验4 牛顿与“冰墩墩”

　　实验现象：王亚平水平向前抛出一个“冰墩墩”摆件。“冰墩墩”在空中并没有像在地面一样下坠，而是沿着抛出去的方向做近似匀速前进，水平地落在了叶光富手中。

　　原理解读：根据中学物理，牛顿第一定律可以被简单表述为：在没有外力干涉的理想条件下，物体会保持匀速直线运动。但是，地面上很难找到无外力的理想条件，这次太空中的平抛运动实验很好地解答了人们源自中学物理课上的困惑。

　　平抛运动看似简单，却蕴含着极为深刻的科学原理。比如，已知在高山上将物体抛出，抛出的速度越快物体会落得更远。那么，假设抛出的速度足够大，物体有没有可能不落回地面，而成为环绕地球的一颗卫星呢？这个实验也叫牛顿的“高山大炮实验”，对此感兴趣的读者，可以查询“第一宇宙速度”原理详细了解。（本报综合）