天宮課堂裏的太空科學


  (一)核心環境:什麼是微重力?

  天宮空間站運行在距地球約400公里的近地軌道,以約7.8公里/秒高速繞地飛行,產生的離心力與地球引力幾乎抵銷,艙內處於微重力(近似失重)狀態。這是所有太空實驗的基礎:物體不再下落、液體不再流淌、火焰呈球形、植物失去向地性,很多地面不可能的現象,在太空成為常態。

  (二)必看實驗:港澳專場將演示的經典項目

  液橋實驗

  地面上兩指之間的水膜一拉就斷;太空裏表面張力佔主導,兩板之間可拉起穩定「液體橋樑」,不斷裂、不滴落。原理:表面張力在微重力下成為主導力,支撐液體結構。應用:流體管理、燃料輸送、材料製備。

  水球光學實驗

  水在失重下形成完美圓球,注入氣泡仍不破裂,可同時呈現正立與倒立像,像「太空透鏡」。原理:表面張力+光的折射。對比地面:水會攤開,無法形成穩定球型。

  毛細效應實驗

  細管插入液體,液體快速爬升、甚至充滿整管,遠強於地面。原理:微重力消除重力壓制,毛細現象更顯著。應用:航天器熱管、散熱系統、生物實驗。

  太空拋物/動量守恆實驗

  輕輕一推,物體勻速直線前進,不落地、不減速。驗證牛頓第一定律。航天員可像「打乒乓球」一樣彈破水球,演示疏水材料與動量傳遞。

  旋轉扳手實驗(賈尼別科夫效應)

  T型扳手在空中自轉時會自動翻轉,呈現奇妙姿態變化。原理:剛體繞非主軸旋轉的不穩定性,是微重力下經典力學奇觀。

  (三)天宮空間站小百科

  構成:天和核心艙+問天實驗艙+夢天實驗艙,三艙T字構型,完整國家級太空實驗室。

  能力:支持3人長期駐留、6人短期駐留,可開展空間生命科學、微重力物理、空間天文、新技術試驗等上千項研究。

  香港貢獻:黎家盈在軌參與實驗;香港高校研發的天韻相機入駐空間站,監測全球溫室氣體;多項港產材料、生物實驗隨神舟二十三號上行。

  (四)為什麼要在太空做實驗?

  太空提供微重力、高真空、強輻射、超潔淨的獨特環境,能揭示地面被重力掩蓋的科學規律,推動新材料、新藥、新育種、新醫療突破。很多實驗成果已惠及民生:高強度合金、抗衰護膚品、精準醫療檢測、節水農業等。