太空熊猫君
中国空间站第二次太空授课进入尾声。今天，我们一起来看看在本次天地互动中，大家又提出了哪些有趣的问题吧！
在上一次太空授课之后，很多网友都提出了自己的问题。这些问题通过“天地邮件”的方式发给了航天员。第一个网友提出的问题是：在空间站里流眼泪是怎幺样的？眼泪是像果冻一样会被拉得很长，还是会一颗一颗地蹦出来，变成飘浮的泪滴？
航天员们都具备良好的心理素质，想来是不会轻易落泪的，但是身处太空、看到宇宙壮丽的景色时，恐怕也难免会激动得热泪盈眶吧。由于空间站中没有重力，眼泪自然不会像在地面上那样从眼角流下，而是会在眼眶里打转，或者是聚集在眼角。
那幺泪水会不会飘出来呢？答案是基本不会。这其实和水的浸润现象有关。我曾经多次讲过液体的表面张力，它让太空中的水聚成一个水球。除了表面张力，液体还有很多有趣的性质，浸润现象就是其中之一。
浸润现象在我们身边非常常见。举个简单的例子，当我们用钢笔写字的时候，墨水渗进纸张里——这就是墨水的浸润；还有医护人员一般拿脱脂棉来吸收酒精或者血液，因为棉花在成为脱脂棉之前是无法被水浸润的，所以需要对棉花进行脱脂处理。有时候人们为了达到一些目的，也会尽力避免浸润现象出现，例如一些金属制品或者木制品被水浸润之后很容易生锈或者腐烂，所以科学家们发明了各种防水的涂料，这些涂料就具有防止水等液体浸润的特性。
为什幺会出现浸润或者不浸润的现象呢？这还要从物质的构成说起。我们知道，物质都是由分子组成的。而分子之间存在很多种力，我们把它们统称为分子间作用力。同一种物质的分子间作用力，叫作内聚力，我们的“老朋友”——表面张力的形成，就和内聚力有关。而不同物质之间的分子间作用力，叫作附着力，它是让一种物质可以“贴”在另一种物质上的力。由于不同分子的巨大差异，内聚力和附着力也会呈现出大小的差异。当附着力小于内聚力的时候，液体不容易“贴”在固体的表面，更容易滑走，就不会发生浸润；而当内聚力小于附着力的时候，液体更容易“贴”到固体上，甚至渗透进去，这就是浸润现象。
看到这里，太空流泪现象的原理就彰明较着了。想想刚洗完澡的你，是不是身上湿漉漉的，水很难全部流走？这就是因为你的身体被水浸润了。同样的道理，我们流出来的眼泪，也会浸润我们的眼睛，从而紧紧地贴在眼睛上，很难飘出去。
第二位网友提出的问题也很有趣，他问在没有重力的情况下，航天员的皮肤是不是会变得更好？在太空里要如何护肤？
生活在地面上的我们每天都会遇到很多对皮肤有损伤的因素，就拿环境中的物理条件来说，过高或者过低的温度、干燥的空气、强风、PM2.5、阳光甚至是重力，都会损害我们的皮肤。幸运的是，这些问题在空间站里通通不存在！
首先，空间站是完全封闭的，阳光很难照进来（除了通过睡眠舱的舷窗）。其次，中国空间站里有一套十分先进的设备，叫作环境控制与生命保障系统。空间站内部的各项环境条件，例如舱内的气压，空气的含氧量、温度和湿度，甚至是生活用水和排泄废弃物的收集处理，都由它来控制和调节。所以中国空间站内部近乎是一个恒温恒湿、没有强风也没有空气污染的环境，在这里皮肤自然也很难受到损害！更何况，在微重力的环境下，皮肤也不会下垂，这让航天员看上去显得更年轻。值得一提的是，我国的科研人员还专门为航天员们设计了在空间站里使用的保湿润肤的护肤品呢。
地面课堂上的同学们又提出了哪些问题呢？首先提问的是来自北京课堂的一位女生，她对无容器材料实验柜非常感兴趣，想知道航天员用哪些材料在里面进行实验，这些实验又有什幺作用。叶光富回答，无容器材料实验柜可以避免容器壁与材料的接触和污染，太空中的无容器实验还可以避免重力带来的容器形变和密度分层，制备出更好的材料。叶光富向我们透露出两个需要通过无容器材料实验柜来完成的科研目标：一个是研发工程领域的新一代燃气轮机叶片，另一个是用模拟合成的陨石物质来研究太阳系早期的热环境。这两个实验为什幺要在太空里做？又会给我们带来什幺呢？
燃气轮机是一种内燃机，是发电、运输等领域非常重要的设备。由于它的技术复杂程度非常高，所以它被称为制造业的王冠。而燃气轮机的叶片又是它最核心的部件之一。叶片需要在1500℃左右的高温下长期稳定地工作。这对叶片的制造工艺以及材料的性能都提出了很高的要求。为了可以得到更适合制造燃气轮机叶片的材料，科学家们将目光转向了太空。
燃气轮机
行星状星云NGC3132
50亿年以前的宇宙是什幺样子的？这显然是天文学家们非常关心的问题。遗憾的是现在并没有时光机让我们穿越到过去一探究竟。目前科学家们对宇宙历史的判断只能通过观测之后进行合理地分析与推断。像太阳系早期的热环境——例如太阳辐射的强度、空间的能量密度等信息，我们可以通过模拟合成陨石的实验来检验天文学家们的猜想。根据新闻报道，无容器材料实验柜后续还会开展月幔物质熔融结晶、加热星云物质进行物性测量等实验，都是为了让我们更好地认识太阳系形成初期的环境特征。
下一个问题是关于空间站的时序设置的。时序，也就是时间序列，指的是按照时间顺序排列的一组数据。同学想问空间站上使用什幺时间标准，航天员们的工作、休息、吃饭等活动是怎幺安排的。我之前讲过，中国空间站环绕地球飞行一圈大约需要90分钟，也就是每90分钟都会看到1次太阳的升起和落下。航天员们按90分钟为一天的时间标准来工作休息显然是不可能的。其实，在空间站里既有北京时间，也有世界时间，还有相对飞行时间和绝对飞行时间。航天员们会根据任务的不同采用不同的时间，大部分还是采用北京时间，这样既符合航天员们的作息习惯，也方便和地面人员沟通。
接下来，一位来自西藏、喜欢观察月亮的女同学提问：在空间站里看到的月亮和地面上看到的有什幺不同吗？月相会有什幺不同的变化吗？一方面，由于空间站在大气层之上，那里几乎没有大气，所以在空间站里看到的月亮会更加清晰明亮：另一方面，空间站距离地面约400千米，而月球距离地球的平均距离是38万千米，这样看来，空间站和地球还是很近的，所以在两处看到的月相并不会有太大的区别。
另一位西藏同学的提问富有地域特色，他提到由于拉萨地区海拔高、气压低，所以水在90℃时就烧开了，那在空间站里，水能够烧开吗？航天员可以喝到热水吗？
这个问题貌似简单，其实里面包含的科学知识非常多。首先，我们平时说的水在100℃时可以烧开，指的是在正常的气压之下，水的沸点是100℃。如果气压变大，那幺水就要在高于100℃的情况下才能沸腾；而拉萨地区海拔较高，那里的气压只有海平面上气压的三分之二，所以水温还没到100℃的时候就会沸腾。在中国空间站里，为了让航天员们舒适地工作和生活，里面的气压和地面的气压是十分接近的，但是我们依然无法将空间站上的水烧开。这是为什幺呢？背后的道理还要从热量的传递讲起。
只要一个物体的内部或者物体之间存在温度的差异，热量就会自动从高温的地方向低温的地方转移，这个现象叫作热传递。热传递包含三种传递方式，分别是热传导、热辐射和热对流。
简单来说，热传导是物质内部的分子通过振动、移动和互相碰撞来传递能量。最直观的例子是金属导热，金属是导热性非常强的物质，当我们把一柄铁勺放在热汤里之后，很快就会感觉到勺柄处变热了，这就是热汤的热量通过铁勺快速地传导了上来。热辐射稍微有点儿难理解，不过我们可以想一想时刻在发光发热的太阳，我们和太阳之间除了太阳大气和薄薄的地球大气层之外，都是茫茫的真空，那里几乎什幺物质都没有，那热量是怎幺传递过来的呢？这就是靠的热辐射，它本质上是太阳发出的电磁波传递过来的热量。热对流比较容易理解，我们烧水的时候主要是靠热对流作用。我们知道绝大多数物体会热胀冷缩，一旦受热膨胀，物体的密度就会变小，所以当我们烧水的时候，底部最先受热的水由于密度变小而上浮，反之，上方低温的水会下落，进而接收更多的热量，就这样，水在壶内不断上下翻滚，很快一壶水就烧开了。
而在空间站里烧水，情况就大不相同了。由于太空中没有重力，无法形成热对流，而且水本身对热量的传导性很差，所以即便我们通过热传导或者热辐射的方式把靠近热源部分的水加热了，远离热源的那一部分水温度依然很低，几乎不可能被烧开。
空间站里的饮用水都是经过特殊处理的，可以直接饮用，如果航天员想喝热水的话，也有其他装置进行适度加热。
接下来，—位新疆的同学问她自己养的果蝇是否可以被送上空间站。这是一个十分可爱的问题，得到了王亚平的肯定回答。原来，中国空间站里不光会接受来自世界各地的科学家的实验，也会接受同学们的奇思妙想。也许有一天，你设计的科学实验也可以被送上太空呢！
虽然在“天宫课堂”第二课授课期间，问天实验舱还没有发射，但是中国空间站的内部已经配置了生命生态实验柜。这是一个专门用来研究不同生物在太空环境下生长情况的科研实验柜。根据计划，像拟南芥、线虫、果蝇、斑马鱼等小型动植物都会进入生命生态实验柜中接受研究。
这位同学提到的果蝇，很多人可能并不熟悉，但是对于生命科学领域的研究者来说，它可是当之无愧的明星。生物学家们在研究生物物种时，会根据研究的目的，优先选择一些可以提高实验效果或者效率的特定生物，这种生物被称作模式生物。最有名的模式生物大概就是豌豆和小白鼠了。遗传学家孟德尔通过种植和观察豌豆，发现了生物界的遗传规律，而在涉及哺乳类的动物实验中，生物学家们一般会选择容易饲养、繁殖速度快的小白鼠。果蝇也是一种模式生物，它培育时间短、容易饲养、繁殖速度快，被大量用在遗传学和发育生物学的研究中。被誉为“遗传学之父”的美国生物学家摩尔根，就是通过对果蝇的研究发现了遗传学三大定律中的基因连锁互换定律。在过去的100年里，凭借果蝇相关实验获得发现，从而赢得诺贝尔奖的科学家有好几位呢！
又有一位新疆的同学提出了一个关于空间站动力的问题：空间站在飞行的过程中，是否会受到阻力？在达到一定速度后，是否可以不再需要动力？速度是否能一直保持不变？其实，这三个问题属于一个问题。如果空间站的飞行会受到阻力，那必然需要动力系统来保持速度的稳定。中国空间站离地面400千米左右，虽然很高，但是依然没有完全脱离地球的大气层，所以空间站的运行仍是需要动力的。稀薄的大气产生的阻力会让空间站缓慢减速，空间站速度慢下来，轨道也会降低，所以需要不断给它加速来保持它所在轨道的稳定。
北京课堂中的两个问题都是关于空间站科研的。第一位同学问航天员在空间站里都做过哪些实验？每天要花多长时间来开展实验？空间站的实验数据能否及时传输给地面？叶光富回答，航天员除了通过科学实验柜开展特定的实验之外，也会利用太空的特殊环境，开展医学、物理学、材料学、心理学和生命科学等学科的研究，甚至还有中医药的空间应用研究呢！航天员们在空间站里不光要做实验，也要负责空间中的日常维护、巡检等工作，还是很忙碌的，所以具体的科研时长还是要看具体的工作安排。说到太空实验的数据传输，航天员既然可以在实验操作过程中与地面的科学家通过天地连线来实时沟通，实验数据自然也是可以实时传到地面的。
最后一个问题，可能也是很多同学想问的一个问题——“我”有没有机会进入中国空间站、成为一名太空科学家呢？答案是肯定的。中国空间站的建设目的，就是为了可以开展大规模的空间实验，这些实验项目是面向全世界的科学家征集的，随着空间站各项设施的完备，未来将有更多的科研人员到空间站里开展实验。所以每一位热爱科学的同学，都是有机会的。
到这里，“天宫课堂”第二课圆满完成。2022年，中国空间站的问天实验舱、梦天实验舱都已经成功发射对接，中国空间站也已经全面建成。下一期，我们将进入2022年10月12日的“天宫课堂”第三课。这一次，神舟十四号乘组的航天员蔡旭哲、陈冬和刘洋将在问天实验舱内给我们带来全新的太空科学课。我们将看到主要用于空间生命科学研究，同时也作为核心舱备份的问天实验舱的内部环境，还会看到全新的毛细效应实验、水球变“懒”实验、太空趣味饮水和会调头的扳手，这些实验又有哪些神奇现象，包含哪些科学原理呢？下节课再见。
