10月12日，“天宮課堂”第三課在中國空間站正式開講。神舟十四號飛行乘組航天員陳冬、劉洋、蔡旭哲面向廣大青少年進(jìn)行太空授課，這是中國航天員首次在問天實(shí)驗(yàn)艙內(nèi)進(jìn)行授課。這一次，科研人員所做的實(shí)驗(yàn)，很多都能在地球上進(jìn)行，在太空中，這些實(shí)驗(yàn)又有什么新變化？揚(yáng)子晚報(bào)記者特邀多位專家，解析天宮課堂背后的科學(xué)原理。

水管越粗液體反而上升越慢，這是“毛細(xì)現(xiàn)象”

【資料圖】

航天員陳冬、劉洋展示了失重環(huán)境下液體顯著的“毛細(xì)現(xiàn)象”。在太空中，三根粗細(xì)不同的塑料管，同時(shí)放入裝滿水的培養(yǎng)皿，管內(nèi)加了黃顏料的液體不斷上升，直到管頂。和我們預(yù)想的并不一樣，相對較粗的塑料管中，液體上升的速度并不算快。反倒是最細(xì)的一根塑料管，液體上升速度最快。

“這個(gè)實(shí)驗(yàn)叫做毛細(xì)效應(yīng)實(shí)驗(yàn)，它展示了失重環(huán)境下液體顯著的毛細(xì)現(xiàn)象。”南京航空航天大學(xué)教授李晉斌科普道，毛細(xì)現(xiàn)象是指液體在細(xì)管狀物體內(nèi)側(cè)，由于內(nèi)聚力與附著力的差異，克服地心引力而上升的現(xiàn)象。管的內(nèi)徑越細(xì)，毛細(xì)現(xiàn)象越明顯。

專家介紹，毛細(xì)現(xiàn)象在生活中其實(shí)隨處可見。相比起同學(xué)們在地面做的實(shí)驗(yàn)，太空的毛細(xì)效應(yīng)實(shí)驗(yàn)沒有了重力的束縛，毛細(xì)效應(yīng)的表面張力作用會更加明顯，這也是太空中液體能夠升至管頂?shù)脑颍霸诘孛嫔希?dāng)液體受到向上張力跟液柱所受重力相等時(shí)，液體就會停止上升，達(dá)到平衡。”李晉斌說。

違反直覺的“旋轉(zhuǎn)”，曾把人嚇得不輕

在太空中，旋轉(zhuǎn)的T字形扳手在沒有外力干擾的情況下，會自己掉頭翻轉(zhuǎn)。這個(gè)“會掉頭的扳手”讓觀眾倍感神奇。

“在失重且沒有外力干涉的環(huán)境下，空間站里的物品會飄在半空中，沿著最初旋轉(zhuǎn)的主軸一直保持翻轉(zhuǎn)。”李晉斌告訴記者，這種看上去“約定俗成”的規(guī)律，在1985年被蘇聯(lián)航天員賈尼別科夫發(fā)現(xiàn)了“例外”。他在空間站維修過程中，偶然發(fā)現(xiàn)自己擰下的螺母，并沒有按照他預(yù)想中的那樣進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，而是在旋轉(zhuǎn)的過程中忽然倒轉(zhuǎn)了180度，然后繼續(xù)翻轉(zhuǎn)，并在接下來的一段時(shí)間內(nèi)繼續(xù)旋轉(zhuǎn)180度，周而復(fù)始。這個(gè)現(xiàn)象就以他的名字被稱為賈尼別科夫現(xiàn)象。旋轉(zhuǎn)的T字形扳手會自己掉頭翻轉(zhuǎn)就是一種賈尼別科夫現(xiàn)象。

就是這么一個(gè)違反直覺的現(xiàn)象，曾經(jīng)把人類嚇得不輕。當(dāng)我們從太空遙望地球，地球是懸浮在失重的太空中的，并且也繞著自轉(zhuǎn)軸不停地在旋轉(zhuǎn)。那么地球會不會像天宮課堂的扳手一樣發(fā)生180度的旋轉(zhuǎn)呢？事實(shí)上，地磁南北極的確不是固定不動(dòng)的，在過去的45億年里地磁的南北極出現(xiàn)過多次翻轉(zhuǎn)。科學(xué)家研究表明，以地球目前在太空旋轉(zhuǎn)的方式，并不會出現(xiàn)賈尼別科夫現(xiàn)象。所以地磁場翻轉(zhuǎn)另有原因。

研究擬南芥的太空生長，可以幫助科研人員“舉一反三”

在這堂課中，航天員還曬出了自己在太空中種下的水稻和擬南芥，并與地球上的同學(xué)們進(jìn)行了“天地共播一粒種”對比。空間站里的水稻和擬南芥究竟肩負(fù)著什么樣的科研使命？

南京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院孫博教授告訴記者，擬南芥在植物世界里的“地位”，類似于動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中的“小白鼠”，因?yàn)樯L周期短、基因組小的特點(diǎn)，成為了植物世界里“模式植物”的代表之一。“擬南芥是地球上最早被完全測序的植物，全世界的科學(xué)家對于擬南芥的研究相對比較深入一些。因此，通過擬南芥的培育，可以了解其他植物生長發(fā)育的特點(diǎn)。”

孫博教授告訴記者，相對于“模式植物”擬南芥，水稻、小麥等地球上常見的糧食作物基因組會復(fù)雜一些，了解了擬南芥在空間站生長的各項(xiàng)指標(biāo)，可以對水稻、小麥等作物在太空中的培育有借鑒作用。

關(guān)鍵詞： 毛細(xì)現(xiàn)象 模式植物 失重環(huán)境