林麗琴 張光

？太空授課

2013年6月20日10：04—10：54，在距離地面343 km的天宮1號，中國神舟10號飛船的3名航天員王亞平、聶海勝、張曉光為全國青少年上了一堂精彩的“太空一課”。這堂課由王亞平主講，其他2名航天員擔(dān)任助教和攝像?；顒?dòng)過程中，王老師開展了質(zhì)量測量、單擺運(yùn)動(dòng)、陀螺、水膜和水球5項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，展示了失重環(huán)境下物體運(yùn)動(dòng)、液體表面張力特性等物理現(xiàn)象，使中小學(xué)生了解失重條件下物體運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)，了解液體表面張力的作用，加深了對質(zhì)量、重量及牛頓定律等基本物理概念的理解。300名中小學(xué)生與中學(xué)物理教師在地面課堂聽講，并與航天員進(jìn)行了互動(dòng)交流。從首都北京到祖國的四面八方，8萬多所中學(xué)、數(shù)千萬名師生通過廣播、電視和網(wǎng)絡(luò)直播，共同收聽、收看航天員太空授課，一同領(lǐng)略奇妙的太空世界。

實(shí)驗(yàn)1：質(zhì)量測量演示

“失重了，我們的身體質(zhì)量是不是也沒有了？”

失重環(huán)境下怎樣測量質(zhì)量呢？航天員用天宮1號上的質(zhì)量測量儀現(xiàn)身說法。他們從天宮1號的艙壁上打開一個(gè)支架形狀的裝置，航天員聶海勝把自己固定在支架一端，王亞平輕輕拉開支架，一放手，支架便在彈簧的作用下回復(fù)原位。裝置上的LED屏顯示出數(shù)字：74.0，這表示聶海勝的實(shí)測質(zhì)量是74 kg。王亞平向同學(xué)們解釋了實(shí)驗(yàn)原理后，還給同學(xué)們布置了1道課后思考題：除了運(yùn)用牛頓第二定律，還有什么辦法可以在失重環(huán)境下測量物體的質(zhì)量？

實(shí)驗(yàn)2：單擺運(yùn)動(dòng)演示

“太空中的單擺小球松手后會出現(xiàn)怎樣的情況呢？”

T型支架上，用細(xì)繩拴著1顆明黃色的小鋼球。王亞平把小球輕輕拉升到一定位置放手，小球并沒有出現(xiàn)在地面上常見的往復(fù)擺動(dòng)，而是停在了半空中。王亞平用手指沿切線方向輕推小球，給小球一個(gè)初始速度，奇妙的現(xiàn)象出現(xiàn)了，小球開始繞著T型支架的軸心做圓周運(yùn)動(dòng)。

實(shí)驗(yàn)4：水膜演示

“天宮里有沒有飛流直下的瀑布？”

王亞平拿起1個(gè)航天員飲用水袋，打開止水夾，水并沒有傾瀉而出。輕擠水袋，在飲水管端口形成了1顆晶瑩剔透的水珠，略微抖動(dòng)水袋，水珠便懸浮在半空中，與天宮1號艙壁上鮮艷的五星紅旗交相輝映，更顯得美輪美奐。接著，她把1個(gè)金屬圈插入裝滿飲用水的自封袋中，慢慢抽出金屬圈，便形成了1個(gè)漂亮的水膜。輕輕晃動(dòng)金屬圈，水膜也不會破裂，用力稍大才甩出1個(gè)小水滴。隨后，王亞平又往水膜表面貼上了1片畫有中國結(jié)圖案的塑料片，水膜依然完好。這些在地面難得一見的奇特景象，引起了地面課堂同學(xué)們的連聲驚嘆。

實(shí)驗(yàn)5：水球演示

“用神奇的液體表面張力變個(gè)‘魔法！”

王亞平用金屬圈重新做了1個(gè)水膜，然后用飲水袋慢慢地向水膜上注水，不一會兒，水膜就變成了1個(gè)亮晶晶的大水球，水球中還有一串珍珠般的小氣泡，仿佛銀河系中的繁星點(diǎn)點(diǎn)。王亞平用注射器向水球內(nèi)注入空氣，在水球內(nèi)產(chǎn)生了2個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的球形氣泡，氣泡既沒有被擠出水球，也沒有融合到一起。水球也沒有爆裂。緊接著，王亞平又用注射器把少許紅色液體注入水球，紅色液體慢慢擴(kuò)散開來，晶瑩透亮的水球變成了粉紅色，令人嘖嘖稱奇。

宇宙無限，探索無盡，不知不覺中，航天員們要和地面課堂的同學(xué)們說再見了。他們每人都為同學(xué)們送來了太空寄語——

聶海勝說：“愿同學(xué)們刻苦學(xué)習(xí)，增長知識，為‘中國夢添彩！”

張曉光說：“深邃太空，奧秘?zé)o窮，探索無止境，讓我們共同努力！”

王亞平說：“飛天夢永不失重，科學(xué)夢張力無限！”

？太空授課活動(dòng)的策劃與設(shè)計(jì)

電視和網(wǎng)絡(luò)是目前最有影響力的傳播媒體。中央電視臺作為中國國家級電視臺，是中國受眾最多、影響力最大的電視媒體。中央電視臺從授課活動(dòng)策劃開始就高度關(guān)注、主動(dòng)參與，并結(jié)合電視傳播的特點(diǎn)對授課的內(nèi)容和形式提出了很多建議。在活動(dòng)開始之前，進(jìn)行了多角度的宣傳，吸引觀眾的注意。授課活動(dòng)中進(jìn)行了同步直播，并組織了多個(gè)專題節(jié)目，邀請著名科學(xué)家對此次活動(dòng)的內(nèi)容進(jìn)行全方位地詳細(xì)解讀和闡釋，進(jìn)一步拓展了授課活動(dòng)的影響。中國眾多網(wǎng)絡(luò)媒體在互聯(lián)網(wǎng)上對活動(dòng)的全過程進(jìn)行了視頻直播，全世界的觀眾都可以通過網(wǎng)絡(luò)看到授課活動(dòng)。網(wǎng)絡(luò)傳播使得授課活動(dòng)的覆蓋面進(jìn)一步擴(kuò)大，并得以持續(xù)和多次傳播，使得很多沒有及時(shí)觀看電視直播的觀眾得以通過網(wǎng)絡(luò)觀看活動(dòng)的視頻。此外，很多報(bào)紙、期刊也對授課活動(dòng)進(jìn)行了及時(shí)且翔實(shí)的報(bào)道。

為吸引青少年關(guān)注此次太空授課活動(dòng)，今年3—5月，中國科協(xié)在全國范圍內(nèi)舉辦了“全國青少年航天科技知識競賽”。競賽組織專家圍繞太空基本知識設(shè)計(jì)了競賽題目。全國30多個(gè)省區(qū)2 000余所學(xué)校的30余萬名青少年積極參與。中國載人航天工程網(wǎng)在授課活動(dòng)前也舉辦了“我問航天員——太空授課大型問題征集”活動(dòng)，收集中小學(xué)生對載人航天科技、航天飛行、空間科學(xué)及航天員太空工作、生活等領(lǐng)域的提問，征集到數(shù)千個(gè)相關(guān)問題。這些活動(dòng)的開展為授課活動(dòng)進(jìn)行了預(yù)熱，激發(fā)了很多孩子對太空授課活動(dòng)的好奇心，為授課活動(dòng)作了知識上和心理上的鋪墊。

這次太空授課是一次成功的科學(xué)傳播活動(dòng)案例。成功之處體現(xiàn)在：一是參與人數(shù)多。中國有6 000萬名中小學(xué)生及公眾通過電視和互聯(lián)網(wǎng)直播收看了授課活動(dòng)，總共約有1億中國人觀看了這次授課活動(dòng)。中國以外的中小學(xué)生和公眾也都可以通過互聯(lián)網(wǎng)觀看此次授課活動(dòng)的視頻。二是效果好。授課內(nèi)容形式生動(dòng)有趣，給公眾留下了深刻的印象。航天員在太空中演示的5個(gè)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是地面上無法實(shí)現(xiàn)的，展示了太空失重環(huán)境下的有趣現(xiàn)象，王老師的講解輕松活潑，大大激發(fā)了中小學(xué)生和公眾的好奇心和求知欲，激發(fā)了青少年熱愛太空、探索太空的熱情。

？太空授課背后的科技實(shí)力保障

太空授課看似是很簡單的一項(xiàng)任務(wù)，但鮮為人知的是，這需要強(qiáng)大的航天測控能力在背后進(jìn)行支持，特別是數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星的支持。神舟—天宮組合體運(yùn)行在距離地面大約343 km的高度，屬于近地軌道航天器，繞地球運(yùn)行1圈的時(shí)間約為90分鐘。受地球曲率影響，地面或海面單個(gè)測控站對343 km高度的神舟—天宮組合體的測控、通訊范圍很小，如果要保持不間斷的通聯(lián)，理論上需要布設(shè)100多個(gè)站點(diǎn)并均勻分布在地表，這在經(jīng)濟(jì)上、政治上都是不可能的。此次太空授課的時(shí)長是50分鐘，從上課開始到結(jié)束，這期間神舟—天宮組合體已經(jīng)圍繞地球飛行了半圈多，依靠地面測控站進(jìn)行不間斷視頻直播的話，最理想情況也需要10多個(gè)測控站，我國的地面測控體系現(xiàn)在也缺乏這個(gè)條件。我國分別在2008年、2011年和2012年發(fā)射了天鏈1號數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星的01、02和03星，由此建立第1代數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星系統(tǒng)。細(xì)心的觀眾可以發(fā)現(xiàn)，在央視對神舟10號發(fā)射的直播中，屏幕右上角有時(shí)會出現(xiàn)“天鏈”字眼，這是表示當(dāng)時(shí)的視頻信號來自天鏈1號數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星的轉(zhuǎn)發(fā)。數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星可以稱得上是當(dāng)今技術(shù)含量最高的通訊衛(wèi)星，太空授課實(shí)則是對我國航天測控實(shí)力的一次展示。■