2021年秋季开学第一课，在天宫空间站出差的三名航天员为孩子们送上了两个科学实验，其中一个就是挑战“用筷子喝茶”。航天员先是将保鲜袋中的茶水挤出来，让一大滴液体漂浮在空气中，汤洪波小心地用筷子夹起茶水送入口中。
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, _$ h7 Y9 G4 _- z, N( p汤洪波用筷子夹起茶水0 U; b+ C4 K4 f! e1 {, ]$ \
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喝茶喝水，我们通常都是倒进水杯或者碗里，然后端起来喝。但航天员们在空间站里喝水大多使用水袋，这是因为空间站处于微重力环境，水很难在杯子里老实呆着，它会漂浮到空中，一不小心便飞得到处都是。空间站四壁都是精密的科学仪器，一旦进了液体会造成大麻烦，所以航天员喝水都是使用可以挤压、方便吸吮的软包装容器。1 ~2 C7 t6 C& x. M
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# r8 ^7 R( P/ g, L2013年王亚平展示水的表面张力
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' w* C! n9 w( V朋友们或许还记得，2013年神舟十号太空任务时，航天员王亚平开设“太空讲堂”，就已经在天宫一号里做过类似的实验：先让水在空中慢慢聚集成一个球，透过水球显示出航天员的倒影；王亚平还表演了太空吞水珠。7 ?0 T+ A7 C( _. J' b) [9 E
既然类似的实验已经做过，为什么时隔8年神舟十二号又要再做一次呢？难道在空间站里没有更多有趣实验了吗？. w+ L r# O S; j% `7 J* k0 v
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王亚平太空喝水
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3 i- S# X1 ~3 s6 ~6 d; ?天和核心舱的最主要功能是为未来空间站提供控制支持，它同时也是一个科学实验舱。在核心舱的中段安装了许多实验机柜，比如人系统研究机柜、医学样本分析与高微重力科学实验机柜等等。神舟十二号以及未来的航天员除了要完成空间站的组装、测试调试任务外，还需要利用这些设备对他们自己的身体进行测试，做一系列复杂的生命科学实验。, j# C( ]7 v3 I' ~/ w
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% ], S1 l M) W( B天和核心舱有多个生命科学实验机柜' v. F' n* [1 e: S$ T2 d
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航天员做的这些实验涵盖了太空生命科学的所有领域，对我们未来星辰大海的漫漫征程有极大科学价值，但这些实验过于先进，中小学生们看不懂。为了引导孩子们对宇宙探索、对科学的兴趣，科学家们需要设计一些好玩的、能够启发思考的科学实验——水就是中外航天员最喜欢使用的工具。' K( l- P. f( ^, D
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" H/ A- p! N( k, o+ Q6 W; y用疏水表面触碰太空中的水珠. \, K& o% c; h [: N' k7 y& y
% t9 w1 p0 w: Y: c水是我们最常见的物质，人每一天都需要补充水，对于水你一定也有许多了解，但这仅限于地球表面的水。水在太空中、在失重环境下到底是什么样的？在失去地球引力的影响之后，水又有哪些神奇表现？这些现象背后究竟有哪些科学道理？追寻这些问题的答案，恰恰就是对物理学的认知过程。
6 V4 ~6 I1 p, X! C9 v, I在微重力环境下，无论大小，水都会自动地形成一个圆球形，这是为什么呢？
4 y: l. P! D% X% w3 J水是由许许多多水分子凝聚在一起形成的液体，水分子由两个氢原子和一个氧原子构成，并且氢原子与氧原子之间形成了一个弯曲结构，这导致水分子表面电荷分布不均匀：氧原子这边略带负电，氢原子那边带正电。
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水分子的极性与氢键
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当两个水分子靠近时，带正电的氢原子会被另一个水分子的氧吸引，从而将两个分子拉到一起，这就是物理学里常讲的“氢键”，水中所有的水分子之间都是通过氢键相连。& Q' |# w9 G2 f3 Y+ F1 G& p7 e
水里的每一个水分子都通过氢键与周围4个其它水分子“牵手”，由于氢键的力比较强，因此水的黏性很强；同时由于水表面的水分子上方是空气，没有其它水分子，这导致水分子与旁边其它水分子之间的结合力更强，这种结合力被称为表面张力。在所有液体中，除了汞，水的表面张力是最强的。
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* a# S7 R5 i: {/ G水表面张力的形成2 ^' U7 I. ]3 M4 s) z0 j( `) `
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由于有很强的表面张力，水滴表面就像是有一张橡皮膜包裹着，使水滴的表面积尽量地小。我们知道，相同体积的物体，圆球表面积最小，于是水滴会自动团成圆球形状。
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o7 o i( k2 j表面张力' F9 ^& a6 {6 B' K4 }
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地面有强大的引力，只有很小的水滴（比如小露珠和雾滴）才会接近球形。在近地轨道飞行的空间站里，空间站绕地球做圆周运动抵消了地球重力加速度，这里测得的重力几乎为0，即便是乒乓球大小的水珠，它也能团成一颗比较完美的圆球（不考虑空气扰动的情况下）。
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太空中的液滴是一个圆球
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" L3 s% L5 g. _, J: T# q水分子有很强的吸附性，它会粘在所有亲水物体表面，进而带着其它水分子一并黏上去。/ M$ P1 }! \6 f! j
在地面，由于有地球引力帮忙，我们可以很容易地拧干毛巾，但在太空微重力环境下，水会吸附在毛巾表面，你不可能拧掉毛巾上的水。无论用使多大劲儿，只要一松手，水又被吸进毛巾里了。
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1 M$ ^& ?" n; C3 p, O; p( ?拧不干的毛巾
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2 j0 X- _) V7 e v+ R水分子的吸附性给汤洪波用筷子夹茶水提供了方便，只要筷子接触到漂浮空中的水珠，它就会整个儿吸附在筷头上，航天员可以毫不费力地将它送进嘴里。5 I; M* U9 V( F
神舟十二号航天员们通过“筷子夹茶水”这样一个简单有趣的实验，向中小学生们生动展示了水在太空中的神奇特性：它会因为失去重力而漂浮在空中；因为表面张力而团成一个小球；因为氢键造成的黏性而吸附在筷子上。这些都涉及基础的力学知识。
; W, j H, }' [ A5 r不只是中国，国际上几个主要航天大国都在宇宙探索活动的同时，也不忘向公众特别是向孩子们做科普。阿波罗15号登月任务中，宇航员特意将一枚老鹰羽毛带到月球，利用月球的真空环境做了一次自由落体实验。/ _1 q+ ^8 w Z
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$ g& }- R# W6 f6 W% r8 W% I- ~月面上的自由落体实验% i# e2 G4 r( ^) R9 G; i( H! `* l
2 z. h5 x2 o, C+ K( _# _1 i宇航员将1.32公斤重的铝制地质锤与30克重的鹰毛举到约1.6米高度再同时松手，视频显示地质锤与羽毛几乎同时落在月面上，从而证明伽利略的自由落体定律是对的。地球表面有稠密大气，同样的实验几乎不可能做成，空气阻力会极大地拖慢羽毛的下降速度，从而给人“重量越轻下落越慢”的错误理解。4 D, U2 L2 r! [4 B" e0 ]
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( j1 q w' {+ d3 E) S# k4 V锤子与羽毛同时落下: T0 H# ~1 D- i H9 W1 V
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神舟十二号航天员在“开学第一课”上挑战“用筷子喝茶”，并不是因为没别的实验可做，而是这个实验足够好玩，同时能利用我们最熟悉的工具传授更多科学知识，让学生通过生动的实验提升对物理、对太空探索的兴趣。这种实验不需要花许多钱，却能让孩子们受益终生。
- D! r+ q f' t( ^科普也可以很有趣，不是么？ |
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