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王亚平太空授课系横店摆拍?老外质疑天宫课堂,他发现了啥秘密?

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2022年3月23日下午,中国空间站“天宫课堂”开讲,王亚平老师用一颗乒乓球和一杯水作道具,生动讲解了浮力的原理,以及浮力在太空是如何“消失”的。天宫课堂引人入胜,让在地面吃瓜的我们受益匪浅,视频被制成英文版本在网络流传,也吸引了众多外国观众的注意,不少人称赞“这很出色”、可以“更好地理解科学”。


天宫课堂风靡全球

然而令人没想到的是,三个月之后这段视频突然又“火”了起来,因为有外国网友发现了一个“惊天大秘密”——它很可能是在地面拍摄的,这意味着中国航天员根本没有上天,空间站也是假的!

这到底是怎么回事?

如果你仔细看上面太空课堂授课时的画面,不难发现三名中国航天员稳稳地站在空间站里,而“眼尖的外国网友”更是注意到台面上杯子里的水面也是平的,与地面上完全一样。于是他在推文里说:“Faking Space is a Television Show”(假太空是一部电视剧)后边还加上了小丑和魔鬼的表情:


“外国网友”因一杯水质疑摆拍

外国网友的这一“重要发现”迅速引起某些国内账号的热烈回应,纷纷开启脑洞冷嘲热讽“降落在横店太空中心”、“应该改成正步走”。

虽说这些无知的议论看起来很可笑,但对科学的质疑终究要以科学来回应,所以我们今天就来认真讲一讲,为什么杯子里的水面是平的,并且没有在太空飘起来;天宫课堂真的是“横店作品”吗?

如果你看过王亚平老师的太空授课,应该对她从课面拿起杯子的动作印象深刻。王亚平用双手握住杯子,很小心地往上提、用力,最后把杯子“拽”离了桌面。


王亚平把杯子“拽”离桌面

为什么在太空拿起水杯要这么费劲?因为杯子的底下粘着魔术贴,而桌面上那一条条的同样也是尼龙粘扣带,做实验的杯子正是靠魔术贴才能固定在桌面上,不然它就会飘走。

实际上中外空间站里的许多地方都有类似的尼龙粘扣带,航天员用的笔、叉子勺子、装食品饮水的袋子、以及工具物品上也会有这个东西,只要粘上它们就不会到处乱飞。


魔术贴在空间站里广泛运用

有朋友说,为什么不用磁铁或磁性的贴片,那样不是更方便吗?这可能是因为空间站主要用来做各种空间科学实验,需要保持相对“干净”的电磁环境,磁铁用得多了可能会对一些敏感的测量仪器和设备造成干扰。而魔术贴就不存在干扰的问题,它背面有胶,哪儿需要往哪儿粘,不用时扯掉就完了。

同样地,航天员在空间站里为了保持身体姿态,也会时时将双脚插进舱内壁的环扣里固定自己,否则飘来飘去没办法工作。

现在让我们讲一讲那个太空“浮力消失”的实验。


乒乓球被压下时,水平受到扰动发生倾斜

都说太空失重,为什么水会“老老实实”地呆在杯子里,并且水面跟在地球上一样保持水平?

许多人都以为在太空失重状态下,水会自然地团成一颗球形,它不应该呆在杯子里,而是会飘在空中,就像俄罗斯宇航员曾经演示的那样:


俄罗斯宇航员演示太空吞水球

当水在空间站里不接触到其它物体时,它会自动形成一个圆圆的球。这是因为空间站绕地球飞行,它和其内部所有的物体处于“微重力”状态,这在物理上近似于“惯性参考系”。在惯性参考系里,由于没有重力或其它加速度变化,水分子之间氢键的力起主导作用,在宏观上表现为“表面张力”,这个表面张力会将水拉成一个球形。


表面张力源于水分子之间氢键的作用力

因为表面张力,水在微重力下只会团成球形吗?并不是这样。

我们平时洗手之后,单靠甩手很难把水全部甩掉,手会是湿的,因为水会粘在皮肤上。如果你仔细观察王亚平的太空课程,也会发现当她将乒乓球放到杯子水面时,球会明显“下沉”。


乒乓球接触水面后明显“下沉”

通过对这个视频的截图,我们不难看出,即使王亚平没有“按”乒乓球的动作,球淹没在水里的部分也超过了直径的三分之一。造成这一现象的原因就是水的“浸润作用”,同样地,即使是在太空微重力条件下,水也会因为浸润现象而被约束在杯子里,不能飘出来。


水的浸润现象

水分子是极性分子,因为分子中氢原子唯一的电子被氧占据,造成分子表面电荷分布的不平衡,氢原子端带微弱的正电,而氧原子因为“抢”了两个电子而带负电。这样一来水分子之间就因为电荷正负相吸形成了氢键。但是玻璃或乒乓球表面分子对水分子的吸引力更强,所以水分子被拉到玻璃和乒乓球的表面,这就是浸润现象。

由于浸润现象的存在,加上水分子之间又有表面张力,只要小心地往杯子里注水,它就能形成像地面那样的“水平面”,不会轻易跑出来。这也是在太空中没办法用普通杯子喝水的原因。

这个“水平面”并不是由地球重力造成的,而是浸润与水表面张力共同作用的结果。


杯子翻滚,水不会撒出来

因为空间站里是微重力环境,浸润与表面张力起主导作用,即使我们将杯子在空中翻转,水也不会外溢出杯子,这正是科学的神奇之处。

至于说几个“老外”,或者国内某些“聪明人”质疑与嘲笑,或许是他们对科学的一知半解,或许是深藏于心的刻板印象,只要他们自己不觉得尴尬,就由它去吧。

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