“天宫课堂”课后作业答疑来啦

2021年12月9日，“天宫课堂”第一课在中国空间站正式开讲后，王亚平老师给同学们留了一些“课后作业”，大家完成得怎么样？

对于三名航天员在太空中展示的神奇现象，很多同学都很想进一步弄清实验背后的原理。现在，专业老师的答疑解惑来啦！

在太空细胞学研究实验展示中，航天员向地面介绍了他们在空间站开展的失重条件下细胞生长发育的有关研究。将细胞在适当温度和气体浓度下进行培养，并观察它们的生长和形态有怎样的变化过程，还要进一步研究它们的变化规律和机制。

在细胞学研究中，航天员选用了不同类型的细胞开展研究，如皮肤干细胞、心肌细胞等。在叶光富向我们展示的心肌细胞样品中，心肌细胞发出的荧光其实是心肌细胞自动节律收缩时产生的生物电，地面的心肌细胞也可以观察到类似的生物电现象。大家猜猜看，心肌细胞在重力改变的情况下，会不会发生某些微小变化？

通过这项实验结果可以得出，人体的细胞在太空中也可以实现原有的功能，既然心肌细胞在太空中可以节律性收缩，那么科学家就可以以此为基础进行更多生理学上的实验，这也体现了航天员在太空进行生物实验至关重要的意义。

这些地面与太空中各种现象的异同激励着我们不断对太空进行探索。地球是我们人类在宇宙中的摇篮，但是人类不可能永远生活在摇篮里。那么，就从生命活动的基本单位“细胞”开始，不断发现和揭示太空中隐藏的神奇奥秘吧！

在太空转身环节中，航天员在不借助外力的情况下，采用“游泳”姿势或使用吹气的方法都无法实现转身自由，而当他举起手臂画圈时，便可缓慢朝某一方向转身，这一神奇的现象让地面的学生们感到非常惊讶。

在授课过程中，亚平老师提到了一个重要的物理概念，叫做“角动量”。当物体发生转动时，整个系统所受到的合外力矩為零，物体的角动量会保持不变，即“角动量守恒”。当航天员身处微重力的太空环境下，既不接触空间站，也不伸出手臂帮助自己转身，恰好营造了一个角动量守恒的理想状态，当航天员上半身向左转时，下半身就会“不由自主”地向反方向扭去。可以看出，在没有外力干扰的情况下，航天员没有办法轻易转身。

然而，当航天员举起手臂做画圈动作时，手臂会对身体其他部分产生力矩，从而改变了身体躯干的转动状态，使人的身体发生转动。有了这只手臂的帮助，航天员才能实现我们在地面简单的转身动作。在地面上时，人的脚与地面间的摩擦力会提供力矩，让人轻松转身。从这个实验现象中，我们可以轻而易举地看出，任何物体发生转动，都需要借助外力矩。