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老外质疑空间站授课造假!天宫课堂:为何一杯水液面平平放桌上?

 星辰大海种花家 2022-06-28 发表于浙江

“天宫课堂”是神舟十三号航天员在天宫空间站上举行的一堂科学课,“太空教师”翟志刚、王亚平、叶光富在中国空间站为广大青少年再度带来一场“高能”的太空科普课。

但国外有网友在翻看天宫课堂的纪录片时却发现了一个惊人的秘密,一杯稳稳放在桌子上的水,而且杯中水面平平,似乎表明是在地面上摆拍的,事实真的是这样吗?

天宫课堂:为何水能放在桌子上?

2022年6月25日,一个ID为darius volket 4 Corners of the Earth@DariusVolket的账号发布了一条推文,文字描述是“Faking Space is a Television Show”(假太空是一部电视剧),而配图就如下图:

这张照片给大家的感觉就是在地面上摆拍的,因为水杯放在桌上,液面和桌子大致平行,这不就是我们日常能理解的想象么?

但问题是正常条件下的空间站中水应该会在表面张力的条件下形成一团水球,这是水在太空中最标准的形状,此前天宫空间站内也演示过这样的场景,国际空间站内的宇航员也同样有这样的操作画面,到底是摆拍还是天宫空间站使用了特殊的应用场景?

失重状态下的水应该是什么形状?

在地面上水或者只能用无形来形容的,因为它可以浸润绝大部分你能看到的物体,渗入大地、滋养万物,也可能因为大量聚集而形成江河湖泊,还可能飞流直下三千尺的瀑布,有可能是水龙头一开出来的自来水。

那么它在失重状态下的水又是什么形状呢?答案就如本文开头刚说明的水球,因为在空间站内,绕行地球产生的“离心力”与重力几乎一致,两者抵消,使得空间站处在了失重中。

在这样的状态下水同样可以是任何形状,但因为水分子与空气接触的表面由于分子间相互作用力不均衡而产生的沿表面作用于任一界线上的张力,会让水在失重状态下悬浮在空中形成一个几乎完美的球形。

那么问题来了:为什么杯子中的水会和地球上一样?

这个问题很有趣,答案可能有很多个,第一个当然是在重力环境下,就像好莱坞大片《地心引力》在地面上拍摄时尽管身体可以使用牵引感觉像是在失重状态下一样,但头发却无法模拟,仍然是自然下垂的,为此国际空间站的女宇航员还摆拍过一张照片揶揄《地心引力》摄制组。

第二个答案是模拟失重,天宫空间站尽管处在失重中,但它可以以某种难以察觉的角速度绕着一个看不见的轴心做一定范围的机动,这是完全可以的,天宫空间站核心舱有这样的发动机,当然空间站的陀螺仪也是可以做到的,这个不消耗燃料,仅仅只是太阳能电池产生的电力。

第三个答案则可能是表面张力与液体的粘滞与浸润作用,在失重状态下,水分子仍然可能与杯壁具有粘性,也就是说这个粘性作用力在一定范围内可能会大于表面张力,让液面保持在一定状态,比如在失重状态下“倒入”杯中半杯水,然后均匀甩动让它保持在杯底方向。

再在“放置”杯子的位置贴一个不干胶贴,这样就会使杯子静置在这个位置,然后杯中里的水会因为液体粘性与杯壁接触,表面张力保持液面比较均衡处在“水平”状态,这可能性应该是存在的,不过没有实验支持,这个仅仅是理论上而已,哪位大神可以用自由落体塔做一个实验,看看是否能保持这样的状态。

后续画面验证,乒乓球不浮起来表示什么?

在后续的实验中,王亚平将一个乒乓球“塞”进了水中,它可以停留在水中的任何位置,在失重的水中失去了浮力,这个状态挺有趣,《太空旅客》中的“大表姐”就在失重状态下差点被困死在游泳池的那团水里,拼命划水效果也不好,这个液体包围在人体周围,尽管没有压力但却仍然存在粘性,会导致人无法呼吸从而窒息而死。

这个现象表示确实是在失重环境下做的实验,不在地球表面,也表示空间站没有进行“机动”,估计很多朋友会提出另一想法,假如制造一个和水密度一致的球体,然后用它来冒充乒乓球,那么它是否会停留在任何一个位置呢?

答案是可以的

这个现象不就和潜水艇的基本原理是一样的么?调节压舱水的多少就可以让潜艇停留在不同深度的水中,而杯子中的水由于空间很小,几乎可以忽略水深引起的差异,因此一个与水密度一致的球应该可以在一定条件下模拟出失重的那种状态。

如何证明天宫课堂是在失重环境下进行的?

这个问题似乎进入了死胡同,那么无法证明是在失重环境下?其实不然,有多个现象表现和重力环境下不一样,比如:

  • 1、在杯子中的水液面晃动持续时间很长,而在地面则因为重力作用很快消耗能量时间很短。

  • 2、还有一个则是液面上升不均匀,突出水面比较高,超出了地面上做同类实验时的现象

这两个是液面环境,还可以通过多个外部环境的方式观测得到,比如有如下几个现象:

  • 1、王亚平的头发尽管被扎了起来,但头发的晃动仍然足以说明这个环境比较异常;

  • 2、旁边的“助教”叶光富和王亚平的身体不均匀地上下窜动,这是在失重环境下尽管有脚上约束带,但轻微的扰动仍然足以对身体造成晃动;

  • 3、叶光富和王亚平脸比平时胖了一圈,这不是在空间站上吃得太好,是长期在失重状态下体液集中在上本身而导致脸部浮肿,这也是空间病的一个方式,它会导致特殊的贫血方式,因为内脏体感血液增多了,因此造血机制会被抑制从而出现非常奇怪的贫血方式。

前两种可以用短期失重的模拟环境来制造,比如零重力飞机或者自由落体塔,只是时间比较短一个实验都做不完!而后面这种是难以用地面短期模拟失重来表现的,只有在长期失重的空间站环境中才会有这样的现象,当然更关键的中国已经有长期在轨的空间站,为何要如此劳心劳力作假?

以上是种花家对老外质疑的分析,可能有很多不足的地方,各位有意见的不妨留言一起分析下。

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