视频丨天宫课堂再开讲！太空拧湿毛巾、水球乒乓藏着哪些科学原理

“天宫课堂·港澳专场”太空授课活动今天举行，正在中国空间站执行任务的神舟二十三号乘组——指令长朱杨柱、航天驾驶员张志远及香港首位载荷专家黎家盈，为港澳学生们进行讲解。今天的天宫课堂做了两个与水有关的实验：拧不干的湿毛巾、水球乒乓比赛。

太空湿毛巾为何拧不干？

在太空失重环境下，为什么湿毛巾怎么拧，都拧不干呢？北京航空航天大学宇航学院副教授张晓天，为我们讲解实验背后的科学原理。

水膜张力实验：看不见的表面张力

张晓天：航天员以前也在空间站做过和水相关的有趣的实验，水膜张力实验是我们创造出一个圆形的水膜来，不断向里注水，发现水膜的厚度越来越厚，但是它依然能够保持形状。

液桥演示实验：表面张力对抗重力

张晓天：液桥实验就是在两块板之间用水建立的一个小桥，随着板的距离拉远，这个小桥也被越拉越长，但是它不会断掉，这两个现象都是源自于水的表面张力。它和在地面的重力环境下的现象是不一样的。水的表面张力就是水分子有一种相互吸引，它在体积不变的情况下，趋向于让表面积最小化的一种趋势，这是一个物理的规律。在这个规律的作用下，会使水呈现出特定的形状。如果是在重力环境下，水的表面张力和重力要相互“拔河”，我们在地面上如果构造一个水膜的话，这个水膜稍微一大稍微一厚，重力拔河就会拔赢了，它会超过表面张力的作用的程度，水膜就无法维持。液桥也是这样，在地面上，我们在两个手指之间滴一滴水，两个手指离开一个小缝隙，这个时候也会有一个液桥，但只要距离稍微一远，这个液桥马上就断掉了，这是因为在重力的作用下，液桥无法再维持它的形状，因为重力的作用超过了表面张力的作用。

拧不干的湿毛巾：微小液桥锁住水分

张晓天：拧毛巾的实验也是源自于表面张力，毛巾上有很多微小的绒毛结构，可以看作是一些非常微小的液桥，在一系列的绒毛之间建立了很多液体的液桥，在微重力的环境下，没有重力的拉扯，它就能更好地保持液体的形状和它的完整性，被固化后就附着在毛巾的周围了。这个时候我们去拧毛巾，其实只是把水从毛巾里面拧到它外面来了，所以我们看到这些液体还是聚集在毛巾的表面，它也不会滴下来。这也是源自于在微重力环境下才会有的独特的现象。

水球乒乓比赛为何在地面无法复刻

在今天的天宫课堂上，航天员们还进行了水球乒乓的比赛，这样的比赛，为什么在地面环境下无法复刻呢？

水球乒乓比赛：展示亲水和疏水特性

张晓天：水乒乓球实验也是一个非常有意思的实验，它和拧毛巾实验相比，反映了水的另外一种特性，不同的物体表面具有亲水性或者是疏水性，这是物体表面分子结构带来的一种特性。有的材料亲水，水更容易吸附上去，有的材料表现出疏水特性，水就不容易粘在表面。生活中有这样一个例子，池塘里的荷叶顶非常容易形成露珠滚下来，那是因为荷叶表面的微观结构是一种典型的疏水结构。

疏水毛巾球拍遇上太空水球

张晓天：这次的乒乓球实验是在球拍上裹了一层毛巾，这个毛巾是一种疏水的运动毛巾，它是采用疏水材料制作的。当液体的小球接触到乒乓球拍表面的毛巾时，因为它是疏水材料，它不会去吸附小球，所以就把小球重新给弹回来了。但是这个现象在地面上是很难发生的，这就回到了上面提到的液体的表面张力和重力之间“拔河”的关系。水在没有重力的情况下，它会表现成一个球形，在地面上的时候是无法维持这种状态的，在重力的拉扯下，这个水球会破裂甚至被拉长，没有办法维持球形的形状。

水球乒乓比赛：表面张力在“拔河”中胜出

张晓天：在空间站，第一没有重力的拉扯，第二航天员用毛巾碰撞水球的时候是轻轻地碰撞，人为控制了这个碰撞力作用的程度，不要超过表面张力的程度，让表面张力在这场拔河中扮演了一个主角的角色，所以这个水球始终表现成一个球形，形成了像乒乓球一样被打回去的一种现象。