2021年12月9日，“天宮課堂”第一課在中國空間站正式開講后，王亞平老師給同學(xué)們留了一些“課后作業(yè)”，大家完成得怎么樣？

對于三名航天員在太空中展示的神奇現(xiàn)象，很多同學(xué)都很想進(jìn)一步弄清實(shí)驗(yàn)背后的原理?，F(xiàn)在，專業(yè)老師的答疑解惑來啦！

在太空細(xì)胞學(xué)研究實(shí)驗(yàn)展示中，航天員向地面介紹了他們在空間站開展的失重條件下細(xì)胞生長發(fā)育的有關(guān)研究。將細(xì)胞在適當(dāng)溫度和氣體濃度下進(jìn)行培養(yǎng)，并觀察它們的生長和形態(tài)有怎樣的變化過程，還要進(jìn)一步研究它們的變化規(guī)律和機(jī)制。

在細(xì)胞學(xué)研究中，航天員選用了不同類型的細(xì)胞開展研究，如皮膚干細(xì)胞、心肌細(xì)胞等。在葉光富向我們展示的心肌細(xì)胞樣品中，心肌細(xì)胞發(fā)出的熒光其實(shí)是心肌細(xì)胞自動(dòng)節(jié)律收縮時(shí)產(chǎn)生的生物電，地面的心肌細(xì)胞也可以觀察到類似的生物電現(xiàn)象。大家猜猜看，心肌細(xì)胞在重力改變的情況下，會(huì)不會(huì)發(fā)生某些微小變化？

通過這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以得出，人體的細(xì)胞在太空中也可以實(shí)現(xiàn)原有的功能，既然心肌細(xì)胞在太空中可以節(jié)律性收縮，那么科學(xué)家就可以以此為基礎(chǔ)進(jìn)行更多生理學(xué)上的實(shí)驗(yàn)，這也體現(xiàn)了航天員在太空進(jìn)行生物實(shí)驗(yàn)至關(guān)重要的意義。

這些地面與太空中各種現(xiàn)象的異同激勵(lì)著我們不斷對太空進(jìn)行探索。地球是我們?nèi)祟愒谟钪嬷械膿u籃，但是人類不可能永遠(yuǎn)生活在搖籃里。那么，就從生命活動(dòng)的基本單位“細(xì)胞”開始，不斷發(fā)現(xiàn)和揭示太空中隱藏的神奇奧秘吧！

在太空轉(zhuǎn)身環(huán)節(jié)中，航天員在不借助外力的情況下，采用“游泳”姿勢或使用吹氣的方法都無法實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)身自由，而當(dāng)他舉起手臂畫圈時(shí)，便可緩慢朝某一方向轉(zhuǎn)身，這一神奇的現(xiàn)象讓地面的學(xué)生們感到非常驚訝。

在授課過程中，亞平老師提到了一個(gè)重要的物理概念，叫做“角動(dòng)量”。當(dāng)物體發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)所受到的合外力矩為零，物體的角動(dòng)量會(huì)保持不變，即“角動(dòng)量守恒”。當(dāng)航天員身處微重力的太空環(huán)境下，既不接觸空間站，也不伸出手臂幫助自己轉(zhuǎn)身，恰好營造了一個(gè)角動(dòng)量守恒的理想狀態(tài)，當(dāng)航天員上半身向左轉(zhuǎn)時(shí)，下半身就會(huì)“不由自主”地向反方向扭去?？梢钥闯觯跊]有外力干擾的情況下，航天員沒有辦法輕易轉(zhuǎn)身。

然而，當(dāng)航天員舉起手臂做畫圈動(dòng)作時(shí)，手臂會(huì)對身體其他部分產(chǎn)生力矩，從而改變了身體軀干的轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)，使人的身體發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)。有了這只手臂的幫助，航天員才能實(shí)現(xiàn)我們在地面簡單的轉(zhuǎn)身動(dòng)作。在地面上時(shí)，人的腳與地面間的摩擦力會(huì)提供力矩，讓人輕松轉(zhuǎn)身。從這個(gè)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象中，我們可以輕而易舉地看出，任何物體發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，都需要借助外力矩。