航天員聶海勝在演示懸空打坐。 新華社發（視頻截圖）
10時04分、05分、06分……中國載人航天史上的第一堂太空授課進入倒計時。10時11分，北京航天飛行控制中心報告，已建立與航天員的雙向通信鏈路。
「我是王亞平，本次授課由我來主講。」隨著這一句來自天宮的問候，中國首位太空老師王亞平輕輕一躍，向天宮一號艙內的攝像機鏡頭緩緩飄來。有史以來內容最神奇、教室最高遠、觀眾最龐大的一課，開始了。神十飛天任務，也隨著神十乘組的太空授課，達到高潮。從十餘天前的期盼，到穿著藍色艙內工作服的3名航天員亮相，世界第二堂、中國第一堂太空授課會講什麼？「地面課堂」北京人大附中的300餘名同學睜大了雙眼，全國8萬餘所中學的6000餘萬名師生同步收聽收看。沒等大家平復興奮的心情，指令長聶海勝先展示起了「絕技」。
「我來個懸空打坐吧！」只見聶海勝輕盈地在半空中盤起了腿，好似有神功。「那我來一個大力神功吧！」王亞平用手指輕輕一推，聶海勝搖晃地飄出很遠，「地面課堂」響起了笑聲和掌聲。
輕鬆拉開大幕之後，王亞平變起了一出出戲法，圓周運動的單擺、不變軸向的陀螺、晶瑩剔透的水膜、紅撲撲的水球，中國第一堂太空授課在趣味與驚奇中完美展現。
實驗 1
打開「箱子」測質量
懸空打坐、大力神功，這兩招專屬武林高手們的「功夫」，經過3名航天員在太空的演繹，引來了同學們的陣陣喝彩。航天員表演之後給同學們提出了疑問：在地面上，人們一般用天平、臺秤等測量物體受到的重力，從而計算物體的質量。那麼，失重環境下該如何測質量呢？
天宮一號上配備有質量測量儀，這個質量測量儀就是設置在天宮一號艙壁的一個支架形狀的裝置，看上去像飛船艙壁上的一個箱子。拉開「箱子」後，聶海勝把自己固定在支架一端，王亞平輕輕拉開支架，一放手，支架便在彈簧的作用下回復原位。裝置上的LED屏上顯示出數字：74.0，這表示聶海勝的實測質量是74千克。
在給同學們解釋了應用原理之後，王亞平還給同學們布置了一道課後思考題：除了運用牛頓第二定律，還有什麼辦法可以在失重環境下測量物體的質量呢？
解讀人：地面課堂主持人之一、北京人大附中物理老師宓奇
【解讀】在地面上，彈簧秤提供的彈力跟重力是平衡的，不同質量的物體掛在彈簧秤上，彈簧的伸長不一樣，即重量是不一樣的。在太空，因為微重力環境，兩個不同質量的物體在彈簧秤上，兩個彈簧指標是平齊的。因為沒有重量的概念，彈簧秤就沒有讀數。
天宮一號裡的「質量測量儀」，運用了牛頓第二定律，即物體加速度的大小跟物體受到的作用力成正比，跟物體的質量成反比，這一定律在太空和地面都是成立的。
據了解，這個原理在航天活動中比較常用。例如，太空飛行器在運行中會耗損，質量會發生變化，就影響軌道控制的精確度。這時，可開啟推力器，並同時測量太空飛行器的加速度，從而準確掌握太空飛行器的質量。
實驗 2
神奇單擺做圓周運動
物理課上常見的實驗裝置單擺受力後是左右搖擺還是圓周運動？這個稍有物理常識的人都很容易回答的問題，放在太空就變得超乎想像了。
在第二個實驗中，T形支架上，細繩拴著一顆明黃色的小鋼球，這就是物理課上常見的單擺。王亞平把小球輕輕拉升到一定位置放手，小球並沒有出現地面上常見的往復擺動，而是停在了半空中,拴小球的細線呈彎曲狀靜止，將其拉高后，結果並沒有發生變化。
接下來，王亞平用手指沿切線方向輕推小球，小球就開始繞著T形支架的軸心做圓周運動，即使中心軸的角度發生改變，小球也仍然做同樣的運動。而同樣的動作在地面對比試驗中，就需要施加足夠的力，給小球一個較大的初速度，才能使它繞軸旋轉。
【解讀】小球單擺是一個經典的運動模型。在地面上，小球單擺具有等時性，比如擺鐘。在太空中，由於小球失重，只剩下一個繩子的拉力，理論上說，單擺上的小球無論放在哪個位置都不會動，小球會飄浮在空中。
但在實驗中看到，小球提高到一個位置時，發生了晃動。即在太空中，如果給了小球一點初速度，小球就能在繩子的牽引下做圓周運動，如果摩擦小，這種圓周運動是勻速的。據了解，太空中的一個小動作，甚至呼吸，天宮一號設備的運轉都可能造成小球運動。
實驗3
陀螺軸向不變向前飛
為了證實高速旋轉的陀螺在太空失重條件下的定軸特性，王亞平取出一個紅黃相間的陀螺，把它靜止懸放在空中。用手輕推陀螺頂部，陀螺翻滾著飛向遠處，軸向也發生了改變，期間，聶海勝也對陀螺進行幹擾。
緊接著，王亞平取出一個一模一樣的陀螺，通過道具讓它旋轉起來並懸浮在半空中，這時候再用手輕輕一推，旋轉的陀螺只是輕晃一下，並不翻滾，而只是保持著固定的軸向，向前飛去。
【解讀】旋轉的陀螺體現出很好的定軸性，定軸性遵守角動量守恆原理，即在沒有外力矩作用的情況下，物體的角動量會保持恆定。據了解，現實生活中有很多體現，比如子彈從槍膛裡出來時高速旋轉，這樣保持穩定性和準確性。不論在太空還是在地球，都遵守角動量守恆原理。
在地面上，陀螺需要支撐物實現轉動，而陀螺與支撐物之間的摩擦產生的幹擾力矩等因素改變了陀螺的角動量，使其旋轉速度逐漸降低，不能很好地保持旋轉方向，最終停下。在太空中，給靜止的陀螺一個初速度，就會向前翻轉。給正在轉動的陀螺一個初速度，軸向幾乎不變。
據了解，利用角動量守恆定律，可以實現衛星的定向控制。而有些轎車上，就安裝了測量車身縱向和橫向擺動的陀螺傳感器，可以實現車身穩定度的控制。
實驗4
「水膜」內嵌入中國結
在水膜實驗中，王亞平拿起一個飲用水袋，打開止水夾，水並沒有傾瀉而出。輕擠水袋，在飲水管埠形成了一顆晶瑩剔透的水珠，略微抖動水袋，水珠便懸浮在半空中。但是甩出的水珠必須用吸水紙迅速收集起來，避免亂飛影響設備安全。
接著，她把一個金屬圈插入裝滿飲用水的袋中，慢慢抽出金屬圈，便形成了一個漂亮的水膜。輕輕晃動金屬圈，水膜也不會破裂，只是偶爾會甩出幾顆小水滴。隨後，王亞平又往水膜表面貼了一片畫有中國結圖案的塑料片，水膜依然完好。
【解讀】在地面上，只有經過處理的肥皂水等才能表現比較強的張力特性。因為地面上的液體表面張力無法抗衡地球引力的作用。液體的表面張力，使液體表面分子有被拉入內部的趨勢，導致表面就像一張繃緊的橡皮膜，是促使液體表面收縮的繃緊的力。
在太空中，表面張力使水膜似橡皮膜圈在金屬環裡，並且比地面上形成的水膜更大、存在時間更長。據了解，液體表面張力在航天活動中有重要應用。科學家們製造了表面張力貯箱，利用表面張力推動液體推進劑流動。
實驗5
普通水變身「魔法水球」
為了進一步證實液體在太空的表面張力，王亞平用金屬圈重新做了一個水膜，然後用飲水袋慢慢向水膜上注水，不一會兒，水膜就變成了一個亮晶晶的大水球，水球中還有一串小氣泡。聶海勝取出一支注射器，抽出水球中的小氣泡。
王亞平用注射器向水球內注入空氣，在水球內產生了兩個標準的球形氣泡，氣泡既沒有被擠出水球，也沒有融合到一起，水球也沒有爆裂。緊接著，她又用注射器把少許紅色液體注入水球，紅色液體慢慢擴散開來，透明的水球就變成了粉紅色。
【解讀】航天員向水膜上不斷注入水時，這些水就能夠均勻分布在水膜周圍，逐漸形成水球。
太空中去除了重力對物體形態的制約，由於分子間的相互作用，液體表面張力很明顯，液體的表面積會縮到最小，就變成了水球。在地面上，由於有密度差，如果注入紅色液體，擴散會有一個總體的趨勢，就像雞尾酒裡的層次分明。但在太空中沒有密度差，擴散就比較均勻。
沒看到太空垃圾
人大附中高二年級學生司紫碩：天上的生活用水可以循環使用嗎？北師大附中高一年級學生毛思銳：能看到太空垃圾嗎？
聶海勝：水都是從地面帶來的，短期飛行採用一次性用水更為經濟。我國未來的空間站將採用先進的資源再生和循環利用技術。
王亞平：飛行中沒有看到太空垃圾，但太空垃圾確實存在。地面科研人員對太空垃圾進行了預警分析，也對天宮一號採取了相應的規避和防護措施。
沒看到UFO
史家小學四年級學生邱甜：您在天上看到的窗外景色與地面有什麼不同？星星會閃爍嗎？能看到UFO嗎？
王亞平：我們沒有看到過UFO。由於我們處在大氣層外，沒有大氣的阻擋和幹擾，看到的星星格外明亮，但是不會閃爍。同樣，由於沒有大氣對光的散射作用，我們看到的太空不是藍色的，而是深邃的黑色。另外，我們每天可以看到16次日出，因為我們每90分鐘繞地球轉一圈。
特寫
甜美笑容「秒殺」億萬網友
彎彎的柳葉眉、清澈的雙眸、甜美的笑容，王亞平昨天的出鏡讓人眼前一亮，網友們感嘆「好漂亮！」航天員張曉光曾說，王亞平是個聰明、可愛的小姑娘，她的太空授課一定會帶給大家驚喜。昨天，王亞平沒讓大家失望，她用生動趣味的語言和嫻熟的操作手法，讓中國的太空第一課笑聲不斷，驚喜連連。
面對指令長聶海勝的「懸空打坐」，王亞平一招「大力神功」，形象地展示了太空失重環境下物體運動的奇妙特性。「在太空中，我們個個都是武林高手。」王亞平的話引發了地面課堂同學們的歡笑和掌聲。「如果詩仙李白在天宮裡生活，大概就寫不出『飛流直下三千尺』的名句了，因為，失重環境下水不可能飛流直下。」「同學們，見證奇蹟的時刻到了。」妙語連珠後，王亞平從飲水包裡擠出一個水珠，水珠懸浮在空中，然後被她一口吃掉，「剛好潤潤嗓子。」
清楚的演示、到位的操作、流暢的表達，讓這位漂亮和具有親和力的太空老師深得學生們的心。
世界首位太空教師芭芭拉·摩根之前曾告訴王亞平，百忙之餘，記得看看窗外美麗的地球。昨天，王亞平在天宮一號給她回信說，飛行期間經常會通過舷窗遙望美麗的家園。「今天，我們順利完成了太空授課活動，與億萬中國學生一起分享了太空的神奇和美妙。我們願與您一道為開啟全世界青少年朋友熱愛科學、探索宇宙的夢想共同努力。」王亞平在信中說。
評價
授課難度高於美國首次太空課
對於此次太空授課，一位授課專家組成員表示，選取「失重」的課題，主要是考慮要跟中學學過的有關知識原理相關聯，另外還要安全可靠、體積小、質量輕。
2007年8月14日，美國人芭芭拉摩根在國際空間站進行了人類首次太空授課，她通過視頻向學生展示了在太空運動、喝水等情景。
該專家表示，和芭芭拉摩根進行的太空授課相比，中國航天員的這堂太空授課不僅科技含量更高，難度也更高，「摩根太空授課的內容是介紹和演示太空生活，而王亞平授課的內容是介紹和演示物理概念，所以後者科技含量較高，難度也較大。」
他表示，這次授課讓全國學生及觀眾感受到了一些奇妙的物理現象，「像一個太空魔術師，對所有公眾都有啟迪作用。」
據太空授課教案組金聲老師介紹，太空授課計劃一年前就在籌備了，本想神舟九號的時候就進行，但神九升空時間較短，而且主要任務是對接任務，所以太空授課計劃最終在神十實現。
據金聲介紹，從去年9月開始，太空授課教案組就開始廣泛徵求各方面意見，確定實驗計劃。呈現出的幾個實驗都是經過反覆推敲、精挑細選的，最終確定了演示失重環境中的力學原理和液體表面張力，「太空授課的科普意義非常重大，在神十這樣重大的國家項目中，特意安排這樣的課程，可見國家對科普教育的重視。」
【揭秘】
什麼為天地通話牽線搭橋？
中繼衛星實現數據中轉，2兆網速保障視頻順暢
為天地對話牽線搭橋的，是被稱為太空數據「中轉站」的中繼衛星。一位多年從事衛星導航的專家稱，中繼衛星就是中國太空數據的「中轉站」。
在中繼衛星從兩顆變為三顆後，神舟飛船即使在地球的另一頭，都能與國內保持聯絡，基本已無盲區。如今天宮一號與地面的音視頻信號傳送「網速」已經能達到2兆左右，比從前要更為順暢。
而這次，據中央電視臺介紹，首先是把「天宮一號」上的圖像傳送到中繼衛星上；第二步是衛星把信號傳到地面上的測控站，這樣地面上可以收到來自「天宮一號」的聲音和圖像；第三步，地面測控站將信號傳送到北京飛控中心，後通過電視臺播送給全國各地的觀眾。
而在地面課堂上同學們提的問題，將通過相反的途徑傳送到天宮一號上。
為何挑選這5個實驗？
內容經典易懂，方案來自專家、學生和老師
「經典、易懂、新穎，有觀賞性和差異性。」在北京人大附中物理老師宓奇看來，這5個實驗有這些共同點。宓奇也作為「地面課堂」的主持人之一，親身經歷了天地對話。
一位參與了實驗計劃設計的老師稱，這5個實驗經過了反覆的方案選擇和討論，航天員也進行了試講。在討論的過程中，專家組了解了學生們的知識儲備，對哪些問題感興趣。大家會考慮，一個具體的實驗，在太空中是否有可操作性，會帶來哪些問題，產生哪些現象，「這些方案來自老師和學生，這裡有學生超過老師的情況，也就是說學生的方案被最終採納。」
用什麼器材做實驗？
彈簧秤、陀螺、單擺，教具總重2.9公斤
彈簧秤、陀螺、單擺、金剛圈，在這些教具的協助下，神奇的現象應接不暇。據太空授課教案組專家介紹，雖然往太空帶物品越輕越好，但這次為了太空授課，帶上天宮一號的「教具」總重量為2.9公斤。
採寫/新京報記者 鄧琦 閆欣雨 杜丁