為了響應國家號召，針對太空科學探索的科普傳播難、見效慢、供需不匹配問題，本書圍繞科普天宮空間站及宇宙中的理論物理知識這一核心目標，以“天宮課堂”授課內容為基礎，對其蘊含的科學原理進行權威、科學和通俗的解讀，通過一問一答的方式進行科學原理的拓展延伸。同時，書中借助“知識鏈接”的形式與義務教育，甚至普通高中相關學科課程標準中的基礎知識產生聯繫，使青少年在提升學習能力的同時提升科學素養。

本書著重介紹了中國空間站建造和在軌運營中開展的太空科普教育活動，其中包括一繫列生動有趣的實驗，以及航天員在太空中的生活、工作場景。此外，本書還將涉及我國未來太空探索內容，借助火星探測和以《流浪地球》為代表的太空科幻電影兩大視角，探索青少年太空科普教育，同時通過對中國航天科技發展和科學事業的介紹，樹立青少年正確的價值觀，激發其民族自豪感和愛國情懷，在青少年心中播下“科學與文明”的種子。

※ 科普立意新。“天宮課堂”中的實驗效果震撼，能激發青少年探索求知的欲望。本書在回顧實驗的同時，通過“知識鏈接”與相關學科課程標準中的基礎知識建立聯繫，為青少年讀者的科學興趣注入知識滋養。

※ 呈現形式新。“天宮課堂”不隻是自上而下的單向講解和演示實驗，同時包括了有問有答的雙向互動。本書從“天宮課堂” 中涉及的實驗出發，對其中的物理、化學、生物等多學科的科學原理進行闡釋。

※ 內容編寫新。為豐富本書內容，書中還把時下熱門的火星探測與我國優秀的科幻電影《流浪地球2》中的一些內容引入書中，詳細解讀其中的一些科學知識。

引言 1

序章 神話成真：飛出地球 3

0.1 西遊漫話：翻不出的手掌心 3

【知識鏈接——路程、位移、速度】 5

【課外延伸——《西遊記》】 6

0.2 牛頓大炮：初步理想實驗 7

【知識鏈接——拋體運動、平拋運動】 8

【課外延伸——牛頓】 8

0.3 “逃離”地球：飛到太空究竟要多快 9

【知識鏈接——人造地球衛星】 12

【課外延伸——中國航天之父】 13

第1章 遙看“天宮”邀明月：走進天宮 15

1.1 前赴宇宙：天宮繫列飛行器 16

【知識鏈接——動量守恆】 19

1.2 天上宮闕：中國空間站 20

【知識鏈接——反衝】 25

1.3 天外來師：天宮課堂授課老師 26

【知識鏈接——重力的影響】 29

【課外延伸——《太空一日》】 30

第2章 首次太空授課 33

2.1 偉大嘗試：世界上首次太空授課 33

【知識鏈接——傳感器】 37

【課外延伸——美蘇太空競賽】 38

2.2 中國身影：中國首次太空授課 39

【知識鏈接——向心力】 42

2.3 永不疲憊：陀螺旋轉實驗 43

【知識鏈接——擴散】 45

第3章 “天宮課堂”第一課 47

3.1 神秘空間：航天員在軌工作生活場景展示 47

【知識鏈接——血液】 49

3.2 熒光舞者：太空細胞研究實驗展示 50

【知識鏈接——細胞】 51

3.3 花樣滑冰：太空轉身實驗 52

【知識鏈接——重力】 54

3.4 沉睡魔法：浮力消失實驗 54

【知識鏈接——浮力的應用】 56

3.5 水裡開花：水膜張力實驗 56

【知識鏈接——水的組成】 57

3.6 水膜放大鏡：水球光學實驗 58

【知識鏈接——凸透鏡與凹透鏡】 60

3.7 太空中的“歡樂球”：泡騰片實驗 60

【知識鏈接——溶液的形成】 61

第4章 “天宮課堂”第二課 63

4.1 點水成冰：太空“冰雪”實驗 63

【知識鏈接——過飽和溶液】 66

4.2 遇水架橋：液橋演示實驗 66

【知識鏈接——表面張力】 69

4.3 人造“重力”：水油分離實驗 69

【知識鏈接——物體的浮沉條件】 71

4.4 墩墩飛天：太空拋物實驗 72

【知識鏈接——參照物與運動】 74

4.5 儀器顯神威：空間科學設施展露真容 74

【知識鏈接——晝夜交替與時差】 77

第5章 “天宮課堂”第三課 79

5.1 天宮內況：問天實驗艙介紹 79

【知識鏈接——失重與超重】 82

5.2 水柱賽跑：毛細效應實驗 82

【知識鏈接——浸潤】 85

5.3 “懶惰”的水球：減弱共振實驗 85

【知識鏈接——振幅與頻率】 88

5.4 “像鼻”飲水：液體壓強實驗 88

【知識鏈接——阿基米德原理】 90

5.5 “調皮”的扳手：扳手旋轉實驗 90

【知識鏈接——角速度】 92

5.6 太空萌芽：植物生長研究項目 93

【知識鏈接——植物的蒸騰作用】 96

第6章 “天宮課堂”第四課 97

6.1 實驗大本營：夢天實驗艙介紹 98

【知識鏈接——溫標與熱力學溫度】 99

6.2 浮力對流的奧秘：球形火焰實驗 100

【知識鏈接——城市熱島環流】 102

6.3 太空之中秀球技：奇妙“乒乓球”實驗 103

【知識鏈接——小球轉動大球的“乒乓外交”】 105

6.4 狹路相逢誰者勝：動量守恆實驗 106

【知識鏈接——動量定理的應用】 109

6.5 四兩撥千斤：又見陀螺實驗 110

【知識鏈接——牛頓第三定律】 112

第7章 跨越星球：祝融探火 113

7.1 攬星問天：天問一號火星探測器 113

【知識鏈接——力的作用是相互的】 116

【課外延伸——火星】 116

7.2 “火神”在火星：祝融號火星車 117

【知識鏈接——地球的磁場與指南針】 120

7.3 “火眼金睛”看火星：LIBS探測技術 121

【知識鏈接——原子】 126

7.4 黑色七分鐘：天問一號的獨立著陸 127

【知識鏈接——電磁波】 130

7.5 飛向烏托邦：我們為什麼要探測火星 131

【知識鏈接——地月繫、太陽繫與銀河繫】 133

第8章 科幻展望：流浪地球 135

8.1 蒼穹之外的“天階”：太空電梯 136

【知識鏈接——從日心說到地心說】 137

8.2 精密的超算“使者”：量子計算機 138

【知識鏈接——計算機的二進制】 139

8.3 推動地球的“天燈”：行星發動機 140

【知識鏈接—&mda素周期表的發現】 141

8.4 萬裡外的“指揮家”：“領航員號”國際空間站 142

【知識鏈接——離心運動】 143

8.5 超級智慧的“大腦”：人工智能機器人ＭOSS 144

【知識鏈接——人工智能的應用價值】 145

• 引人入勝的故事、生動有趣的實驗、浩瀚宇宙的神秘，能在孩童心中播撒下探索科學的種子。我期盼著，這些幼小的心靈終將在科學的滋養下綻放出絢爛的花朵。

                     ——王君健（深圳市福田區實驗教育集團校長、首屆全國中小學校園文化建設百佳優秀校長、第二屆全國中小學十大明星校長）

• 古人的神話和夢想，如何通過科學變成現實？本書讓孩子們了解“飛天”的科學奧秘。

                                         ——宋衛（深圳少年兒童圖書館館長、中國圖書館學會未成年人圖書館分會主任）

• 這本科普讀物以通俗易懂的方式解讀了“天宮課堂”的實驗內容，既點燃了讀者的好奇心和求知欲，又展示了我國在太空科學探測領域取得的成就。

                         ——吳成印（北京大學物理學院現代光學研究所副所長、博雅特聘教授，國家傑出青年科學基金獲得者）

• 該書立足我國航天成就，響應時代需求，普及科學知識，厚植家國情懷，著力啟發學生的科技創新意識。

                             ——田宗軍（南京航空航天大學教授、博士生導師，南京青少年科技教育協會理事長）

• 從“天宮”到“火星”， 本書以精彩的故事和實例生動講解物理學概念，為讀者插上科學的翅膀，啟迪他們去探索神秘而美妙的“未來”。

                         ——王振天（清華大學工程物理繫副教授、博士生導師，獲2022年歐洲發明家獎提名）