一、生命的“保護傘”：從指南針的奧秘談起

磁學(xué)和生物學(xué)表面上看來是毫不相干的兩門學(xué)科，可是在三十多年前，美國芝加哥的科學(xué)會堂里，舉行了一次別開生面的“婚禮”。來自世界各國的數(shù)十位著名科學(xué)家興致勃勃地為磁學(xué)和生物學(xué)“攀親結(jié)緣”。從而產(chǎn)生了一門嶄新的介于這兩門學(xué)科之間的邊緣學(xué)科——磁生物學(xué)（或生物磁學(xué)）。

其實，磁學(xué)和生物學(xué)早在古代就已經(jīng)發(fā)生了聯(lián)系，不過其發(fā)展和應(yīng)用范圍并沒有像今天這樣自覺、迅速和廣泛罷了。近年來，磁生物學(xué)發(fā)展非常迅速，研究內(nèi)容豐富多彩，趣味橫生。雖然磁生物學(xué)是尚在襁褓中的科學(xué)，可是人們已經(jīng)探索到了磁對于健康和生命產(chǎn)生的重大影響。

指南針的指針為什么會指向南北，并出現(xiàn)傾斜呢？長期以來人們對此是不清楚的。最早歐洲人以為指針指北是北極星吸引的結(jié)果。公元11世紀(jì)我國宋代學(xué)者沈括在其名著《夢溪筆談》中首先記述了磁偏角的事實。15世紀(jì)末，哥倫布橫渡大西洋到了美洲后才發(fā)現(xiàn)磁偏角的現(xiàn)象，比沈括晚了四百多年。盡管如此，認為地球是一塊龐大的天然磁石的說法，直到16世紀(jì)才由英國女王伊麗莎白一世的醫(yī)生吉爾伯特首先提出，并且認為地球的磁極分別位于地球地理南北極的附近?，F(xiàn)在已經(jīng)知道地磁軸和地理軸是不重合的，平均成11.5°交角（如圖5-1所示）。正因為地球是一個磁體，所以它對指南針的指針有磁力作用，使它指向南北。人們把地球磁場簡稱為地磁場。

圖5-1　地球是個大磁鐵

近年來，由于空間技術(shù)的迅速發(fā)展，人們利用人造衛(wèi)星和宇宙探測器已進一步發(fā)現(xiàn)，地磁場并不像過去人們所想象的那樣伸向無限遠的空間，這是因為地磁場受到太陽表面吹來的太陽風(fēng)的影響，把地磁場限制在一個稱之為磁層的區(qū)域內(nèi)。

廣袤的行星際空間，其中充滿了稀薄的高溫等離子體，刮著速度大于300公里/秒的太陽風(fēng)，其中還有高能宇宙線粒子群。此外，行星際空間還是個既有磁場又有電磁波的豐富多彩的空間。來自太陽的巨大能量通過行星際空間源源不斷地傳送到了地球。

由于地球磁場受到太陽風(fēng)的壓縮作用，形成了一個以極其稀薄的電離氣體為主要成分的區(qū)域，地磁場被屏蔽于此區(qū)域之內(nèi)，太陽風(fēng)則被排斥于它之外，此區(qū)域名為“磁層”。在向日面，它像一個壓扁的半球；在背日側(cè)，則像一個被拉伸了的圓柱體。在磁層中，以質(zhì)子和電子以及少量的氦和中性氫粒子等成分構(gòu)成，其中大部分區(qū)域幾乎不發(fā)生粒子間的相互碰撞現(xiàn)象。在那里，地球磁場的壓力比氣體壓強大得多，等離子體粒子的運動幾乎完全受地磁場的支配，這也是稱其為磁層的原因。磁層的邊緣稱為“磁層頂”，向著太陽的一面，磁層頂與地心的距離約為10個地球的半徑，即7萬～8萬公里；背著太陽的一面，地磁場卻拖者一條長長的尾巴，稱為“磁尾”，它可以延伸到600多萬公里（如圖5-2所示）。

圖5-2　地球磁層（R是地球半徑符號）

太陽風(fēng)是稀薄的等離子體。其速度非常大，每秒為300～400公里。而地面的大風(fēng)速度只不過每秒十幾米到幾十米，太陽風(fēng)的速度竟達到地面大風(fēng)速度的100倍以上。假如沒有地磁場的影響，這樣強大的太陽風(fēng)將不會受到地磁場的偏轉(zhuǎn)作用而向地球方向長驅(qū)直入，這樣很可能掃掉大氣，特別是其中比較輕的成分，地球周圍的大氣成分就可能和現(xiàn)在不一樣。同樣，如果沒有地磁場的“阻擋”作用，太陽風(fēng)還可能把大氣中的水蒸氣不斷耗盡，使海洋日益蒸發(fā)而逐漸縮小，最終有一天會出現(xiàn)海洋消失。眾所周知，二氧化碳很容易溶于海水。海水中二氧化碳的含量為大氣中的60倍以上，所以海洋能有效地控制大氣中二氧化碳的含量。如果沒有海洋，大氣中的二氧化碳就會不斷增加，氣溫也將不斷上升，使人無法忍受。有人計算過，如果大氣中二氧化碳含量為現(xiàn)在的兩倍的話，地面平均溫度就會增加2.3℃，平均氣溫上升2.0℃，地球上的冰河和積雪就會融化，海平面就將顯著上升，如果這樣，也許像日本等陸島大部分將被海洋所淹沒。

正因為有了地磁場，正因為有了大氣和海洋，生命才能由此誕生并延續(xù)下去。所以可以說，如果沒有地磁場這個巨大的“保護傘”，也許就不會有今天的人類和各種生命了。正是有了地磁場，太陽風(fēng)中只有少量的高能粒子闖入磁層作為“不速之客”，其大部分就全被地磁場所捕獲而囚禁在高空，不會給生物造成危險。否則，地球上縱然有了生命，也會遭到太陽和宇宙拋出的高能粒子的轟擊，造成“滅九族”的橫禍。