一、生命的“保护伞”：从指南针的奥秘谈起
磁学和生物学表面上看来是毫不相干的两门学科，可是在三十多年前，美国芝加哥的科学会堂里，举行了一次别开生面的“婚礼”。来自世界各国的数十位着名科学家兴致勃勃地为磁学和生物学“攀亲结缘”。从而产生了一门崭新的介于这两门学科之间的边缘学科——磁生物学（或生物磁学）。
其实，磁学和生物学早在古代就已经发生了联系，不过其发展和应用范围并没有像今天这样自觉、迅速和广泛罢了。近年来，磁生物学发展非常迅速，研究内容丰富多彩，趣味横生。虽然磁生物学是尚在襁褓中的科学，可是人们已经探索到了磁对于健康和生命产生的重大影响。
指南针的指针为什么会指向南北，并出现倾斜呢？长期以来人们对此是不清楚的。最早欧洲人以为指针指北是北极星吸引的结果。公元11世纪我国宋代学者沈括在其名着《梦溪笔谈》中首先记述了磁偏角的事实。15世纪末，哥伦布横渡大西洋到了美洲后才发现磁偏角的现象，比沈括晚了四百多年。尽管如此，认为地球是一块庞大的天然磁石的说法，直到16世纪才由英国女王伊丽莎白一世的医生吉尔伯特首先提出，并且认为地球的磁极分别位于地球地理南北极的附近。现在已经知道地磁轴和地理轴是不重合的，平均成11.5度交角。正因为地球是一个磁体，所以它对指南针的指针有磁力作用，使它指向南北。人们把地球磁场简称为地磁场。
近年来，由于空间技术的迅速发展，人们利用人造卫星和宇宙探测器已进一步发现，地磁场并不像过去人们所想象的那样伸向无限远的空间，这是因为地磁场受到太阳表面吹来的太阳风的影响，把地磁场限制在一个称之为磁层的区域内。
广袤的行星际空间，其中充满了稀薄的高温等离子体，刮着速度大于300公里/秒的太阳风，其中还有高能宇宙线粒子群。此外，行星际空间还是个既有磁场又有电磁波的丰富多彩的空间。来自太阳的巨大能量通过行星际空间源源不断地传送到了地球。
由于地球磁场受到太阳风的压缩作用，形成了一个以极其稀薄的电离气体为主要成分的区域，地磁场被屏蔽于此区域之内，太阳风则被排斥于它之外，此区域名为“磁层”。在向日面，它像一个压扁的半球；在背日侧，则像一个被拉伸了的圆柱体。在磁层中，以质子和电子以及少量的氦和中性氢粒子等成分构成，其中大部分区域几乎不发生粒子间的相互碰撞现象。在那里，地球磁场的压力比气体压强大得多，等离子体粒子的运动几乎完全受地磁场的支配，这也是称其为磁层的原因。磁层的边缘称为“磁层顶”，向着太阳的一面，磁层顶与地心的距离约为10个地球的半径，即7万～8万公里；背着太阳的一面，地磁场却拖者一条长长的尾巴，称为“磁尾”，它可以延伸到600多万公里。
太阳风是稀薄的等离子体。其速度非常大，每秒为300～400公里。而地面的大风速度只不过每秒十几米到几十米，太阳风的速度竟达到地面大风速度的100倍以上。假如没有地磁场的影响，这样强大的太阳风将不会受到地磁场的偏转作用而向地球方向长驱直入，这样很可能扫掉大气，特别是其中比较轻的成分，地球周围的大气成分就可能和现在不一样。同样，如果没有地磁场的“阻挡”作用，太阳风还可能把大气中的水蒸气不断耗尽，使海洋日益蒸发而逐渐缩小，最终有一天会出现海洋消失。众所周知，二氧化碳很容易溶于海水。海水中二氧化碳的含量为大气中的60倍以上，所以海洋能有效地控制大气中二氧化碳的含量。如果没有海洋，大气中的二氧化碳就会不断增加，气温也将不断上升，使人无法忍受。有人计算过，如果大气中二氧化碳含量为现在的两倍的话，地面平均温度就会增加2.3℃，平均气温上升2.0℃，地球上的冰河和积雪就会融化，海平面就将显着上升，如果这样，也许像日本等陆岛大部分将被海洋所淹没。
正因为有了地磁场，正因为有了大气和海洋，生命才能由此诞生并延续下去。所以可以说，如果没有地磁场这个巨大的“保护伞”，也许就不会有今天的人类和各种生命了。正是有了地磁场，太阳风中只有少量的高能粒子闯入磁层作为“不速之客”，其大部分就全被地磁场所捕获而囚禁在高空，不会给生物造成危险。否则，地球上纵然有了生命，也会遭到太阳和宇宙抛出的高能粒子的轰击，造成“灭九族”的横祸。
二、维持生命现象的又一要素：地磁场
阳光、空气和水是生命的三大要素。但是，还有一个几乎与此同样重要的，并且对我们经常起作用的，然而我们又无法直接感知的重要因素，这就是围绕着我们的地磁场。
地磁场究竟是怎样和生命发生联系的呢？为了回答这个复杂的问题，首先让我们来回忆一下生物的发展。在50亿年前诞生了太阳系，45亿年前又产生了地球、火星、金星等行星。科学家们认为，在地球上至少38亿年前便出现了原始生命。约于23亿年前地球上开始形成自由氧，而大约在17亿年前氧便已经很丰富，就足以维持赖以呼吸和代谢的有机体了。大约在10亿年前可能首次出现了生物，7亿年前生物体由单细胞进化到软体多细胞动物，6亿年前生物进化速度大为加快，出现了坚硬骨骼的动物，最终地球在自己的身躯上造就了万物和人类。
地磁场是地球的特征。早在生命出现之前就存在着地磁场，它包围着地球，除了像上面所说的造成了生命发生和发展的特定的生态环境，起到生命的“保护伞”的作用之外，还有问题的另一个方面。这就是生命现象在漫长的进化过程中，必须适应这个磁场。20世纪70年代科学家提出的这种设想，已被最近的科学研究成果所证实：例如，当太阳突然喷射大量磁化带电微粒进入地球大气时，引起了电离层的变化，同时也引起了地磁场强度和方向发生急剧的和不规则的变化。当这种称之为“磁暴”现象出现时，将会影响到生物和人的活动。美国的科学家说，在地磁受到干扰的期间，精神病患者会猛增若干倍。苏联科学家也认为，由眼球内液压增大的青光眼突然严重地发病，往往发生在磁暴期间。又据统计，某城市的居民在每次强烈的磁暴后，死亡率和某些疾病的发病率明显增加，心脏病突发和地磁活动之间有“特殊高峰”密切相关。
据“俄罗斯新闻网”2005年1月16日报道，俄罗斯地球地磁电离层和无线电波传播学院的科学家们当天证实，在15日发生了一系列的太阳耀斑爆炸之后，最近将会有两次规模大、速度快的太阳磁暴“袭击”地球，预计第1次将于莫斯科时间17日晚间发生，第2次于18日发生。专家们还预测，此次磁暴到达地球的速度将达到每秒钟几千公里。两次磁暴均会对地球磁场状况产生诸多不良影响。科学家说，按照常规，每年的1月份是地球周围磁场的平静时期，但是2005年的1月份非常特殊，磁暴活动频繁。现在已经有3次关于磁暴发生的记录。
太阳磁暴发生时，包括电力系统、卫星和无线电通信系统在内的诸多设施将受到严重影响，甚至破坏臭氧层。科学家们形象地把太阳磁暴比喻为太阳打“喷嚏”。太阳的活动对地球至关重要，因而太阳一打“喷嚏”，地球往往会发“高烧”。据俄罗斯水文气象与环境监测局应用地球物理学研究所副主任帕维尔-斯维茨基表示，磁暴给无线电导航仪器和通信线路带来的破坏要远远大于它对人体组织的影响。太阳如此剧烈的活动会影响到各种仪器和一些延展性的传输线路。2003年日本通信卫星“KODAMA”号成为太阳爆发历史上的第一个轨道“牺牲品”。该卫星起初传输失真信号，后来索性失去了信号，彻底失去了工作能力。
由于，太阳发生磁暴，也对信鸽的磁场起了破坏和干扰，直接影响它的导航系统，还将影响空间站。太阳磁暴仿佛导致地球内层大气变得稀薄，而空间站所在外层大气将变得密实，受这种变化影响，空间站轨道下降速度比平时快了很多。受2003年太阳强磁暴影响，国际空间站轨道下降速度加快。“进步M-50”货运飞船不得不提升轨道高度。平日空间站受地球重力影响，轨道高度一般每天下降150～200米。而太阳强磁暴发生后，每天平均下降300米。为保证国际空间站正常运转，俄地面飞行控制中心决定，让对接在空间站上的俄“进步M-50”货运飞船于2003年11月17日点火，将空间站轨道高度提高4000米。
根据物理定律，磁暴将对延展性电流导体和通信线路产生很大影响，因为磁暴强度取决于导体的长度和体积。但是对人来说就不可同日而语，磁暴对人体的影响不会取决于人个头的高矮和腰围的大小。在正常的地磁环境下，大气层是人体最好的防护墙，大气层对人体的保护作用等同于数米厚的混凝土墙壁。当太阳磁暴来临时，医学专家建议患有心血管疾病的人，应该更加注意恪守医嘱。人体器官对弱磁场的反应可使血液成分发生变化，当出现弱磁场时，人的血液会变得更稠而流动缓慢。
当然，这时候机体供氧和其他营养物质的活动也就减弱。健康人可通过机体自身调节做出自然补偿性反应，而老年人或病人则会出现头痛、萎靡不振及一些过敏性症状。医学专家们表示，那些患有心脏病、心血管疾病和超重的人群应该多加小心。据医学权威人士的统计表明，磁暴发生时，心肌梗塞发病率会提高3倍，中风发病率会提高2倍，心绞痛发病率会提高1.5倍。
长期以来，人们普遍认为，地磁场只有0.3～0.5高斯，这样弱的磁场不足以影响动物的行为。但是现在人们已经知道，许多动物是以地磁场的磁力来导航的。磁场还能影响细胞、组织和器官等发生定向生长，如细菌，单细胞生物，植物的根、芽、花粉管等等。一般来说，在不均匀磁场下，生长总是趋于磁场强度减弱的方向。冬小麦在地磁场作用下或抵消地磁场后，再在其他方向施加人造的等效的地磁场中生长时，其根部总是平行于地磁场或等效地磁场，表现出向磁性。而某些植物，如水芹却表现出背磁性，即向着磁场由强减弱的方向生长。科学家们认为，正是由于天然的电磁场，如地磁场、由大气放电的脉冲磁场、太阳和其他宇宙电磁辐射的影响，使生命在海洋里首先出现，并不断地促进地球上生物从简单到复杂，从低级到高级的进化过程。
太阳的磁场强度平均为20高斯，它比地磁场的值大40倍左右。根据最近资料报导，太阳黑子本影（黑的部分）的磁场强度高达1000高斯，半影（不大黑的部分）的磁场强度要低一些。由于磁场畸变的结果，使得某些带电粒子向外飞射，其速度为每秒400～800公里。数小时后，在地球附近的空间出现大量高速度的带电粒子，即黑子群，直径在0.1万～5万公里，有时竟达20万公里。最后全部进入高纬度上空的大气层，寿命常在几天内，最长可达一年半。
许多报导说明，疾病、自然现象和生物活动等都与太阳黑子活动有着密切的关系。对人而言，像传染病，特别是死亡情况及血球蛋白质的数量莫不与太阳黑子活动有关。不久前，我国天文、地质、气象、地震相互关系学术讨论会上宣读的一些论文指出，根据我国比较充足的古代史资料，在明清宇宙期，特别是17世纪，太阳黑子处于极低值，地球上各种自然灾害和异常现象也频频发生。其中包括强烈地震、大旱、大水、严寒、飓风、海啸和火山爆发等。
地磁场是地球上一切生物包括人类的“终身伴侣”，也是它们巨大的“保护伞”。从20世纪50年代末，苏美进入宇宙研究的开发阶段，对于磁场对人的影响问题就开始进行了广泛的研究。因为随着航天技术的发展，宇航员就不得不在一段时间内离开地球，脱离早已适应的地磁场，他们会安然无恙吗？同时，不管宇航员乐意不乐意，到了一个陌生的星球或者在茫茫的太空中遨游，他们都得处在那里的磁场中，而该磁场大多数是极其微弱的。例如：月球的表面磁场为10-5高斯，金星的磁场小于10-4高斯，恒星的磁场仅为10-6高斯左右，这些磁场与地磁场相比，简直就微不足道了。在这样微弱的磁场中，宇航员能否适应呢？因此，为了宇航员的需要，研究极弱磁场对人的影响具有现实意义。
随着美国阿波罗登月计划的结束，研究磁场对人体健康影响的兴趣有骤然减退之势。但是，有关的讨论还远远没有结束。在不同磁场条件下，报告的结论简直是众说纷纭、各不相同。
三、信鸽与候鸟擅长导向之谜
人们很早就知道，鸽子在很远的地方放飞，它都能准确无误地返回自己的巢穴。因此，人们就喂养鸽子作为传递信息的工具。据史料记载，公元前罗马凯撒大帝征服了高卢（今天的意大利、比利时、法国、德国、瑞士、荷兰等地）时，就开始使用信鸽为军事通信服务。在古希腊奥林匹克竞技会上，有位运动员就用信鸽将其得胜的消息传回家去。在十字军东征时，阿拉伯人也使用过信鸽作为通信工具。
