当第一缕阳光刺破灰蒙蒙的晨霭，大地重新感受到了温暖。我们脚下这颗蔚蓝色星球上的生物，也跟着这份和熙之中焕发出勃勃生机。面对如此周而复始的场景，我们或许早已习以为常，但我们远古的先民，却难以掩饰心中的喜悦。对于整个人类而言，光代表了光明与温暖，掌握光明更是意味着摆脱黑暗与愚昧。神奇的大自然创造了无限的光明，在敬畏神力的同时，我们也在探索着它们之中有隐藏的奥秘。

太阳是如何发光的

作为人类肉眼可见的主要天体，太阳通过其光、热辐射滋养了大地上万物生灵，正是如此，人类很早就产生了对太阳的崇拜。19世纪欧洲自然神话学派代表人物麦克斯·缪勒认为，人类所塑造的最早的神便是太阳神。北欧神话里的苏尔，日本神道教里的“天照大神”，中国神话体系里的“羲和”这些都是人类创造的女性神；而希腊神话里的赫利俄斯、阿波罗，印度教里的苏利耶，则把太阳塑造为男性神。但随着自然科学的发展，人类逐渐走出  了“万物有灵”的愚昧，太阳也逐渐剥离了“神格”。

我们的太阳大约诞生于45亿年前，它是星云内部因为引力吸积而坍缩形成的一颗恒星。太阳质量的70%为氢，其余大部分为氦，还有少部分重元素。从本质上讲，像太阳这样的恒星就是一个正在运作的“核反应堆”。但和人类的核反应堆相比，太阳的材料和原理则不太相同。太阳的主要物质为气体，而太阳上的气体不同于我们所认知的形态。在太阳上，温度异常的高，核心达到了惊人的1500万摄氏度，外表也有6000摄氏度，在这种极端条件下，物质无法以原子或分子的形态存在，原子核外的电子将不再绕核旋转，而是和原子核搅在一起，于是便形成了介于固体、液体、气体的第四种形态——等离子态，也被形象地称为“离子汤”。

就在这时，奇妙的现象发生了！处于核心部位的在高温和高压之下，四个氢核合体，聚变为一个氦核，并同时释放出巨大的能量。根据科学家计算，每秒钟有质量为6亿吨的氢元素经过热核聚变反应为5.96亿吨的氦，并释放出相当于400万吨氢的能量，正是这巨大的能源带给了我们光和热，但这损失的质量与太阳的总质量相比，却是不值一提的。在产生光和热之外，太阳无时无刻都在向宇宙中抛撒着大量物质，这便是“太阳风”。

所谓的“太阳风”，是天文学界对太阳射出的超高速等离子体流的形象说法，其形成原理是在太阳高温的日冕之下，氢、氦等原子被电离为带正电的质子、氦原子核和带负电的自由电子。这些离子流运动速度极快，每小时可达一百多万公里，它们摆脱太阳的引力奔向茫茫的宇宙深处。当与地球的磁场相遇时，便形成了绚丽的极光。

绚丽的极光

极光，西方人称其为“欧若拉”（Aurora），是罗马神话中的“曙光女神”。它是产生于两极的高纬度地带一种大规模放电发光现象，也是大自然最神秘的奇观之一。当太阳风奔袭1.5亿公里后到达地球，会与地球的大气层相撞，并将大气中的氧、氮原子电离，并以可见光的形式释放出能量，氧原子释放出绿色，氮原子释放出红色，美丽的极光就这样产生了。让我们用北极光展品来体验一下，按下按钮，真空机运作，玻璃罩内的空气变得稀薄，就像高空稀薄的大气一样。同时高压电极通电，会迅速电离空气分子或原子，从而产生绚丽的光辉。但问题是为什么只有两极的高纬度地带才会有极光呢？这就要提到地球的磁场。

天然的屏障

地球其实就是一块大磁铁，同样具有南北两极。但不同的是，地球的磁极和地理上的地极是相反的。意思就是说，地磁南极在地理的北极附近，而地磁北极在地理的南极附近，所以指南针的北极指向北方因为异性相吸。地球磁场产生的磁力是有方向的，总是从地磁的北极指向地磁的南极，形成一条磁感线。通过磁力线这个展品，我们可以看到，但按下按钮，中心的永磁体会转动，而周围的小磁针也会随着一起动，并总是按照一定的顺序排列，即小磁针的北极会指向永磁体的南极，在永磁体内部磁力线从南极指向北极，这样内外会形成一条闭环的曲线。磁力线其实又叫磁感线，这个概念最早由著名科学家迈克尔·法拉第引入。磁感线是为了形象地研究磁场而人为假想的曲线，并不是客观存在于磁场中的真实曲线。

 正是因为磁感线的存在，“太阳风”无法穿透磁层，只能顺着磁感线的方向流向两极地带，在两极磁感线的缝隙中钻入大气层形成极光。我们要知道，太阳的高能离子流具有很强的电离作用，它可以很轻松剥夺物质的电子。对于生物体来说，电离会损坏DNA,造成组织变异或坏死。“太阳风”所引发的“磁暴”还会对地球上通讯设备和人造卫星造成致命的损害，地球的磁场就是我们天然的保护屏障。而我们的邻居火星，则没有这么幸运。

火星上发生了什么

据多轮火星探测数据显示，40亿年前的火星可能和地球一样适合人类居住。但后来发生了什么？为什么火星变成了一颗死星？罪魁祸首就是“太阳风”。当太阳发出的等离子体带电粒子流吹向火星大气，太阳风中的带电粒子可能与大气中的分子发生碰撞。碰撞的结果是，气体分子丢失电子，成为带正电荷的离子。这时，太阳风带来的电场使离子加速，逃离火星大气。该过程称作离子逃逸。相比较火星，地球因为有磁场的保护使太阳风带来的高能粒子流发生偏转，保护了地球大气。但即便如此，地球上空的大气每年会因为“太阳风”的电离作用损失10万吨之多，当然，你不必要为此担心，地球上的生物和地层之下会重新产生大量气体作为补充。但火星上的磁场又是如何消失的了？

地球磁场之谜

中国北宋的著名科学家沈括，在他的著作《梦溪笔谈》中记载磁偏角现象，这应该最早关于磁场的记载。在随后的几百年中，磁现象被作为一个独立学科进行研究，直到19世纪的1820年，丹麦物理学家奥斯特发现在通电的导体周围存在着磁场，从而知道了电和磁相互依存的关系。安培认为由导体中电流所产生的磁场的极性和电流的流动方向有关，即电流的方向始终垂直于磁场的方向，它服从右手法则。随后，在法拉第和麦克斯韦等科学巨匠的努力下，经典电磁理论被创立，电和磁成了一对不可分割的“好伙伴”。

当你体验铁钉搭桥这个展品时，你会发现它两端有两个铁芯，外围缠绕着铜线。在不通电的情况下，没有任何磁现象。当按下按钮，倒计时开始，通电的线圈会产生磁场，迅速将铁芯磁化，这样就可用铁钉进行搭桥。30秒后电源自动关闭，磁现象消失，铁钉散落。难道地球的磁场也是电流产生的吗？  

地球存在磁场的原因还不为人所知，普遍认为是由地核内液态铁的流动引起的。最具代表性的假说是“发电机理论  ”。在地球表面下约2800公里处，地核的液态外核在不断流动，为无形的地磁场提供了动力。翻滚的导电岩浆产生了电荷，而这些电荷决定了磁极的位置，并形成了无形的磁力线，这种磁场被称为地球发电机。虽然早期火星也拥有像地球这样的全球性磁场，但是火星体积只有地球的15%，比地球小得多，因此火星地核冷却的比地球快，地质活动趋缓，磁场消失。不过，地磁场平均每几十万年就会发生一次地磁逆转，即磁北极和磁南极突然互换位置。上一次发生这种情况大约是在78万年前，称为布容尼斯-松山逆转。据此我们不难理解，为什么沈括会发现地磁偏角现象。

从太阳到极光再到磁场，无一不是大自然的造物之主创造的奇迹。人类崇拜自然，同时也对自然充满了好奇与向往，因为大自然赋予了我们生命，为我们创造诸多奇观，也给我留下了太多的谜题。随着科学的发展，将会有更多的自然规律被人类揭秘和掌握，但敬畏自然是人类最该有的态度，因为这是我们共同的家园！