两条关于磁场的科学信息,都与中国有关。
2022年8月12日,中科院强磁场中心用实验装置制造出一个全球最强的稳态磁场,其磁场强度达到45.22特斯拉(45.22万高斯),一举打破美国保持了23年的世界纪录。
实际上在这条消息之前的两个月,中国一颗名为“慧眼”的卫星探测到银河系里一个超强磁星,其磁场强度达到16亿特斯拉!相比之下,人类的磁强纪录只是其3500万分之一,简直弱爆了。
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“慧眼”发现最强磁星
说起磁铁,大家都很熟悉。中国古代用磁性的铁勺子来指引方向,而早在200年前,迈克尔·法拉第(Michael Faraday)利用电磁感应原理第一次演示了旋转电动机。时至今日,磁铁已经深入到我们生活的方方面面,几乎每一台电动汽车都离不开钕磁铁,你家里也许就有几块超强吸力的钕磁铁吧?
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钕磁铁很危险,要小心
N42级钕铁硼磁铁的磁场强度大约为1.3特斯拉(通常用字母“T”表示),你玩它的时候要格外小心,不少人被它夹伤过手指,当两块体积稍大的钕磁铁相互吸引时甚至能造成粉碎性骨折。
若排除机械损伤,总体而言磁场对人来讲是安全的,即便是磁场强度达到3T的磁共振成像仪(MRI),我们在做检查时也不会感觉有什么不适(当然啦,有些人会因为机器狭小的空间和嗡嗡声而紧张)。
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一辆轮椅被MRI磁场吸住
没有感觉不代表身体不发生变化,磁共振成像仪原本的名字是“核磁共振成像仪(NMRI)”,之所以把“核”字去掉,是因为避免有人产生“有放射性”的误会。实际上磁共振成像的原理就是某些原子核(比如氢原子)会在强磁场的作用下产生自旋极化,扫描仪的线圈通过接收这些原子极化产生的电磁波变化来形成图像,只要离开磁场,一切恢复正常。
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钕磁铁很强悍
无论是做几分钟磁共振检查,或者拿两块硕大的钕磁铁玩一个下午,磁场都不会对我们造成伤害。原因只有一个:磁场不够强。
地球因为有磁场才抵挡了强烈的宇宙射线,护佑万千生物不受太阳风伤害,但地球的磁场强度仅在25~65μT(微特斯拉)之间;太阳是我们的恒星,它的两极磁场也只是地球的4倍,太阳黑子的局部磁场可以达到0.3T。总体而言其磁场强度都远低于我们玩的钕磁铁。
但宇宙中的磁星却是一个危险的存在。
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磁星磁场激发强大的X射线和伽马射线
磁星是一种中子星,或者说它是中子星演化过程的一个阶段。与其它中子星一样,磁星的直径仅20公里左右,密度却极大,大约每1汤匙磁星物质质量就超过1亿吨,不同的是它拥有10~100亿特斯拉的超强磁场。
如果把“慧眼”新发现的磁星放在距离地面20万公里(地球与月球中间)的位置,它强大的磁场能使地球上所有的银行卡消磁。要是它处在距离地面1000公里的近地卫星轨道(忽略引力),磁场可能令所有东西——包括地球本身“熔化”。
我们知道所有物质都由原子构成,带负电的电子绕着带正电的原子核运动。当原子处在磁星这样的极强磁场中,电子轨道会因电磁感应发生扭曲,原子被拉成细长的针状,一切都会被破坏掉。