磁场是什么？

磁体可以产生磁力，形成一个看不见、摸不着的磁场。磁场由许多微小的粒子构成。我们怎样才能“看见”磁场呢？

如何观察磁场？

在一张白纸上放一块磁铁，在纸上撒一些碎铁屑。轻弹一下白纸，让碎铁屑均匀铺开。

看看发生了什么？

不一会儿，你会发现这些碎鐵屑在磁铁周围形成了许多条明显的黑线。并且，越靠近磁极的地方碎铁屑越多，黑线越密集。

由此，我们可以得到怎样的结论？

碎铁屑在磁铁周围形成的黑线被称为磁感线，磁感线的疏密程度反映了磁场的强弱。磁体两端、黑线密集的地方就是磁铁的两个磁极一一南极和北极。

结论：磁体两极的磁场较强，磁体的其他部分磁场较弱。

地球其实就是一个巨大的磁体，它的周围充满了强大的磁场。地球磁场主要来源于地核内部的液态铁。它的地磁南极大致位于地球北极附近，它的地磁北极大致位于地球南极附近。地球赤道处的磁场最弱，两极的磁场最强。

你可以想象一下，地球内部有一块巨大的磁铁。这块磁铁的南极靠近地理北极，磁铁的北极靠近地理南极。地球的无数条磁感线从地理南极出发，将地球包裹起来，每一条都指向地理北极。

你知道吗？

地球的磁极并不是固定不动的，它们会随着时间渐渐变化。许多年以后，地球的南北磁极将会发生一次颠覆性的翻转。

可以感知地球磁场的动物

科学家发现，许多动物都能感应到地球磁场的存在。然而，它们究竟是如何利用地球磁场进行长时间迁徙的？直到今天，这依旧是个未解之谜。

多刺龙虾

生活在大西洋赤道附近的多刺龙虾与其他龙虾有点儿不一样。一般龙虾的触须都很短，螯比较大，而多刺龙虾的虾须又长又粗，螯却很小。当它们生活的水域水温下降时，多刺龙虾会一个接一个，排成螺旋形的队伍，井然有序地往水温适宜的区域爬行。在这个过程中，即使蒙上它们的眼睛，也不会影响它们对于方向的判断。

彩虹鳟鱼

彩虹鳟鱼的身材优美匀称，肚子是白色的，背脊上有黑色的小斑点，黄绿色身体的一侧镶着一道清晰的彩虹条纹。彩虹鳟鱼有一种奇特的能力：无论它们长大以后游到什么地方，总会返回到出生地的河流或小溪产卵。它们的体细胞中似乎含有某种磁体，这种磁体像指南针一样，帮助彩虹鳟鱼找到回家的路。

海龟

海龟是世界上最古老的动物之一，早在2亿多年前就出现在地球上了。现在，它们主要分布在南太平洋和印度洋海域。海龟天生具有很好的方向感，可以进行长时间迁徙，并且对所在水域的地磁强弱变化非常敏感。

在空中

候鸟

世界上大约有一半鸟类都是候鸟。它们会因为食物短缺、气候变化、掠食者袭击和疾病流行等原因进行迁徙。不同种类的候鸟迁徙方式也不一样。比如，大雁通常需要结伴飞行几千千米最终抵达目的地。

不同的候鸟会根据太阳或星星等天体的方位、地理地貌、风向、地磁感应等多种因素来辨别方向。

信鸽

信鸽有着超强的远距离飞行和识路能力。它们对于地磁感应高度灵敏，能够通过地球磁场的强度和磁感线的方向来辨别方向。这使得它们无论在晴天还是雨天都能保持稳定的导航能力。

随着现代通信技术的发展，信鸽作为信息传递工具的作用已大为削弱。然而，它们在一些特殊场合依然发挥着重要作用。比如，信鸽在战争或灾难时期依然是一种可靠的通信工具。因为它们的飞行不会受到电磁波干扰、无线电信号中断等因素的影响。

大棕蝠

大棕蝠栖息在房屋顶棚、木质水塔等隐蔽的地方。它们有回声定位能力，可以在漆黑的环境中短距离飞行。一些科学家认为，它们也同时具备地磁感知能力，有时候会利用地球磁场进行回巢定向。

导航系统是怎么定位的？

受到动物们的启发，人们发明出一套全球卫星导航系统用来导航。全球卫星导航系统由至少24颗近地卫星组成。这些卫星的轨迹几乎能够完全覆盖地球上的每一个角落。任何时间、任何地方，上空都至少有4颗卫星监测。信号数据接收器借助4颗或更多的卫星计算出地面与这些卫星的距离，从而准确推算人们所在的位置。

我们假设地球是一个平面。第一颗卫星的位置为x，这时，数据接收器会计算这颗卫星与你之间的距离为R，然后判断你应该在以×为圆心、R为半径的圆的任意一点上。

接着，第二颗卫星的位置为y，数据接收器会计算你与第二颗卫星的距离，判断你应该位于下图中，两个圆交点所在的位置。

然后，第三颗卫星位于z，再根据以上方法，画出一个圆……这样，就可以确定你的位置在三个圆的交点上。然而，实际情况下，地球并不是一个平面，而是一个球体。所以，需要4颗卫星才能更加准确地判断你的位置。

想象一下，爸爸带着你开车从家出发去游乐场，全球卫星导航系统将按照下面的步骤工作：

全球卫星导航系统是不同专业的工程师合作研究的结晶。机械工程师负责全球卫星导航系统在太空环境中顺利运行；航天航空工程师规划卫星的布局：软件工程师负责撰写程序，传输信号：电气工程师专注于电力供应、集成电路板设计等工作。