在地球南北极附近的高纬度地区，人们常常可以看到一种奇异的自然现象：巨大的天幕似乎被染上了各种颜色；这些颜色还会不断变化，从紫色到黄绿色，直至橘红色，耀人眼目。这是天上的画家在挥笔作画，还是盛装的少女手持彩练在空中载歌载舞？
古人对这种现象进行了种种猜测，直到近代，才有了科学的解释。科学家把这种现象叫做“极光”。极光的发生与地球的磁场有密切关系。
公元843 年，在茫茫的大海上，一只帆船正在日夜不停地航行， 没有航标、没有明确的航道。船上一些聪明的中国人利用手中仪器指示的方向， 开辟了从浙江温州到达日本嘉值岛的航线。这个神奇的仪器，就是罗盘。 罗盘即平常我们说的指南针，它是我国古代的四大发明之一。图20.1-1是我国早期的指南针——司南。 公元1 世纪初，东汉学者王充在《论衡》中记载为：“司南之杓，投之于地，其柢指南。” 司南是把天然磁石琢磨成勺子的形状，放在一个水平光滑的“地盘”上制成的， 静止时它的长柄指向南方。
磁现象
在2 000多年前的春秋时期，我们的祖先就发现了天然磁铁矿石吸铁的性质。现在，人们利用这些磁铁矿石、钢或某些合金及人工合成材料，根据需要制成各种形状的磁体（图20.1-2）
磁体能够吸引 铁、钴、镍等物质。它的吸引能力最强的两个部位（图20.1-3）叫做磁极（magnetic pole）。 能够自由转动的磁体，例如悬吊着的磁针，静止时指南的那个磁极叫做南极（south pole）或S极，指北的那个磁极叫做北极（north pole）或N极。
磁极间相互作用的规律是： 同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引。
一些物体在磁体或电流的作用下会获得磁性，这种现象叫做磁化（magnetization）。许多物体容易磁化。机械手表磁化后，走时不准；彩色电视机显像管磁化后，色彩失真；而钢针磁化后，可以用来制作指南针。你会磁化钢针吗？
磁场
如果把磁针拿到一个磁体附近，它会发生偏转。磁针和磁体并没有接触，怎么会有力的作用呢？这是因为磁体周围存在着一种物质，能使磁针偏转。这种物质看不见、摸不着，我们把它叫做磁场（magnetic fi eld）。在物理学中，许多看不见、摸不着的物质，可以通过它对其他物体的作用来认识。像磁场这种物质，我们用实验可以感知它，所以它是确确实实存在的。
在条形磁体周围的不同地方，小磁针静止时指示着不同的方向。物理学中把小磁针静止时北极所指的方向规定为该点磁场的方向。为了形象地描述磁场，可以在磁体周围放许多小磁针，这些小磁针在磁场的作用下会排列起来，这样我们就能知道磁体周围各点的磁场方向了。
我们把小磁针在磁场中的排列情况，用一些带箭头的曲线画出来，可以方便、形象地描述磁场，这样的曲线叫做 磁感线（magnetic induction line）。
在磁体外部放置越多、越小的磁针，就能越清楚地看出磁场的分布情况。如图20.1-6，在蹄形磁体上面放一块有机玻璃，玻璃上撒一层铁屑。轻轻敲打玻璃，可以看到小铁屑有规则地排列起来。这是因为撒在磁体周围的每个小铁屑都被磁化，相当于一个个小磁针，小磁针在磁体周围磁场的作用下有规则地排列，磁场的分布情况也被形象地显示出来。
图20.1-7是用磁感线描述的条形磁体和蹄形磁体的磁场。从图上可以看出，在用磁感线描述磁场时，磁体外部的磁感线都是从磁体的N 极出发，回到S极的。
地磁场
能水平转动的磁针就是指南针。拿来几只小磁针放在桌面上，你可以发现，静止时它们都指向同一方向，即磁针的N极总是指向北方。这说明，地球周围存在着磁场——地磁场。
在地球表面及空中的不同位置测量地磁场的方向，可以画出地磁场的磁感线，如图20.1-8所示。地磁场的形状跟条形磁体的磁场相似
不过， 地理的两极和地磁场的两极并不重合， 磁针所指的南北方向与地理的南北方向略有偏离。 世界上最早记述这一现象的人是我国宋代学者沈括（1031—1095） ，这个发现比西方早了400多年。
地磁场究竟是怎样产生的，人们对这个问题已经研究了多年，至今还没有满意的结果。学习了下一节电流的磁场以后，也许你会为此多一份猜想。
科学世界
鸽子是人们喜爱的一种鸟类。 大家都知道信鸽具有卓越的航行本领， 它能从2000 km以外的地方飞回家里。 实验证明，如果把一块小磁铁绑在鸽子身上，它就会惊慌失措，立即失去定向的能力； 而把铜棒绑在鸽子身上，却看不出对它有什么影响。当发生强烈磁暴的时候， 或者飞到强大的无线电发射台附近，鸽子也会失去定向的能力。这些事实充分地说明了， 鸽子是靠地磁场来导航的。
绿海龟是著名的航海能手。每到春季产卵时， 它们就从巴西沿海向坐落在南大西洋的“沧海一粟”——阿森松岛游去。 这座小岛的面积约为88 km2，距非洲大陆1600 km，距巴西2200 km。 但是，海龟却能准确无误地远航到达。产卵后，夏初季节，它们又渡海而归， 踏上返回巴西的征途。据研究，海龟也是利用地磁场进行导航的。
有些鱼儿能在波涛汹涌的海洋中按一定的方向航行， 这比鸟的迁徙能力更为奇特。海水是导电的，当它在地球的磁场中流动的时候就会产生电流， 于是，鱼儿便利用这个电流信号，敏感地校正自己的航行方向。 有人对鳗鲡进行了细致的观察，初步发现，鱼脑能对微弱的电磁场做出反应， 地磁场是对鳗鲡提供信息的信息源。美洲的鳗鲡习惯于航行很长的距离后到达产卵场所， 产卵后又返回它原来的“基地”。
虽然人们已经知道鸟类、鱼类等动物能够利用地磁导航， 但是还没有弄清楚这个“导航系统”究竟是怎样工作的， 特别是迄今为止还没有从这些动物身上找到与“罗盘”的作用相似的器官。
--摘自《趣味物理辞典》，上海辞书出版社
参考资料：
第1节 (磁现象 磁场)
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