本周我们来看看磁场是如何保护地球安全的，看看它是如何产生的，以及一些动物是否真的能看到它。此外，还有一项读取我们生物钟时间的技术的新闻，人们提出恢复冥王星为行星的理由，以及红色警报信号如何在有东西开始吃掉植物后的几秒钟内传遍植物。
在这一集里
计时组织
与西北大学的罗斯玛丽·布劳恩博士合作
任何有时差反应的人都知道，我们确实都是节奏的奴隶——在这种情况下是我们的昼夜节律——或生物钟。当我们的生物钟失调时，我们会感觉如此可怕，是因为我们体内的每个细胞都用时间来控制自己的行为和时间。组织在一天中的特定时间生长和自我修复;我们的新陈代谢在黎明和黄昏之间发生了巨大的变化。一天中某一时刻服用的药物和疫苗可能比几小时后服用的药物更有效。这意味着改善医疗保健的潜力巨大——但前提是我们能够可靠地知道我们的组织认为现在是什么时间。
现在，来自美国西北大学的罗斯玛丽·布劳恩通过比较血细胞中不同基因的活动，找到了一种方法来做到这一点。克里斯·史密斯采访了罗斯玛丽。
迷迭香-你的身体里有一个生物钟。它的信号起源于你的大脑，但它协调了你身体的各种各样的过程，包括当你感到困;它调节你的消化;它调节你的血压，让你为新的一天做好准备;它调节你的体温，让你在晚上睡得舒服。所有这些都是由存在于你身体每个细胞中的时钟来协调的。你的大脑中有一个主时钟，它可以同步所有这些微小的细胞时钟。
克里斯:罗斯玛丽，你知道这些细胞里的生物钟是怎么运作的吗?
迷迭香-是的。这真的很迷人。这是一组基因，它们的活动在一天的过程中发生变化，它们在一个小回路中相互作用，使它们能够相互调节。所以一个上升，它把另一个推下去，这种推拉导致了24小时周期内活动的涨落。
然后呢，大脑中枢是如何为身体的其他部分定下基调的?
迷迭香——你的大脑会分泌激素，你的细胞会吸收这些激素来重置它们的生物钟，这样它们就能与你的大脑告诉它们的信息保持同步。
克里斯:那么从理论上讲，如果我从我的小指末端读取一个时钟信号，如果我的大脑正常的话，它应该会显示同样的时间?
迷迭香-没错。
克里斯-那为什么这很重要?如果我的大脑里有时钟，我们为什么需要手指上的时钟呢?
迷迭香——这很重要的原因是你需要你身体的所有过程协调一致，这样你才能保持健康。考虑到它不仅控制着睡眠，还控制着消化和血压，你可以想象，如果它在某种程度上失调，它会对你的健康产生巨大的影响。事实上，研究表明，当你的生物钟与周围环境不同步时，昼夜节律失调就会导致抑郁症、糖尿病、心脏病、阿尔茨海默氏症等疾病，所以生物钟失调真的会对你的健康产生负面影响。
克里斯-这是我们临床实践的一部分吗?所以，当我们去寻求治疗时，它们是否与我们的生物钟一致，以确保我们在身体生物钟周期的正确时间做正确的事情?
罗斯玛丽-现在还没有，这就是我们想要改变的。我们知道这是非常重要的，但现在很难衡量它。目前人们测量人体内部生理时钟的方法是不分昼夜每小时取样一次。你可以想象，这并不是大多数人想要做的事情，所以我们开始开发一种简单的血液测试，这样我们就可以监测人们的昼夜健康状况，并利用它来做出治疗决定。
克里斯:你说这是验血，你在测量什么?
迷迭香-它需要两个血液样本，一个在早上，一个在晚上。它们实际上可以在一天中的任何时间服用，只要它们相隔几个小时，然后我们在血液中寻找不同基因的活动。所以不仅仅是核心时钟基因对24小时的节奏做出反应。生物钟实际上控制着大量与生物钟同步运动的其他基因，这些基因就是我们在血液中寻找的标记。
克里斯-所以你取一些血液，从血液中提取血细胞然后观察这些活血细胞的基因水平是多少?
迷迭香-没错。
Chris -为了得到这样的读数你考虑了多少基因?
迷迭香:我们的研究开始于观察所有我们可以测量的基因——大约有2万个不同的基因，我们使用了一种非常复杂的计算算法，试图将其减少到一个可控的数量。我们的算法告诉我们，大约有41个基因在一天的过程中发生变化，通过观察这41个基因的水平，我们可以确定你体内的时间。
克里斯-对。所以你的意思是，我们知道在我的生物钟7点的时候这个基因应该这样做它的对应基因应该这样做，因为你知道这一小群基因之间的关系你就有了一个合理准确的方法来预测我的生物钟时间?
迷迭香-没错。它可以精确到一个半小时之内，这足以让我们根据它做出治疗决定。
克里斯-那会有什么不同呢?
迷迭香——药物的效果取决于服用地点。众所周知，某些降压药和化疗在一天中的不同时间效果不同。但是我服用降压药的最佳时间可能和你服用降压药的最佳时间不一样。如果我们能测量你体内的时间，我们就能准确地告诉你什么时候服药是最佳的。这意味着我们可以使用更低的剂量，减少副作用的风险，并希望有更有效的治疗方法。
冥王星之争:行星还是矮行星?
你是冥王星的同情者，因为这个微型大理石不久前被降级为“矮行星”而感到沮丧吗?最近发表的一篇论文认为，冥王星实际上应该再次被重新归类为行星。但是为什么呢?为什么它一开始是“矮化”的?乔治亚·米尔斯和亚当·墨菲一直在做一些星象观测来找出答案……
Georgia -当你我还是孩子的时候，要记住太阳系中行星的顺序是很容易的。我非常简单的方法就是加快命名行星的速度——水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星和冥王星。
亚当-是的。只是你简单的方法出错了。2006年，国际天文学联合会投票将冥王星重新归类为矮行星。
格鲁吉亚-为冥王星伸张正义。那么，他们为什么觉得有必要对此进行辩论呢?
亚当:1930年冥王星被发现的时候，它是我们所知道的那部分天空中唯一的天体。但实际上在我们太阳系的边缘有很多天体。
乔治亚-啊，是的。这是柯伊伯带。这是太阳系外的一个巨大的甜甜圈，里面充满了冰和气体。
亚当:没错。这就是问题所在。冥王星只是居住在同一轨道区域的许多物体之一，我们在那里发现了几乎和冥王星一样大的物体。其中一颗是在2002年发现的Quaoar，塞德娜是在2003年发现的，厄里斯是在2005年发现的，它实际上比冥王星还大。
乔治亚州——啊，2005年。大辩论的前一年!
亚当-没错。我们是突然间失去了大量的新行星吗?
Georgia -你需要一个很长的助记符。
必须要做点什么，所以一个委员会在布拉格坐下来决定什么是行星:
经过一番辩论，他们对以下定义进行了投票:行星是一个天体，a)围绕太阳运行的轨道……
乔治亚州-检查。
亚当- b)有足够的质量来克服刚体力，使其具有流体静力平衡形状。
乔治亚州——啊!
亚当:是圆的吗?
乔治亚州-检查。
亚当- c)它是否清除了它轨道周围的邻居?也就是说，它是否在其轨道上占据足够的主导地位，以至于周围的任何东西要么被吸收，要么被驱逐到太空中?
乔治亚州-啊，最后一关没过。柯伊伯带是一个非常繁忙的区域。
亚当:没错。因此，根据这一定义，冥王星被从“高级行星俱乐部”踢到了“矮行星经济舱”。
乔治亚-等等。我们确定其他行星符合最后一个定义吗?有很多垃圾在我们太阳系的其他地方飞来飞去。
亚当:嗯，有些人认为，根据新的定义，地球和木星不符合国际天文学联合会的定义，但他们是少数。
乔治亚-我希望地球继续是一个行星。我不知道生活在非行星上会是什么感觉。这篇新论文怎么样?他们绝对是“冥王星是行星”的团队。
亚当:是的。很多人都认为冥王星应该恢复，因为有很多不同的原因。这一次，他们翻阅了文献，寻找实际使用的定义的第三部分的例子。
乔治亚州——啊。这是关于在轨道上占据主导地位的问题吗?
亚当-就是他。他们查阅了过去200年的论文。
乔治亚-他们真的很关心冥王星。
亚当-他们发现这在历史上几乎没有发生过，在19世纪只有一次。他们认为这是一个武断的定义。
乔治亚-这不是定义的意义吗?
亚当:嗯，这不是第一次，也不是对裁决最强烈的挑战，也不会是最后一次。但据报道，国际天文学联合会很乐意再次讨论这个话题，所以我们必须关注这个……
Georgia——我要把你从“人类”降级!
病毒在细胞内做什么?
与欧默·齐夫-剑桥大学
随着我们进入北半球的冬季，伴随着漫长的夜晚和沉闷的天气，另一个可以肯定的是——很快——我们都将屈服于这个季节流行的感冒和流感病毒。目前，我们对它们无能为力——除了治疗症状——因为我们不知道病毒进入我们的一个细胞时发生了什么。所以找到病毒的“阿喀琉斯之踵”，我们可以用药物来阻止感染是非常棘手的。现在，剑桥大学的科学家奥默·齐夫发现了一种巧妙的方法，可以将感染病毒冻结在它的轨道上，然后取出与病毒相互作用的细胞部分，这样我们就可以发现它是如何使我们生病的，并可能把我们的药物开发活动集中在哪里。他采访了克里斯·史密斯。
Omer -我们对病毒感兴趣。病毒是那些进入我们体内并使我们生病的小生物。我们很想知道这些病毒是如何操纵我们的细胞的，实际上是告诉细胞:“停止你目前所做的一切，开始制造更多的病毒”。
克里斯-是的。因为病毒有点像微生物世界的海盗，不是吗?它们必须劫持我们的细胞，把它们变成病毒工厂，因为它们太小了，在病毒颗粒内部没有空间容纳制造新病毒所需的任何机器。他们需要我们的一个细胞才能做到这一点。
欧默:对，没错。它们进入我们的细胞并操纵细胞正在做的事情，但我们根本不知道是怎么做的。
克里斯-所以你在这里发明了什么?你的技术是如何解释这一点的?
欧默-我们一直在开发一种技术，使我们能够及时冻结病毒感染，并找出病毒如何在分子水平上与宿主相互作用。
克里斯-这是否有点像我把病毒放入细胞中，等一会儿，然后，如你所说，冻结时间，然后观察细胞内部，看看病毒的哪些部分与细胞的哪些部分结合，或相互作用，或控制细胞的哪些部分?所以我可以看到什么在和什么进行化学对话。
欧默:对，没错。一旦我们发现了这些相互作用，假设其中一部分可能对病毒至关重要，我们就可以考虑找到方法来瞄准，抑制，干扰这些相互作用并影响病毒的生命周期。
克里斯-你是怎么做到的?如何做到时间冻结效果呢?
要做到这一点，我们需要把相互作用的分子粘合在一起，固定这些相互作用，然后提取信息。我们使用小的化学物质使我们能够连接，将这些相互作用粘合在一起，并确定相互作用的伙伴。
克里斯:你是怎么做胶水套装的?你怎么说，现在我想冻结时间，让绑定效果发挥作用?
当我用那些能进入细胞的小化学物质治疗被感染的细胞并将相互作用的分子物理地粘合在一起时，粘合就开始了。
Chris -你的意思是如果你能发现这些相互作用是什么，它可能会比我们发现它们的速度更快地向我们强调，病毒赖以生长并使我们感到不适的潜在的基本过程?因此，你可以设计出某种方法，要么关闭目标，要么将某些东西放入细胞中，阻止这种相互作用，因此，它可以阻止病毒?
欧默:对，没错。我们对生物学都很感兴趣，所以这项新技术可能会告诉我们这种病毒是如何在细胞内复制的，同时也会了解这些相互作用是否可靶向，以及我们是否可以利用它们来开发新的介质。
植物是如何发出警报的?
与剑桥大学塞恩斯伯里实验室的菲尔·威格博士合作
如果有什么东西开始吃我们人类，我们可以通过快速逃离或击败有罪的一方来表达我们的不满。但植物没有这种奢侈——它们实际上是扎根在原地的，所以它们需要求助于其他方法来阻止东西吃掉它们。它们的一种威慑手段是让自己的味道变得没有吸引力。但他们不想浪费资源品尝不好的味道，直到他们需要的时候，那么他们如何在工厂周围迅速发出“我被吃掉了”的信息呢?最近发表在《科学》杂志上的一篇论文揭示了答案。乔治娅·米尔斯访问了剑桥大学的塞恩斯伯里实验室，与菲利普·威格交谈，他没有直接参与这项研究，但他从事植物如何感知环境的研究。
乔治亚-这里看起来像个银行金库。
你看，这就是我们种植植物的地方。这是一种叫做拟南芥的植物，它只是一种小芥菜。这和论文中描述的研究中使用的植物是一样的。你可以看到它是一种非常普通的植物，它有白色的小叶子，但对于研究来说，它是一个绝对的福音。这真的是一种用于植物研究的实验室老鼠，因为它有一个完整的基因组序列，它很容易被理解。
乔治亚州——但是，不幸的是，不管我们是否有基因组测序，拟南芥也生活在一个非常嘈杂的家里。所以我们去找温室里比较安静的地方……
菲利普:我以为这是一个安静的地方。
乔治亚州——这比听起来难多了。
菲利普:这里也很吵。当你在这里工作时，有一些环境噪音是你不会想到的。
乔治亚——啊，甜蜜的沉默。我们坐下来和其他一些植物标本聊天，信不信由你，它们可能感觉到了我们的存在。他们需要……
菲利普:你可以想象一下，如果你是一棵美味的植物，坐在外面，想在阳光下生长，如果一群毛毛虫来了，你真的希望能够迅速做出反应，尽你所能保护自己。这是非常复杂的，因为很明显你不能离开，所以植物必须非常足智多谋，非常敏锐地处理害虫，比如毛毛虫，它们想把它们当午餐。
所以如果你想象这棵植物，你可以想象这片叶子，如果我们把叶子分开。当我这样做的时候，我正在拉开数以百万计的细胞，因此数以百万计的细胞被压碎并破裂。事实证明，虽然我们看不见，但当我们撕开这片叶子的时候，植物内部会在几秒钟内做出反应。
乔治亚州——我们看不见，但我们知道植物有这种能力已经很久了。但是，不像你和我，它们没有中枢神经系统，所以这个群体，以及其他许多群体，想知道它们是如何发送这些信息的?
他们展示的是这种植物使用一种叫做谷氨酸的小氨基酸。谷氨酸在人类中也被广泛用作神经递质。当细胞受损时，细胞会释放谷氨酸盐，谷氨酸盐会被通道感知和吸收。当这些通道被激活时，它们会释放钙，这篇论文展示的钙信号，是一种移动信号，可以在几秒钟内传遍整个植物。然后植物所做的就是激活控制病原体反应的基因表达。因此，植物抵御毛虫的一种方法就是让自己的味道非常糟糕。
Georgia -他们是怎么发现的?他们是怎么知道工厂里发生了什么?
他们使用了分子生物学的许多工具来识别实际的受体。他们有一个假设，钙可能参与其中谷氨酸可能是信号，然后他们能够找到特定的植物缺乏对谷氨酸反应的通道。然后他们能够证明的是，如果你拿走植物内部的这些通道，植物就不再传递这种信号。这是明确的证据，你需要这些通道来对食草动物做出反应。
乔治亚州——我现在觉得把雏菊拔起来做成雏菊链有点不好意思，因为它们在发出“喂，帮帮我”的信号。
菲利普-说得很好。我们知道植物对任何扰动都有很大的反应，它们有这些大规模的变化。不管他们是否意识到这一点，或者他们是否感到疼痛，这可能是不可能的，所以我不会因为修剪草坪而感到太内疚。但有趣的是，当你这样做的时候，你会引起这些大规模的变化，每一片草的叶子对被切割的反应。
乔治亚-你会闻到那股香味。这是他们临死前的痛苦吗?
菲利普:这是看待这件事的一种方式，但我尽量不去想它。
Georgia:作为这个领域的研究人员，你认为这篇论文有多重要，带来了多大的变化?
菲利普:哦，我认为这是一个很好的研究，我想它会被写进教科书的。关于植物，我们仍然不了解一系列非常基本的问题。这在某种程度上是相当了不起的，因为我们是如此依赖农场种植的植物来维持整个人口。所以直到最近，农业在很大程度上还是一种不断尝试和犯错的过程，就在最近几十年，我们开始了解植物生长的分子基础以及它们是如何发育的。这意味着它使我们有可能提高作物产量和粮食安全。
毫无疑问，食草动物在农业的许多领域都是一个主要问题，所以如果我们能创造出更聪明的植物，它们更有洞察力，更能适应昆虫的捕食，那么这将是一个巨大的潜在优势。
Mosquito-repelling袜子
与比勒陀利亚大学的Mthokozisi Sibanda博士合作
这里有一个关于你绝对不会在伦敦时装周的t台上看到的东西的故事(这是一个非常实用的改变):可以保护你免受蚊子叮咬和疟疾的袜子。克里斯·史密斯采访了比勒陀利亚大学的Mthokozisi Sibanda。
Mthokozisi -我是Mthokozisi Sibanda博士。我来自比勒陀利亚大学。
当你在户外时，蚊子会在93%的时间里叮咬你的脚踝和脚。它们被脚臭吸引。
克里斯-那不就是我们喷驱虫剂的地方吗?
Mthokozisi -是的。你可以局部喷洒驱虫剂，但它很快就会蒸发——一两个小时后就不再有效了，然后你必须再喷一次。所以我们需要想出一种方法，有一个持久的配方，所以基本上我们开发的是一种缓释技术。我们纺成一种纤维，这种纤维经过特殊设计，可以容纳液体驱蚊剂，纤维会在很长一段时间内慢慢释放这种驱蚊剂。它可以持续长达8个月，或者如果你把纤维编织成纺织品，你可以至少洗25次，它仍然有效。
克里斯:所以你会用你发明的技术将这种配方放入这种纤维中，然后把它纺成一双袜子或一个脚环，或者人们穿的东西?
Mthokozisi -没错。
克里斯:管用吗?
Mthokozisi -它有效。我们已经测试过了;事实上，我们已经在一份高影响力的科学杂志上发表了研究结果。
克里斯:效果如何?你们是如何进行测试的?
Mthokozisi -好的。世界卫生组织推荐了一些检测方法。我们使用的是一种非常激进的方法，我们在一只脚上穿配方好的袜子，在另一只脚上穿未经处理的对照袜子。我们把两只脚放在一个笼子里，里面有300只饥饿的雌性蚊子。它们必须做出选择:以哪只脚踝为食。如果你看到它们都跑到未经处理的袜子里去了，那么你就知道你的袜子起作用了。
克里斯-听起来真是一个痛苦的实验。是你干的吗?
Mthokozisi——我做到了。但是你知道，有人经营这些昆虫饲养场，他们用手臂喂蚊子。所以我所做的与别人所做的相比真的不算什么。
人们会为科学做的事情!告诉我是什么技术让你能做到这一点?这种聪明的纤维和纤维纺丝技术是如何工作的?首先，你是如何把驱虫剂弄进去的?
Mthokozisi:我们制造的是所谓的双组分纤维。核心是一种聚合物，这种聚合物可以吸收大量的油。我们有一种聚合物，在核心聚合物周围形成一个屏蔽层，所以石油必须通过这个屏蔽层扩散。这样，保护层整体上减缓了石油的蒸发。如果你把纤维编织到纺织品里，然后洗纺织品，你只洗纤维的外面，大部分液体仍然储存在纤维里。它仍然会迁移到表面，这就是它被补充的方式。
克里斯-本质上，这是管中管。管里面的管子喜欢油性的东西，管外面的管子讨厌油性的东西。所以你的驱蚊剂中间是油性的，很明显它面对着一个屏障，扩散得很慢。你用的是什么化学物质作为驱蚊剂——只是避蚊胺还是别的什么?因为这是业界领先的避蚊胺标准，不是吗?
Mthokozisi -是的。避蚊胺是目前市场上的标准驱蚊剂。不幸的是，它名声不好，尽管它没有被科学证明是有害的。所以我们使用了一种叫做IR3535的替代驱蚊剂，它和避蚊胺一样好。我们还使用了一种基于桉树的天然驱蚊剂。
克里斯:你设计的这些袜子或其他东西很时尚吗?因为很明显，尤其是年轻人，人们不会穿那些看起来像时尚灾难的东西。所以你可以添加颜色，添加图案;让它看起来像一件普通的日常用品，这样就不会显得不合适了?
Mthokozisi -是的。说到这一点，这很容易，因为我们可以把纤维做成任何颜色——我们只需要添加一种色素。我们可以做任何袜子的设计。实际上，我们把纱线和液体、棉絮结合在一起，让它变得又漂亮又舒适，你就可以做出漂亮的时尚袜子了。
克里斯:我怎么知道我的袜子坏了?因为它在工作的时候很聪明，当然，但必须有一种方法知道我什么时候不再受到保护，否则我可能会带着虚假的自信出去，然后抓住什么东西。
Mthokozisi:基本上，我们通过实验室测试来确定这些产品的使用时间，我们可以计算出你应该保存它们的最短时间。所以它们会被贴上标签，说它们可以工作这么长时间，在这之后，建议你买一个新的产品。
克里斯:你能给它们充电吗?还是必须把它们扔掉，因为从可持续发展的角度来看，这显然不是很好?
Mthokozisi:不，你说得对。你不能给它们充电，我们现在正在做的是开发基于可生物降解聚合物的纤维。目前正在进行的研究是使用可生物降解的聚合物，这样它们就可以一次性使用。
地球磁场
与爱丁堡大学的凯西·惠勒教授合作
为什么我们的星球是磁性的?我们一直都有同样的磁场吗?一些动物真的能探测到它并利用它来找路吗?本周我们将试着找出答案。和我们一起回答这些问题的是来自爱丁堡大学的凯西·惠勒。凯西绘制地球磁场图，她和克里斯·史密斯交谈。首先，克里斯想了解更多关于以她的名字命名的小行星的信息!
凯西:当我还是皇家天文学会的主席的时候，我在服务结束的时候被授予了这个荣誉。
克里斯-那叫什么?它有个好名字吗?
凯西-叫凯西·惠勒。恐怕很无趣。它位于小行星带。
克里斯-这些天文学家很有想象力，不是吗?
很高兴你能来，凯西。我在这里放了一个指南针，当我出去散步的时候，我用它来找路。它是一块小磁铁，可以感知地球的磁场，并做出反应，告诉我什么时候走对了方向。
为什么地球有能力制造磁场，它是如何做到的?
凯西:我们都在地壳上坐着、走着、开车，地壳是一层7到60公里厚的脆弱层，这取决于你在哪里——比海洋更薄。那是由硅和岩石构成的在那下面还有另一层岩石，地幔。略有不同的是，它能够在相当慢的时间尺度上爬行。这就是地球的上半部分。当你走到一半的时候，会有一个很大的变化，所以我们从二氧化硅为主的材料变成了铁为主的材料铁是我们磁场的来源。我们确切地是从地核的外部得到的，地核是地球中心的区域，分为液体的外部和固体的内部。
克里斯-这两个部分:液体的外部部分和更固体的内部部分，哪一个是产生磁性的原因?
凯西:是外面的部分，因为它经历了一个我们称之为对流的过程。基本上，它四处翻滚，当液体移动时，它能够自我产生磁场。
克里斯-现在考虑到这是在我们脚下几千公里的地方发生的，作为一群地质学家，你们怎么知道你们告诉我的是真的?
凯西:嗯，我们用不同的机制在不同的时间尺度上测量磁场，这使我们能够看到磁场的变化，这些变化告诉我们，我们必须有一些主动的动态过程来负责它的产生。例如，它不是地球形成时的残余磁场，或者类似的东西。
Chris -它一定是源自移动核心?
凯西:是的。
克里斯-考虑到地球一直在失去热量，凯西，然后冷却，那包括地核，不是吗?如果地核变成固体，磁场会发生什么变化?
凯西:嗯，如果地核完全冻结了，那么我们就会失去磁场，然后我们就会失去我们刚才谈到的保护我们免受太阳风粒子和类似东西伤害的保护层。
例如，如果你想想我们的近邻火星，火星曾经有一个磁场，但它停止了产生，结果，火星失去了大气层。
磁铁是如何工作的?
戴夫·安塞尔，《裸体科学家金宝搏app最新下载
磁铁到底是什么?它们是如何工作的?伊兹·克拉克会见了科学演示之王戴夫·安塞尔，以找出答案……
伊兹-你好，你好。我们来谈谈磁铁。我们在这个神奇的工作室里研究磁铁。我对我们能做的所有实验都感到不知所措。什么是永磁体?
戴夫:让我们从一个非常非常小的模型开始。有些材料，比如铁就是其中之一，原子中单向运动的电子比另一种多，这就产生了电流，从而形成了一个小小的电磁铁。现在单独来看，它不会使物体具有磁性。这些小原子将被随机排列，磁性将平均为零。
但是对于像铁、镍和钴这样的材料，由于奇怪的量子力学原因，这些微小的原子磁铁排成一排，形成了一个叫做畴的大区域，所有的磁铁都排成一排。所以所有的磁场加在一起，所以它们可以与物体产生很强的磁场相互作用。
伊兹-好吧。所以就像它们都朝着一个方向运动所以总的来说它们本质上有这种磁力?
戴夫:没错。然后如果你把它们放在另一个磁铁附近，所有这些磁铁会相互作用它们要么粘在一起，要么相斥。
伊兹-好吧。为什么有些东西可以粘在磁铁上，但它本身不是磁铁?
戴夫:这又回到了我之前谈到的领域，也就是一块铁里面的小磁铁。我这里有一个小金属螺母，里面有很多磁畴，它们本身都是磁铁，但它们是随机排列的，所以总的来说，它不是磁铁。但是如果你把它放在一个磁铁附近这些区域就会扭成一圈并排成一列所以它就变成了一个与原来的磁铁对齐的磁铁，所以北极紧挨着南极，所以它是棒状的。我们可以看到，因为如果我们拿第二个坚果它会粘在第一个上，第三个坚果会粘在第一个上，然后是第四个，第五个，第六个。
伊兹-所以我们这里有很多很多的小金属坚果。它们自己不会粘在一起;而当你在游戏中引入一块磁铁时，突然就会有一个人粘在磁铁上。然后你可以把另一个粘在一个螺母上，这样你就得到了一个更大的磁铁?
戴夫:没错。对于像铁这样的物质，如果你把它从磁铁上拿开它的磁畴就会再次随机化它就不再是磁铁了所以我可以把它们拿开它们就不会粘在一起了。
伊兹:磁铁和具有磁性的东西是有很大区别的。以你的冰箱为例:你可以把磁铁贴在冰箱上，因此它具有磁性，但它本身并不是一个巨大的磁铁。我是说，从抽屉里拿餐具会很麻烦，这些铁螺母也是一样的。它们自己不会粘在一起但是因为它们有磁性只要附近有磁铁它们就会粘在一起，就像磁铁的延伸一样。
但我们能不能把这些坚果中的一个变成永磁体呢?
戴夫:首先，我们需要从正确的材料开始。你想要一些很难扭转这些畴的东西，最好的材料之一是钕铁硼，它是这三种元素的合金。
这是一块钕铁硼，它会粘在磁铁上，但非常弱因为没有多少畴是旋转的所以它形成了一个非常非常弱的磁铁。
伊兹-好吧。那我们怎么把它变成磁铁呢?
戴夫:你要做的是让这些域更容易转动，你要做的就是加热它。
伊兹-哦。拿出这个巨大的喷灯。我的天哪!
戴夫:我现在把它加热到橙色的温度。
伊兹-我要退后一步!好吧。所以橙色热并不是我们都能理解的温度。戴夫将这块钕铁硼加热到800摄氏度左右。是的，它开始发光……
戴夫-我现在把它放在一个非常强的磁铁旁边，让它慢慢冷却。
Izzie -但是如何冷却一块靠近磁铁的热金属，然后把它本身变成磁铁呢?
戴夫:因为它真的很热，这些磁畴很容易扭曲。然后，当它冷却下来的时候，它会变得越来越难旋转，所以，希望，你会“冻结”在它现在看到的磁场中。
现在我把这块硼铁钕从磁铁上移开，我把它放在一个指南针旁边，如果我旋转它，指南针就会转动。
伊兹-哦哇!所以我们只是把某样东西变成了永磁体?
戴夫-是的。因为它是钕铁硼它现在是一个非常永久的磁铁，它会像这样保持很多年。
伊兹:那么这种方法对地球磁场有效吗?
你会得到一个更弱的磁化，但你会得到效应。所以这在地质学上非常重要因为如果你得到一块摩尔顿岩石它基本上就像把它加热到炽热，如果你有任何小块的磁性物质在那里，当它冷却下来时它们会在地球磁场中冻结，这是地球形成时就存在的。这可以告诉你地球磁场随时间变化的情况因为如果你知道岩石的年龄你就知道地球磁场的情况。
伊兹-所以地球是一个巨大的永磁体吗?
戴夫:简短的回答是否定的，我可以证明为什么不可能。我这里有一个铁螺母在磁铁旁边，它非常有效地粘在一起。现在我要做的就是把它加热。
伊兹-回到喷灯的问题上。我们的地核充满了铁。我们把这个小铁螺栓加热到800摄氏度。所以我们可以用热把某些金属变成磁铁，但也可以使它们消磁。
戴夫:当我把它放在磁铁附近时，它一点也不粘。随着冷却，它开始粘在一起。
伊兹-哦，天哪，是的，它粘在上面了。这是怎么回事?
戴夫:如果你把铁磁铁加热到足够热，给它足够的能量，使单个原子停止相互连接，它们就开始随机化。这些都指向完全随机的方向所以它的磁性完全不均匀。这发生在一个叫做居里温度的温度下。然后，当它冷却下来时，它们又开始排列起来，它又开始变成磁性材料。
因此，这可以证明地球不可能是一个永磁体因为居里点可能是一千摄氏度，也许稍微高一点，而地球的中心比那要热得多所以它不可能是一个永磁体。
为什么地球磁场很重要?
与爱丁堡大学的凯西·惠勒教授合作
地球磁场为我们做过什么?克里斯·史密斯向爱丁堡大学的凯西·惠勒提出了这个问题。首先，克里斯问凯西球场的形状是什么……
凯西:嗯，有趣的是，它的形状很像条形磁铁，就像我们刚才听到的两极一样——北极和南极。由于对流，液体的移动受到地球自转的强烈影响，条形磁场大约与南北两极对齐。所以它看起来很像条形磁铁，但它是由一个非常不同的机制引起的。
克里斯-作为地球上的居民，这个场给我们带来了什么好处?
凯西:嗯，我们已经听说过它保护我们免受变幻莫测的太空天气的影响，所以它在大部分时间里阻止太阳带电粒子到达地球表面。正如你在节目开始时所说的，它给了我们一种导航的方式。它为我们发现的有助于资源勘探的地质学提供了一个标志。它真的是我们的保护罩，这可能是它最重要的一点。
克里斯:在保护我们的同时，也给我们带来了我们称之为极光的可爱的光秀?
凯西:没错。
伊兹:为什么研究它如此重要?它能告诉我们什么?
凯西:嗯，它确实为我们提供了了解地核的窗口，所以我们对地核的很多信息都来自于对地核磁场的了解，以及对地核磁场随时间变化的了解。我们也可以用它来调查地质;我们可以寻找矿产资源;我们可以寻找碳氢化合物资源——当我们钻探这些资源时，它会起到帮助作用。当我们查看低地球轨道卫星收集的数据时，我们甚至可以在海洋中看到磁场。因为海洋是咸水，所以当它们移动时，它们也会产生磁场，其方式与地核本身非常相似。我们甚至可以看到海潮。
古老的磁力和翻转磁场
剑桥大学理查德·哈里森教授
如果你把一种具有潜在磁性的材料放在高温下，在磁场的作用下冷却，它仍然是磁化的。这也发生在地球上，当行星内部的熔融岩石在表面凝固时;当它们这样做时，它们捕捉到了它们形成时磁场的快照，这就是我们如何知道地球磁场在过去翻转的原因。克里斯·史密斯采访了在剑桥大学研究这一问题的理查德·哈里森。首先，克里斯问理查德他是如何解读他所研究的岩石中的特征的……
理查德:嗯，首先你得收集一些样本。研究这些古代磁信号的古地磁学家会带着一种类似于电锯的东西进入磁场，在岩石上钻孔，提取出一个有方向的地核——我们确切地知道它是从地球上取下来的——把它带回实验室。
然后你必须测量它的磁化强度，所以我们有非常灵敏的磁力计，通常被称为SQUID磁力计，即超导量子干涉装置。他们能够探测到这些东西的弱磁化。我们把它放在一个被称为屏蔽的房间里所以我们想要测量在没有地球磁场的情况下的磁化强度。所以我们建造了这些屏蔽的房间;它们是金属衬里的大型木结构，有点像磁性的法拉第笼。它屏蔽了地球磁场，所以我们可以在零磁场环境下测量它，看看那块岩石的磁记忆是什么。
克里斯-这能告诉你磁场有多强吗因为磁场是另一个重要的组成部分，不是吗?不仅是它指向的方向，还有它的大小?
理查德:是的。我们从这些岩石中得到了两条基本信息。我们可以知道岩石在地表喷发和冷却时磁场的方向，但我们也可以知道磁场的强度。我们可以通过观察不同年代的岩石来追溯这两件事。
克里斯:我们进来的时候，你给了我一个非常好的样品——这个小晶体和一个非常强的磁铁。
理查德:哦，是的。
克里斯-那是什么意思?
理查德:好的。这首先说明了为什么岩石具有磁性。它们是磁性的，因为它们含有一小部分被称为磁铁矿的矿物。
克里斯-就是这个黑色水晶?
理查德:是的。所以你手里拿着的是一个漂亮的磁铁矿八面体，它是氧化铁，你会发现如果你把它靠近那个小条形磁铁它会强烈地吸引它。
克里斯:所以这基本上是一块石头，我要把它靠近磁铁，它就从我的手上跳下来，粘在了磁铁上。所以基本上，当你做实验的时候，你是在记录写在矿物质上的微小特征，就像你做的那个一样?
理查德:没错。磁铁矿是非常好的磁铁，如果粒子足够小的话。对于颗粒大小来说，这是一个“适居带”所以你手里拿着的那块是毫米大小的，那就太大了，它没有很好的记忆力。但如果我们把这些粒子缩小到几百纳米，它们就会变成极好的磁铁，对地球磁场有很好的记忆。
通过研究这些特征，你对地球的地质、磁场的演变和地球表面的演变有什么了解?
理查德:嗯，古地磁测量在我们发现地球如何运转的过程中绝对是至关重要的。板块构造理论是通过研究海底的磁信号而产生的。通过对磁记忆的研究可以证明海洋在扩张大陆在漂移。
克里斯:为什么是海底?为什么这很重要?
理查德-在第二次世界大战期间，人们详细地绘制了海底磁力图。他们想要探测潜艇，所以他们需要绘制海底磁力图。他们发现这些磁条与火山脊平行一直延伸到海洋中心。磁条在脊的两侧是对称的，随着时间的推移，它们追踪的是地球磁场的随机翻转，北极和南极互换。
克里斯:它们在山脊两侧是对称的，因为海底在那里形成，然后移开吗?
理查德:是的。
克里斯-如果它与海脊平行那是因为海底同时在海脊的两边形成所以它在那个时刻继承了相同的场?
理查德:没错。所以当洋脊中心的新海洋地壳冷却时，磁性就会被记录下来，这就会产生今天的磁场，然后它被推到两边。然后在地球磁场翻转之后你会在脊的中心得到一个不同的方向。因此，这种磁化模式对于确定大陆漂移的真实性至关重要，并最终导致了板块构造的革命。
我们能不能用同样的方法，不仅从地球上采集样本，还从其他行星上采集样本?例如，我们有来自火星的陨石。我们有月球岩石的样本。我们可以看看它们的磁场吗?
理查德:当然!我们在剑桥做的很多工作都是研究外星物质。所以这可以通过研究陨石来实现，我们可以研究太阳系早期小行星产生的磁场。我们在阿波罗登月任务中研究了磁力我们从月球带回了岩石。
克里斯:月球确实有磁场，不是吗?
理查德:现在没有了，但40亿年前有过。在它形成的早期，是的。
克里斯-那钱去哪了?为什么月亮没有了?
理查德:嗯，月球的地核非常小。就像火星的情况一样，地核必须有合适的条件才能产生磁场。当你有一个小的身体快速冷却时，发电机往往会在某个时候关闭。
Chris -你之前提到过场翻转之类的。人们通常对此很好奇。这种情况在过去发生过很多次吗?下一次会发生在什么时候?我们应该担心吗?
理查德-我们不应该担心。地球磁场在过去已经翻转了很多次。它平均每百万年翻转三到五次。上一次逆转发生在78万年前。生命在所有这些逆转中都坚持了下来，所以地球磁场翻转似乎没有造成任何重大危险的影响。你会注意到的最主要的事情是，手机信号会在翻盖时变差。
鸟类能看到地球的磁场吗?
彼得·霍尔教授，牛津大学
地球磁场不仅对那些想要了解地球历史的地质学家非常有用，还能抵御太阳风的冲击，帮助那些想要用老式方式导航的人——用指南针——地球磁场对许多候鸟来说是必不可少的:鸟类似乎能够读懂磁场的方向，并在它们飞行数千英里时利用它来引导它们。弗朗西斯卡·法齐采访了牛津大学的科学家彼得·霍尔，后者怀疑鸟类眼中一种名为隐色素的蛋白质使它们能够“看到”磁场……
弗朗西斯卡-闭上眼睛，转五圈。现在，不要睁开你的眼睛，朝向地磁北极。
好吧。所以你不需要尝试这个。请不要这样做，特别是如果你在繁忙的道路附近听。
但如果你能做到这一点，你很有可能是一只知更鸟或其他种类的候鸟。科学家们通过一些简单的测试发现，迁徙的鸟类实际上可以感知磁场的方向。牛津大学的彼得·霍尔教授专门研究这一领域。
彼得:实验包括在迁徙季节对鸟类进行测试，所以这些是像知更鸟这样的小型迁徙鸣禽。在春季和秋季的迁徙季节，如果你把它们放在漏斗状的笼子里，它们跳起来试图逃离笼子的方向就是它们被释放后飞行的方向。
弗朗西斯卡:现在，聪明的地方来了:使用线圈和电流，你可以改变鸟类正在经历的磁场，然后看看它是否改变了它们试图跳出笼子的方式，令人难以置信的是，它确实改变了。那么我们有羽毛的朋友是怎么做到的呢?
彼得:目前最主要的假设是，在鸟类眼睛的视网膜中存在着磁敏感的化学反应，这些化学反应使它们能够感知磁场的方向。
Francesca -最近的一项研究已经确定了一种特殊的蛋白质，它有一个很好的名字- Cryptochrome 4 -他们认为这是这些迁徙物种中最有可能的磁受体候选者。这是因为Cryptochrome 4，或者它们喜欢叫它Cry 4，似乎只有在迁徙季节，当它们需要它来引导它们的长途旅行时才会表达出来。
还有这个:不迁徙的鸟类，比如鸡，根本不会表达Cry 4。这种蛋白质位于视网膜中与视觉有关的特定细胞中。那么，这是否意味着鸟类实际上可以“看到”磁场呢?彼得对此有一个经典的科学家的回答……
彼得:也许吧。
弗朗西斯卡:那么，今天我们就没有什么新奇的东西了!
彼得:我们对信号是如何工作的了解还不够。很明显，对磁场的探测涉及到鸟类的视觉系统，因此受体很可能在感光细胞中。我们知道，当来自视网膜的信息到达大脑时，它会在大脑的视觉部分进行处理。我认为现在说鸟类是真的看到了磁场还是某种视觉印象还为时过早，当然，这对我们来说有点难以想象，因为人类似乎没有磁感。
弗朗西斯卡-虽然我们已经试着去找了。一项研究让蒙上眼睛的学生进入森林，并要求他们再次找到出去的路。令人惊讶的是，他们没有受到任何严重的伤害，研究人员认为这是由于我们有一种秘密的磁北感，就像候鸟一样。但是，就像许多这些发现一样，它从未被复制过，所以我们不能真正地声称拥有这种超能力。
不过其他一些动物可能……
几年前有一项引人注目的研究，科学家们分析了谷歌地球上野鹿群和家畜群的图像，发现动物的身体轴线倾向于与地球磁场对齐。
弗朗西斯卡-天哪!
彼得:事实证明这很难复制，但这至少暗示了这些长距离迁徙的陆地动物可能对地球的磁场有一些用处。
细菌指南针——生物能探测到磁场吗?
剑桥大学理查德·哈里森教授
不仅仅是鸟类对地球磁场敏感。现在出现了许多对磁力敏感的动物和其他有机体。克里斯·史密斯对剑桥大学的理查德·哈里森说:
理查德:是的，没错。利用磁场导航的生物体中最著名的例子之一是一种我们称之为趋磁细菌的细菌。这些神奇的小生物已经学会了在细胞内构建磁铁矿纳米颗粒链，这基本上把细菌变成了一个指南针，它们沿着地球的磁力线游泳，这样它们就能非常有效地找到适合它们生存的水柱的正确水平。
Chris -我想说的是，细菌能够感知磁场的优势是什么?
理查德:嗯，他们生活在非常特殊的条件下。它们需要:太多的氧气对它们来说是有毒的，太少也是不理想的，所以它们生活在两者之间的氧化还原边界。如果你随机地游来游去，试图找到那个关卡，这可能是一种非常低效的方法，但如果你在这个领域中定位自己，并沿着一条直线游去，那么你就能非常高效地到达那里。
克里斯-我在《电子生活》杂志上读到一篇报道。大约三年前，研究人员发表了一篇非常有趣的关于微小蠕虫的论文，他们发现这些蠕虫在英国生长时，会沿着一定的方向游过它们生长的果冻。但如果你把它们送到澳大利亚，送到他们做实验的阿德莱德，这些蠕虫会朝相反的方向游。
通过对蠕虫的研究，我们发现在蠕虫的背部有一组神经细胞，它们在一个方向上很长，但在另一个轴上很窄。他们认为它们的行为有点像天线，这意味着它们可能对地球磁场的倾斜很敏感。因为，如果你也做这个实验，在外加磁场中培养这些蠕虫，你可以改变这种行为。如果你去除蠕虫体内的神经细胞它们就失去了探测磁场的能力。所以看起来它们已经进化出了一种独立的方式，在蠕虫体内拥有自己的磁性天线，再一次，为了找到它们需要进食的地方。
理查德:是的，这很有趣。在北半球，地球磁场的倾斜方向是指向地面的，但是在南半球，地球磁场的倾斜方向是指向天空的。所以如果它们对方向的变化很敏感那么这可能会影响它们游泳的方式。
如果他们去了火星，那就麻烦他们了。正如我们之前听凯西说的，火星已经失去了磁场，这样的事情是行不通的，不是吗?
理查德:嗯，火星在早期的历史上确实有磁场。在艾伦山ALH84001陨石中，人们发现了磁性纳米晶体，这些纳米晶体与我们在地球上发现的细菌非常相似。但我得说，不是每个人都相信这个理论。
克里斯:说到人们相信与否，也有人在研究人类是否有这些能力，我们只是忽略了它们，因为我们有更多的主导技能，比如我们的眼睛和GPS，所以我们倾向于抑制这些潜在的潜在磁敏感技能。
理查德:是的。我知道有人在研究这个，他们发现了一些有趣的结果。不幸的是，我不能谈论它，因为这是最高机密的研究，但我们可以说，有一些证据指向一个事实，大型灵长类动物，我们应该说，可能能够感知磁场。
我们能改造月球吗?
塔姆辛·贝尔邀请了来自开放大学的行星科学家大卫·罗瑟里来权衡乍得的这个问题。
有没有可能改造月球，让人类长期居住在那里?
Tamsin -我们在论坛上询问了我们的关注者的想法。用户diverjohn指出，月球离地球相对较近，居住在地下空间是可能的。我们甚至可以使用月球表面的太阳能电池板为我们供电。
我和开放大学的行星地球科学家大卫·罗瑟里谈过……
大卫:地球化通常被理解为意味着改变大气，从而也改变了一个物体的温度，给它一个我们可以生活的环境。所以就我们要在月球上生活而言，答案是否定的。因为月球的引力太弱，无法长期吸附水蒸气、氧气和氮气等相对较轻的分子。
即使你找到了一种方法，可以在月球表面释放出足够的这些气体，让它有一个可呼吸的大气层，你也必须不断地补充它，因为它泄漏到太空中。
塔姆辛——所以就像地球上所有“糟糕的初次约会”餐馆一样，月球上的餐馆也没有大气层……
大卫:问题不只是月球引力弱，月球没有磁场来偏转太阳风，所以太阳风总是在侵蚀大气层的顶部。
有一天，我们可能会在月球上找到一个最接近地球化环境的地方，那就是一个巨大的透明防漏圆顶。在里面填上适当的氧、二氧化碳、水蒸气和氮的混合物，使其或多或少与地球的大气相匹配，这样你就可能使穹顶内的平均温度对人类来说是舒适的，尽管夜晚要持续两周。在对土壤进行大量的研究，使其结构和微生物正确之后，你可能也可以在那里种植作物。
Tamsin -如果我们真的决定搬到月球上，我们当然需要行星…
大卫:人类在月球上生活的最大障碍，或者实际上是在太空中的任何地方，是从地球上运输你需要的任何资源的成本。如果我们能在目的地买到我们需要的大部分东西，而不是随身携带，事情就会容易得多，也便宜得多。
我们知道在月球两极附近的阴影环形山内有冰形式的水。你可以从月球岩石中释放出大量的氧气，这需要很大的能量。碳和氮可能不那么容易获得，所以我们可能需要在相当长一段时间内依赖地球。
塔姆辛-谢谢你把我们带回地球，大卫。
下次我们将继续讨论来自澳大利亚的汤姆的问题:为什么蓝糖黏糊糊的?
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