介绍科技原理地球极光是怎样形成的？《张朝阳的物理课》解读科学原理

用户投稿 2025年09月15日 00:24:01 8 0

地球极光是怎样形成的？《张朝阳的物理课》解读科学原理

通电螺线管的磁场是怎样分布的？质谱仪与回旋加速器的原理是怎样的？为什么在地球两极存在极光？8月7日，《张朝阳的物理课》第七十七期开播，张朝阳坐镇搜狐视频直播间，介绍怎么计算通有反向电流的无穷长直导线中垂线上的磁场以及无穷长螺线管的磁场分布，讨论质谱仪、回旋加速器的物理原理，解释了地球极光的形成原因。

张朝阳带着网友们复习了电动力学中常用的六个方程，然后开始介绍求电流产生的磁感应强度的一些例子，其中包括无穷长反向电流对在中垂线上的磁感应强度与无穷长螺线管的磁场分布。从无穷长反向电流对的例子可以知道，通过让导线成对组合，可以大大降低外部的磁场大小，从而有效降低磁场对外界的影响。对螺线管的计算表明，通电螺线管的外部磁场为0，螺线管空腔内的磁场是均匀磁场，这在工业上非常有用。

然后，张朝阳介绍了带电粒子在磁场中的受力情况，并介绍了带电粒子在均匀磁场中的运动：如果带电粒子以垂直磁场的速度运动，那么它将作圆周运动；如果带电粒子以倾斜的速度运动，那么带电粒子将会绕着磁感线前进。他分析，即使在磁感线偏转的情况下，带电粒子仍然会绕着磁感线前进。根据带电粒子在磁场中的运动规律，张朝阳给网友们科普了质谱仪与回旋加速器的原理。

张朝阳介绍，地磁场使得太阳分中的高能带电粒子绕着磁感线前进去到地球的两极，这些高能带电粒子在两极接近大气层后就会激发空气分子，使得这些空气分子释放出美丽的极光，也正因为这一点，地球两极的高能粒子辐射高于赤道的。

目前，《张朝阳的物理课》已直播七十余期，内容丰富、覆盖广泛，理论公式由浅入深、繁简交融。此外，在直播方面，搜狐视频正持续打造知识直播平台，邀请各个科学领域的头部播主入驻，进行科普知识直播。（柯岩）

来源：光明网

「科学原理」神奇的“万能细胞”——干细胞

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人体内有各种各样各司其职的细胞，白细胞、淋巴细胞保护我们免受细菌及病毒的侵害，红细胞携带氧气，血小板可以凝血……除了这些，人体内还有一种细胞功能更复杂，那就是有“万能细胞”之称的干细胞。

要知道，人体内的细胞都是有寿命的，例如红细胞一般有120天左右的寿命，120天后全新的红细胞就会代替那些老去的红细胞。那么，新的红细胞从何而来？其实，新的红细胞就是由干细胞中的造血干细胞分化而来。

这就不得不提干细胞的五个特征：一是自我更新，指细胞分裂增殖的过程，产生的子代细胞仍维持亲代细胞的原始特性，比如，肝移植供者切除3/4的肝脏，可以在两周内完全恢复成原样。二是克隆源性，即单个细胞具有创造更多相同细胞的能力，一个细胞能复制成两个完全一样的细胞。三是高度分化潜能，即能向不同的组织分化。例如我们临床上已经成熟应用的白血病治疗方法——造血干细胞移植，其实就是利用了造血干细胞的分化功能，相当于更换了正常的干细胞。四是可塑性，指干细胞具有分化为其他类型组织细胞的能力。例如骨髓造血干细胞可以在适合的环境下分化为和脑组织的神经同类型的神经细胞。五是生物学特征，干细胞要想维持自我更新和分化的特性，需要特定的干细胞微环境，在不同的微环境中，干细胞可以发挥不同的能力。

干细胞还是个大家族，根据不同的标准，可有多种分类。例如，根据来源不同，干细胞可分为胚胎干细胞和成体干细胞两大类。胚胎干细胞主要来自囊胚的内细胞团，是一种高度未分化细胞；成体干细胞是对胎儿、儿童和成人组织中存在的多潜能干细胞的统称。相比于胚胎干细胞，成体干细胞来源较广，相对容易获取，并且源于患者自身的成体干细胞在应用时不存在组织相容性的问题，可避免移植排异反应和使用免疫抑制剂。

按照发育潜能，干细胞又可分为全能干细胞、多能干细胞、单能干细胞三大类。全能干细胞是指能够发育成具有各种组织器官的完整个体潜能的细胞，如受精卵；多能干细胞虽然能分化出多种细胞组织，但并不能发育成完整的个体，如胚胎干细胞；单能干细胞是指只能向单一方向分化、产生一种或几种密切相关类型的细胞，如造血干细胞、神经干细胞、心脏干细胞等。

当前，干细胞研究已经成为医学领域和生物医学领域的热点之一。经过多年的研究积累，我国在干细胞研究领域也已取得了诸多成就，如利用干细胞开展脊髓损伤修复已初见成效。相信不久的将来，随着干细胞理论的日臻完善和干细胞技术的不断发展，“万能细胞”将为人类健康做出更多贡献。

本文由北京市第六十五中学高级教师李艳芝进行科学性把关。