当古人的匠心独运
遇见大自然的流光溢彩
便是最动人的邂逅
本周六将迎来冬至节气
届时
除了“金光穿洞”
北京还有两大“光影奇观”将亮相
而且它们只有在冬至日才能观赏到
这两大“光影奇观”在哪？
成因是啥？
请随记者一起去探秘吧！
颐和园十七孔桥
“金光穿洞”
每年冬至前后，在晴朗的傍晚，十七孔桥都会被落日余晖点亮，出现炫目迷人的“金光穿洞”景观，成为市民游客和摄影爱好者的网红打卡地。
市民游客站在桥的西北侧，可以看到金色的落日余晖逐渐“穿过”桥洞，犹如在桥洞内点满明灯，仿佛打开了时空穿越之门。
“金光穿洞”景观是怎样产生的？
傍晚时分的太阳高度角，为“金光穿洞”提供了适宜的光线高度。在冬至前后，太阳高度角随着太阳的东升西落，呈现“小—大—小”的变化过程。黄昏时分，太阳高度角很小，阳光照射方向几乎与湖面平行，有利于光线直接射入到桥洞内壁上，产生“金光穿洞”的效果。
黄昏时分的太阳方位角，为“金光穿洞”提供了适宜的照射角度。太阳方位角，即太阳照射方位在地面投影的角度，这一角度以目标位置的正北方为起始方向，太阳的入射方向为终止方向，按照顺时针方向逐渐增大。目标位置的太阳方位角与其所处的纬度、日期、时间等因素密切相关。十七孔桥所处纬度约为北纬40度，在冬至日的黄昏16时，太阳方位角近似值为231度，即“金光穿洞”发生时刻，太阳位于桥的西南侧。
十七孔桥并非完全东西向，而是东端略偏南、西端略偏北，这使得傍晚的阳光并非完全穿过桥洞，部分光线照射到了每个桥洞的东侧内壁上。黄昏时段，如果站在桥的西北侧，可以看到桥洞东侧内壁的金光。随着太阳方位角进一步增大，光线与桥体夹角进一步减小，照射到桥洞东侧内壁的阳光量逐渐减小，最终形成阳光“穿洞”的视觉效果。
黄昏时分阳光的散射作用，为“金光穿洞”提供了适宜的色彩来源。太阳光穿过大气层到达地面，大气层对阳光具有散射作用。即在大气中的气体分子、悬浮微粒的作用下，太阳光不能直线前进，而是四面八方分散射开，产生散射现象。傍晚的温度比白天低，大气层比白天更厚，阳光穿过厚厚的大气层到达地球表面时，会发生更加明显的散射。
太阳光在黄昏时分抵达十七孔桥的时候，为什么桥洞呈现的是橙黄色的光芒呢？
原来，太阳光中青、蓝、紫等波长较短的光在大气中产生了大量散射，而红、橙、黄等波长较长的光大量抵达桥体。因此快到日落时，红、橙、黄混合呈现金黄色，照射在桥洞中，呈现出美不胜收的“金光穿洞”效果。而且随着夕阳西下，金光的色彩又在不断发生变化。到日落时分，阳光穿透的大气层厚度增加，橙、黄等单色光亦产生散射，照射到桥体的阳光以红色光为主，桥洞呈现出“红光穿洞”的效果。
十七孔桥的建造艺术，为“金光穿洞”提供了极佳的光线载体。从立面看，石拱桥由桥面、拱圈、桥墩等部分组成。其中，桥面为优雅的抛物线形，犹如湖面上的一道优美曲线，呈现长虹卧波的视觉效果。17个拱圈呈对称分布，洞口尺寸由中间向两边逐渐减小，产生极强的韵律感。各拱圈通过石块的堆叠，产生侧向挤压力，不仅有力地支撑了桥面传来的重量，并将该重量传递给桥墩，而且圆弧状的拱洞产生柔和圆润之感，凸显拱圈的曲线之美。硕大的方形桥墩与柔美的弧形拱圈和谐一体，形成力与美的巧妙融合。不仅如此，桥体为实，桥洞为虚，金色的光芒穿过桥洞，照射在内壁上，增添了桥体如梦如幻的意境，凸显出十七孔桥的建筑之美。
温馨提示
1
拍摄时间
最佳观赏期：每年冬至日前后
黄金拍摄时段：约每天下午16:10开始，持续约30分钟。
2
拍摄点位推荐
南湖岛：“金光穿洞”经典拍摄机位
静明园：可拍摄到“金光穿洞”与中央电视塔同框美景
3
设备
手机/相机、电池、保暖衣物
地址：北京市海淀区新建宫门路19号
故宫乾清宫“点亮金匾”
每年冬至前后的正午时分，太阳光照射到故宫乾清宫地面的金砖后反射到“正大光明”匾上，阳光由西向东将“正大光明”匾和下面的五条金龙依次照亮，散发出金色的光芒。
金匾如何被“点亮”？
乾清宫内“正大光明”匾额在冬至日被“点亮”，与乾清宫的建筑布局、太阳高度角、金砖地面的反射、太阳东升西落的规律、屋檐出挑做法等多个因素密切相关。
乾清宫坐北朝南的建筑布局形式，是“点亮金匾”的重要前提。建筑的长度方向与东西向平行，宽度方向与南北向平行，南立面每间房均开设隔扇门或槛窗，北立面一般只在明间开设用于出入通道的隔扇门。北京位于北回归线以北，因此我们看到，太阳自东南向升起，西南向降落，终年都是由偏南方向照射，因而建筑的南立面利于采光。
正午时分阳光照射乾清宫示意图
冬至日的太阳高度角，是“点亮金匾”的必备条件。太阳高度角是太阳照射方向与地平面的夹角。每天正午时分，太阳处于正南方位，为阳光照射到正大光明匾额提供了良好条件。在一年中，每天正午时分的太阳高度角并不相同，就北京而言，冬至日正午的太阳高度角很小，阳光很容易越过屋檐照射到殿内深处，且反射到正大光明匾额位置。
乾清宫内的金砖地面，是“点亮金匾”的另一个因素。金砖产于苏州城北的陆慕镇余窑村，铺墁工艺苛刻复杂，其中包含“使灰钻油”工序，在铺墁完的砖面层上分3次浇筑桐油：第1次在干透的地面上刷生桐油1-2遍，第2次用麻丝搓1-2遍灰油，第3次刷1-2遍光油。浇筑后的金砖地面坚固密实，光亮如镜。冬至日正午的阳光照射在金砖地面，产生了镜面反射，反射后的光束汇聚到“正大光明”匾额，以及下方的五条金龙位置，使其熠熠生辉。
冬至日的正午前后，阳光由西向东依次点亮匾额的“明”“光”“大”“正”字样，及下方的五条龙。为什么会形成这样的次序呢？
从地球上看，太阳每日东升西落。冬至日这天，正午前太阳位置在乾清宫的东南侧，阳光的照射方向为西北向，因而首先点亮“明”字及西边的龙；在正午时，太阳的位置在乾清宫的正南侧，阳光照射的方向为正北，“光”“大”字及下方正中间部位的龙最亮；正午后，太阳的位置在乾清宫的西南侧，阳光照射的方向为东北向，因而“正”字及下方最东侧的龙最亮。
乾清宫出挑的屋檐，是“点亮金匾”的助力神器。故宫古建筑屋顶檐部向外挑出，使得屋面形成优美的曲线，称为挑檐做法。故宫古建筑屋面檐口出挑的尺寸，一般为柱高的1/3左右。这不仅增加了建筑的造型之美，而且有利于控制光线照射范围，即太阳高度角较大时（夏天），进入室内的光线少；太阳高度角小时（冬天），进入室内的光线多。
温馨提示
1
最佳拍摄时间
每年冬至日11:20-12:00
2
拍摄点位推荐
乾清宫门口
3
设备
手机/相机、电池、保暖衣物
地址：北京市东城区景山前街4号
天坛皇穹宇“高光时刻”
乾隆皇帝曾在南郊祭天时写下的诗句：“瑞叶霏微达曙连，正逢阳复祀皇乾”，描绘了天坛冬至祭天时的盛大场景。
明清时期，每年冬至日都会在天坛圜丘举行隆重的祭天大典。坐落在圜丘北侧的皇穹宇，本来是存放祭天牌位的仓库，但在冬至日正午时分，会有一束光穿过皇穹宇大殿，聚光灯般照在大殿最深处的“皇天上帝”神版之上，形成“光照神版”的冬至奇观，给古老而神圣的祭坛增添了几分神秘的色彩。
这奇妙的光学现象是如何产生的，这束光又是从哪里来的呢？
众所周知，地球自转时，赤道平面与围绕太阳公转的黄道平面之间存在黄赤交角约23°26′，一年中太阳直射点会在地球南北回归线之间来回移动，形成了四季节律和节气变化，也带来了有规律的光线变化。北京在冬至日这一天，北半球达到一年中正午太阳高度角的最小值，此时光线会穿过天坛皇穹宇南侧的门窗照射到殿内最深处。
那么，冬至日的这束光会被建筑阻挡吗？
从古建筑建造角度来看，这束光并不会被阻挡。中国古人早就将天文学对建筑设计的影响体现在宫殿的建造中，大凡重要的建筑以“坐北朝南”为最佳，高耸的屋顶和深远的出檐设计既满足冬季纳光，又满足夏季遮阳的需求。天坛皇穹宇坐北朝南，出檐与柱高之间的比例关系是依据建筑体量和功能设计的。以夏至日与冬至日正午光线现象为对比，夏至日正午时分光线会被深远的出檐阻挡殿外，而冬至日正午时分的光线会最大限度地照射到大殿深处的石板上。
这束光又是如何一跃而起聚焦在“皇天上帝”神板之上呢？
这就要说到物理学中光的反射现象了。皇穹宇大殿内地面铺装了青石材质，每一块石料都经过工匠精心打磨和桐油浸泡，质地紧密，表面光滑，是发生镜面反射的必备条件。冬至日正午时分穿过大殿的光线照射到石板上，遵循光的反射规律，又以同一角度射出，最终聚焦在了“皇天上帝”神版上，也就是我们今天在皇穹宇大殿内看到的这一奇妙的光学现象。
温馨提示
1
时间
每年冬至日11:20-12:00
2
点位
天坛公园皇穹宇
3
设备
手机/相机、三脚架（非商拍）、电池、保暖衣物
地址：北京市东城区天坛东里甲1号
北京
这座拥有800余年历史的古都
其文物古迹中蕴含的丰富科学文化
让我们更加深刻感受到古人的智慧
