當(dāng)古人的匠心獨運遇見大自然的流光溢彩，便是最動人的邂逅，本周六將迎來冬至節(jié)氣，屆時除了“金光穿洞”，北京還有兩大“光影奇觀”將亮相，而且它們只有在冬至日才能觀賞到，這兩大“光影奇觀”在哪？成因是啥？請隨小編一起去探秘吧！

頤和園十七孔橋

“金光穿洞”

每年冬至前后，在晴朗的傍晚，十七孔橋都會被落日余暉點亮，出現(xiàn)炫目迷人的“金光穿洞”景觀，成為市民游客和攝影愛好者的網(wǎng)紅打卡地。

市民游客站在橋的西北側(cè)，可以看到金色的落日余暉逐漸“穿過”橋洞，猶如在橋洞內(nèi)點滿明燈，仿佛打開了時空穿越之門。

“金光穿洞”景觀是怎樣產(chǎn)生的？

傍晚時分的太陽高度角，為“金光穿洞”提供了適宜的光線高度。在冬至前后，太陽高度角隨著太陽的東升西落，呈現(xiàn)“小—大—小”的變化過程。黃昏時分，太陽高度角很小，陽光照射方向幾乎與湖面平行，有利于光線直接射入到橋洞內(nèi)壁上，產(chǎn)生“金光穿洞”的效果。

黃昏時分的太陽方位角，為“金光穿洞”提供了適宜的照射角度。太陽方位角，即太陽照射方位在地面投影的角度，這一角度以目標(biāo)位置的正北方為起始方向，太陽的入射方向為終止方向，按照順時針方向逐漸增大。目標(biāo)位置的太陽方位角與其所處的緯度、日期、時間等因素密切相關(guān)。十七孔橋所處緯度約為北緯40度，在冬至日的黃昏16時，太陽方位角近似值為231度，即“金光穿洞”發(fā)生時刻，太陽位于橋的西南側(cè)。

十七孔橋并非完全東西向，而是東端略偏南、西端略偏北，這使得傍晚的陽光并非完全穿過橋洞，部分光線照射到了每個橋洞的東側(cè)內(nèi)壁上。黃昏時段，如果站在橋的西北側(cè)，可以看到橋洞東側(cè)內(nèi)壁的金光。隨著太陽方位角進一步增大，光線與橋體夾角進一步減小，照射到橋洞東側(cè)內(nèi)壁的陽光量逐漸減小，最終形成陽光“穿洞”的視覺效果。

黃昏時分陽光的散射作用，為“金光穿洞”提供了適宜的色彩來源。太陽光穿過大氣層到達地面，大氣層對陽光具有散射作用。即在大氣中的氣體分子、懸浮微粒的作用下，太陽光不能直線前進，而是四面八方分散射開，產(chǎn)生散射現(xiàn)象。傍晚的溫度比白天低，大氣層比白天更厚，陽光穿過厚厚的大氣層到達地球表面時，會發(fā)生更加明顯的散射。

太陽光在黃昏時分抵達十七孔橋的時候，為什么橋洞呈現(xiàn)的是橙黃色的光芒呢？

原來，太陽光中青、藍、紫等波長較短的光在大氣中產(chǎn)生了大量散射，而紅、橙、黃等波長較長的光大量抵達橋體。因此快到日落時，紅、橙、黃混合呈現(xiàn)金黃色，照射在橋洞中，呈現(xiàn)出美不勝收的“金光穿洞”效果。而且隨著夕陽西下，金光的色彩又在不斷發(fā)生變化。到日落時分，陽光穿透的大氣層厚度增加，橙、黃等單色光亦產(chǎn)生散射，照射到橋體的陽光以紅色光為主，橋洞呈現(xiàn)出“紅光穿洞”的效果。

十七孔橋的建造藝術(shù)，為“金光穿洞”提供了極佳的光線載體。從立面看，石拱橋由橋面、拱圈、橋墩等部分組成。其中，橋面為優(yōu)雅的拋物線形，猶如湖面上的一道優(yōu)美曲線，呈現(xiàn)長虹臥波的視覺效果。17個拱圈呈對稱分布，洞口尺寸由中間向兩邊逐漸減小，產(chǎn)生極強的韻律感。各拱圈通過石塊的堆疊，產(chǎn)生側(cè)向擠壓力，不僅有力地支撐了橋面?zhèn)鱽淼闹亓?，并將該重量傳遞給橋墩，而且圓弧狀的拱洞產(chǎn)生柔和圓潤之感，凸顯拱圈的曲線之美。碩大的方形橋墩與柔美的弧形拱圈和諧一體，形成力與美的巧妙融合。不僅如此，橋體為實，橋洞為虛，金色的光芒穿過橋洞，照射在內(nèi)壁上，增添了橋體如夢如幻的意境，凸顯出十七孔橋的建筑之美。

溫馨提示

拍攝時間

最佳觀賞期：每年冬至日前后

黃金拍攝時段：約每天下午16:10開始，持續(xù)約30分鐘。

拍攝點位推薦

南湖島：“金光穿洞”經(jīng)典拍攝機位

靜明園：可拍攝到“金光穿洞”與中央電視塔同框美景

設(shè)備

手機/相機、電池、保暖衣物

地址：北京市海淀區(qū)新建宮門路19號

故宮乾清宮“點亮金匾”

每年冬至前后的正午時分，太陽光照射到故宮乾清宮地面的金磚后反射到“正大光明”匾上，陽光由西向東將“正大光明”匾和下面的五條金龍依次照亮，散發(fā)出金色的光芒。

金匾如何被“點亮”？

乾清宮內(nèi)“正大光明”匾額在冬至日被“點亮”，與乾清宮的建筑布局、太陽高度角、金磚地面的反射、太陽東升西落的規(guī)律、屋檐出挑做法等多個因素密切相關(guān)。

乾清宮坐北朝南的建筑布局形式，是“點亮金匾”的重要前提。建筑的長度方向與東西向平行，寬度方向與南北向平行，南立面每間房均開設(shè)隔扇門或檻窗，北立面一般只在明間開設(shè)用于出入通道的隔扇門。北京位于北回歸線以北，因此我們看到，太陽自東南向升起，西南向降落，終年都是由偏南方向照射，因而建筑的南立面利于采光。

正午時分陽光照射乾清宮示意圖

冬至日的太陽高度角，是“點亮金匾”的必備條件。太陽高度角是太陽照射方向與地平面的夾角。每天正午時分，太陽處于正南方位，為陽光照射到正大光明匾額提供了良好條件。在一年中，每天正午時分的太陽高度角并不相同，就北京而言，冬至日正午的太陽高度角很小，陽光很容易越過屋檐照射到殿內(nèi)深處，且反射到正大光明匾額位置。

乾清宮內(nèi)的金磚地面，是“點亮金匾”的另一個因素。金磚產(chǎn)于蘇州城北的陸慕鎮(zhèn)余窯村，鋪墁工藝苛刻復(fù)雜，其中包含“使灰鉆油”工序，在鋪墁完的磚面層上分3次澆筑桐油：第1次在干透的地面上刷生桐油1-2遍，第2次用麻絲搓1-2遍灰油，第3次刷1-2遍光油。澆筑后的金磚地面堅固密實，光亮如鏡。冬至日正午的陽光照射在金磚地面，產(chǎn)生了鏡面反射，反射后的光束匯聚到“正大光明”匾額，以及下方的五條金龍位置，使其熠熠生輝。

冬至日的正午前后，陽光由西向東依次點亮匾額的“明”“光”“大”“正”字樣，及下方的五條龍。為什么會形成這樣的次序呢？

從地球上看，太陽每日東升西落。冬至日這天，正午前太陽位置在乾清宮的東南側(cè)，陽光的照射方向為西北向，因而首先點亮“明”字及西邊的龍；在正午時，太陽的位置在乾清宮的正南側(cè)，陽光照射的方向為正北，“光”“大”字及下方正中間部位的龍最亮；正午后，太陽的位置在乾清宮的西南側(cè)，陽光照射的方向為東北向，因而“正”字及下方最東側(cè)的龍最亮。

乾清宮出挑的屋檐，是“點亮金匾”的助力神器。故宮古建筑屋頂檐部向外挑出，使得屋面形成優(yōu)美的曲線，稱為挑檐做法。故宮古建筑屋面檐口出挑的尺寸，一般為柱高的1/3左右。這不僅增加了建筑的造型之美，而且有利于控制光線照射范圍，即太陽高度角較大時（夏天），進入室內(nèi)的光線少；太陽高度角小時（冬天），進入室內(nèi)的光線多。

溫馨提示

最佳拍攝時間

每年冬至日11:20-12:00

拍攝點位推薦

乾清宮門口

設(shè)備

手機/相機、電池、保暖衣物

地址：北京市東城區(qū)景山前街4號

天壇皇穹宇“高光時刻”

乾隆皇帝曾在南郊祭天時寫下的詩句：“瑞葉霏微達曙連，正逢陽復(fù)祀皇乾”，描繪了天壇冬至祭天時的盛大場景。

明清時期，每年冬至日都會在天壇圜丘舉行隆重的祭天大典。坐落在圜丘北側(cè)的皇穹宇，本來是存放祭天牌位的倉庫，但在冬至日正午時分，會有一束光穿過皇穹宇大殿，聚光燈般照在大殿最深處的“皇天上帝”神版之上，形成“光照神版”的冬至奇觀，給古老而神圣的祭壇增添了幾分神秘的色彩。

這奇妙的光學(xué)現(xiàn)象是如何產(chǎn)生的，這束光又是從哪里來的呢？

眾所周知，地球自轉(zhuǎn)時，赤道平面與圍繞太陽公轉(zhuǎn)的黃道平面之間存在黃赤交角約23°26′，一年中太陽直射點會在地球南北回歸線之間來回移動，形成了四季節(jié)律和節(jié)氣變化，也帶來了有規(guī)律的光線變化。北京在冬至日這一天，北半球達到一年中正午太陽高度角的最小值，此時光線會穿過天壇皇穹宇南側(cè)的門窗照射到殿內(nèi)最深處。

那么，冬至日的這束光會被建筑阻擋嗎？

從古建筑建造角度來看，這束光并不會被阻擋。中國古人早就將天文學(xué)對建筑設(shè)計的影響體現(xiàn)在宮殿的建造中，大凡重要的建筑以“坐北朝南”為最佳，高聳的屋頂和深遠的出檐設(shè)計既滿足冬季納光，又滿足夏季遮陽的需求。天壇皇穹宇坐北朝南，出檐與柱高之間的比例關(guān)系是依據(jù)建筑體量和功能設(shè)計的。以夏至日與冬至日正午光線現(xiàn)象為對比，夏至日正午時分光線會被深遠的出檐阻擋殿外，而冬至日正午時分的光線會最大限度地照射到大殿深處的石板上。

這束光又是如何一躍而起聚焦在“皇天上帝”神板之上呢？

這就要說到物理學(xué)中光的反射現(xiàn)象了?；蜀酚畲蟮顑?nèi)地面鋪裝了青石材質(zhì)，每一塊石料都經(jīng)過工匠精心打磨和桐油浸泡，質(zhì)地緊密，表面光滑，是發(fā)生鏡面反射的必備條件。冬至日正午時分穿過大殿的光線照射到石板上，遵循光的反射規(guī)律，又以同一角度射出，最終聚焦在了“皇天上帝”神版上，也就是我們今天在皇穹宇大殿內(nèi)看到的這一奇妙的光學(xué)現(xiàn)象。

溫馨提示

時間

每年冬至日11:20-12:00

點位

天壇公園皇穹宇

設(shè)備

手機/相機、三腳架（非商拍）、電池、保暖衣物

地址：北京市東城區(qū)天壇東里甲1號

北京，這座擁有800余年歷史的古都，其文物古跡中蘊含的豐富科學(xué)文化，讓我們更加深刻感受到古人的智慧，你還知道哪些季節(jié)限定奇觀？