太阳一直都是人类歌颂的主要题材。对于我华夏民族太阳更有特殊的情感与意义。我国具有悠久的太阳文化,传说盘古开天地之后,身躯化为大地,眼睛就变为日月;《山海》有羲和生十日之说;加上羿射九日、夸父逐日等,关于太阳的大量神话、传说在我国广为流传,妇孺皆知,已经深深注入我们民族的血液之中。全国从北到南,从西到东发现了大量的太阳石刻、太阳画作及青铜造型,这些都实证了古代先民对于太阳的崇拜与认知。更有战国时期的《墨经》中光学成像的描述,彝族至今还保留使用的太阳历,还有我国特有的二十四节气,特别是日晷、阳燧及沈括在《梦溪笔谈》中所描述的透光镜,等等,无不彰显我国古代对太阳的认知的深度与广度,这些太阳文化与技术的积累一脉相承几千年,是人类社会发展的奇迹之一。毫无疑问,我国是太阳文化与科技的重要的发源地。
——中国绿色供应链联盟光伏专委会主任
长三角太阳能光伏技术创新中心主任
沈辉
《暾書房》是秀洲光伏科技馆推出的一档关于太阳和光伏的科普栏目,除了介绍光伏技术科普以外,还将重磅推出太阳文化科普,我们将收集中国历史上和国学中有关太阳传说、神话、诗词和祝颂语,提炼出相应的科普知识点并进行科学知识阐述。从人文美学到科学技术的完美过渡和无缝衔接,也是《暾書房》的着力和匠心之处。
光伏科技馆的科普工作,从心所欲“不逾矩”到“总逾矩”,说的是形式上可以无限创新,然而,不离其宗的是,一是要坚持知识的科学准确、二是要从晦涩讲到喜闻。太阳世界还有太多未知探索,从太阳文化到太阳应用,《暾書房》不仅面向业内光伏人,同样适合普及于社会公众。
——秀洲光伏科技馆馆长
中国绿色供应链联盟光伏专委会秘书长
吕芳
今日大寒,岁末至寒,亦是阳气暗生、迎春待暖之时。古人于此时观天察候,尤见其心:纵是严冬凛冽,阳光依然穿越层云,或织为朝晚霞绮,或化雨霁虹霓,以天空为画卷,默默书写自然流转的密码。这冬日天穹中稍纵即逝的绚丽,恰如光明在严寒中蕴藏的希望。《暾書房》此期便循着这缕亘古的阳光,探寻“气贯长虹”“云蒸霞蔚”背后,云、霞、虹、霓如何以科学机理,映照出人间绚烂的诗意与天地运行的节律。

《暾書房》第八期
气贯长虹·云蒸霞蔚·霓裳
“气贯长虹”,语出《礼记•聘义》:“气如白虹,天也”;又见明冯梦龙《喻世明言》:“于维巨卿;气贯虹霓;义高云汉”。贯:贯穿。长虹,虹彩。正义的精神直上高空,穿过彩虹。形容精神极其崇高,气概极其豪壮。
“云蒸霞蔚”,云霞盛起貌,喻景物绚烂缛丽。明皇甫涍《将命巡招從倚署阁》诗云:“霞蔚见层峦,花深隐群壑”;南朝梁刘勰《文心雕龙•时序》:“尔其绪绅之林,霞蔚而飚起”;唐杨系《通天台赋》:“若琼楼之霞蔚,照龙烛于昆丘”;清褚人获《坚瓠十集。册封牡丹诏》:“锦心绣口,簇簇能新;霞蔚云蒸,多多益辨。”
“霓裳”,神仙的衣裳,相传神仙以云为裳,现代通常被借指民族服饰汉服的美称。《楚辞。九歌。东君》:“青云衣兮白霓裳,举长矢兮射天狼。”元。袁桷《甓社湖》诗:“灵妃夜度霓裳冷,轻折菱花玩月明”。也做《霓裳羽衣曲》的略称,唐白居易《琵琶行》:“轻拢慢捻抹复挑,初为霓裳(此时念 nichang)后六幺”,《长恨歌》:“渔阳鼙鼓动地来,惊破霓裳羽衣曲。”
云、霞、虹、霓有什么不同?
云,是大气中的水蒸气遇冷液化成的小水滴或凝华成的小冰晶,它们混合组成的漂浮在空中的可见聚合物。云的形成,是在阳光驱动下形成的地球水循环的一部分。太阳光照在地球的表面,水蒸发形成水蒸气,低层大气温度高,可以容纳比较多的水汽:随着湿热气流抬升,高空温度逐渐低,水汽达到过饱和,水分子就会析出聚集在空气中的微尘(凝结核)周围,形成小水滴甚至小冰晶;在这些小水滴和小冰晶逐渐增多并达到人眼能辨认的程度时,我们所说的云就形成了。

云吸收从地面散发的热量,又将其反射回地面,这有助于使地面保温。不过云层上方也同时将太阳光直接反射回太空,使地面接收热量减少。哪种作用为主取决于云的形状和位置。一般来说,云主要有三种形态:一大团的积云、一大片的层云和纤维状的卷云。困际气象组织在 1929年按云的形状、组成、形成原因分为十大云属,方便气象学家描述云的状态、演变和它们对地球环境的影响。
各种云的厚薄相差很大,厚度可达7-8公里,薄的只有几十米。云的厚度和它与阳光的作用,决定了它的外观,如白云是它向阳一面反射了大部分阳光所致。很厚的云使光线很难透射过来,表现为乌云;稍微稍微薄一点的层状云和波状云,看起来是灰色。当阳光可以从云里投射出来时,由于云的组成有水滴也有冰晶,还会造成各种美丽的晕环、光弧或彩虹。日出和日落时,由于太阳光线是斜射过来的,还能形成美丽的云霞。
霞,指日出、日落时阳光通过厚厚的大气层被大量的空气分子散射,天空出现的彩色光象或彩云。当空中的尘埃、水汽等杂质愈多时,其色彩愈显著,向着绚丽的霞光,天空、山川、河流和建筑都被染成了极艳丽的红色或橙红色。
霞是主要出现在日出、日溶时分,因为此时太阳高度角很小,太阳光要穿过更厚的大气层才能到达地面。阳光中蓝、紫色等波长较短的光更容易被散射到四周,而波长较长的红、橙色光线则透过大气到达地表,从而造成红霞满天的现象【瑞利散射】。另外由于地表附近空气中水汽和悬浮微粒的存在,红光照到这些微粒上反射出来,好像形成了光的通路,所以让我们看到了“光芒万丈”的霞光【丁达尔现象】。

民谚说朝“霞不出门,晚霞行千里”,这是为什么呢?因为霞光和空气中的水汽含量有关,我国春夏季节又盛行东南风,朝霞的出现说明东方有大量水汽吹来,空气对流现象频繁,容易形成降水天气。晚霞的出现,则预示着西面的降水云系消耗殆尽了,阳光能透射过来,天气将会转晴了。
虹和霓,是由于阳光被大气中悬浮的水滴反射和折射而形成的自然现象。雨过天晴,空气中存在大量的水滴,这时太阳从我们身后照过来,我们会看到对面天空中出现彩色圆弧,颜色按光谱顺序排列。这种圆弧有时能见到两个甚至更多,内紫外红的彩色光带叫做虹,在虹的外侧如果有内紫外虹的第二道颜色较淡的彩带,就叫副虹或霓。在自然条件下,瀑布附近也会出现彩虹,在晴朗的天气下背对阳光在空中喷酒水雾,也可以制造人工彩虹。
在空中的小水滴是球形的,当阳光进入水滴时,在空气和水的界面上会发生折射,各种颜色的光折射角度略有差别从而形成光带,其中紫色光的折射程度最大,红色光的折射最小;折射光线在雨滴内遇到另一侧界面会发生反射,然后经过下方界面再次折射,光谱带被进一步扩展,随后射入观察者的眼睛,形成彩虹。所以彩虹是在千千万万颗水滴上发生折射、(内侧)反射、再次折射后形成的,它只会出现在和太阳相对的方向。霓是在水滴内发生了两次反射后再折射出来的。

彩虹的具体位置和圆弧完整度,随太阳高度和观察者所处的位置而变化。中午时分太阳高度比较高,不会出现彩虹(光线实际上反射到了地平线之下),所以傍晚更容易看到。在地面上我们看到彩虹一般是半圆的拱桥形,如果是在高山或飞机上,可能会看到完整的圆形。彩虹直径的宽度横跨84度,要拍摄眼睛所看到整个彩虹需要广角相机。
在缺乏光学知识的时代,古人往往以为虹是实体,认为是虹桥,甚至龙蛇形成的,如李白诗《焦山望松寥山》“安得五彩虹,架天作长桥。“不过早在北宋沈括的《梦溪笔说》就给出了相当科学的解释:“虹,日中水影也。日照雨,则有之。“17世纪英国科学家牛额通过棱镜分解阳光的实验,证明彩色光带是阳光色散形成的,他还证明,让光带再通过一个反向放置的棱镜,彩色光带又可以合成白色的阳光。出于当时文化对于7这个数字的神秘感,他把可见光谱划分成了七种颜色:红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫。靛指的是当时使用的一种颜料靛青。后人更倾向于把光谱划分为“红、橙、黄、绿、青、蓝、紫”七种,或把青色归入蓝色里成为六种。
结语
从云蒸霞蔚的绚烂到气贯长虹的壮丽,自然以光为笔,以水为墨,在天穹挥洒出霓裳般的画卷。理解其科学成因,方知古人观察之精微,亦让今人更能欣赏这份天地赠礼。






