地光和极光都是大气里的电现象，我国古代在这方面有极其丰富的记录。

发生地震之前，地面会出现一种类似闪电的亮光，称为地震电光，简称地光。它的成因至今还不甚清楚。大致说来，是在强烈的地震及其前后，震源及其附近岩层的电场强度往往增强，大气的电场强度也跟着增强。同时，地震活动使地下大量气体沿裂缝进入大气。这些气体在地壳中上升时，被地壳的电场所电离，进入大气，更增强了大气的电场。当大气电场强大到某种程度，就能使空气放电而发出亮光，这就是地光。

我国古代关于地光的记载，以各地方志里为最多，例如：

《成都志》记载：公元293年2月4日，成都发生地震之前，“有火光入地”。

《万历实录》记载：公元1509年5月26日夜里，“武昌府见碧光闪烁如电者六、七次，隐隐有声如雷鼓，已而地震”。

《正德实录》记载：公元1513年12月30日，四川隽县“有火轮见空中，声如雷，次日成戌地震”。

《江陵县志》记载：公元1631年8月15日深夜，湖北江陵发生地震之前“天忽通红”。

《沅江县志》记载：公元1637年4月8日湖南沅江发生地震前，“子时天响有光，移时地震一刻”。

《颖上县志》记载：公元1652年8月24日，安徽颖上地震发生时，“红光遍邑”。

《潥阳县志》记载：公元1846年秋天，江苏溧阳地震前，“有赤光自北而南”。

所有这些文字里的“火光”、“电火”、“红光”、“赤光”、“碧光”等等都是古人形容地光的名词。上述这些记载是如此确切、生动，它们是科学史上极其珍贵的资料。它们的意义在于地光能够反映岩层的活动，和地震有着密切的内在联系，尤其是有助于临震预报。

例如1976年5月29日云南省的龙陵、潞西一带发生强烈的地光，当地有关人员即据以发出地震警报，疏散群众，避免了重大的伤亡。

极光是一种美丽的自然现象，给人们以迷人的感觉。由于它通常出现在两极地区而得名，极光有北极光和南极光。我国地处北半球，故只能看到北极光。一般来说，高纬度地区看到极光的机会比较多，但在中低纬度地区偶尔也可以看到，不过亮度要弱得多。

在晴朗的夜晚，我国最北部地区有时会看到天空中出现条光弧或光带，犹如蛇龙游动，彩练飞舞；有时也会看见云状的光块或光幕，似乎是红霞映天，礼花飞，光怪陆离，千变万化。

这瑰丽的极光是怎样形成的呢？这个问题很早就有人提出，战国时代的诗人屈原在《天问》中就发问道：“日安不到，烛龙何照？”就是说北方的上空既然不能受到太阳光的照射，那么烛龙(极光的一种古代名称)之类的大气发光现象的能源来自何方？

一般认为极光的原因在于：太阳发射出来的无数带电粒子受到地球磁场的作用，运动方向发生改变，它们沿着地球磁力线降落到南、北磁极近的高空层，并以高速钻入大气层，这些带电粒子眼大气中的分子、原子碰撞，致使大气处于电离并发光，这就是极光。各种原子发出不同的色光，所以极光呈现五彩缤纷的颜色；一般为黄绿色，也有白色、红色、蓝色、灰紫色，或者兼而有之。

我国古代关于极光的记载很早。远在几千年前传说的黄帝时代曾出现过“大电光绕北斗枢星”。这可能是我国最早的极光记录。

《汉书》上载有世界上较早且最精确的极光记录：

“孝成建始元年九月成子，有流星出文昌，色白，光烛地，长可四丈，大一围，动摇如龙蛇形。有顷，长可五六丈，大四围所，诎折委曲，贯紫宫西，在斗西北子亥间。后出如环，北方不合，留一刻所。”

这段话的意思是这样：孝成建始元年九月戊子，相当于公元前32年10月27日；“流星”就是极光；“文昌”是文昌星座，就是指极光出现的方位；“色白，光烛地”是记录下来的颜色和亮度；“长可四丈，大一围”和“长可五六文，大四围所”是描写极光的大小范围。文章又描写了极光的变化：“动播如龙蛇形”，指极光开始时摆动的状态；“诎折委曲”(“诎”通“屈”)，意思是说后来屈折得更厉害，“贯紫宫西，在斗西北子亥间”，就是说极光贯穿紫官星座西面，直到北斗西北方向，子(正北)亥(北30°西)之间。“后诎如环，北方不合”，就是说极光最后弯曲成环状，只留下北方缺口。“留一刻所”表示极光逗留一刻钟左右(相当现在的14分)。

上文仅有七十多字，就描绘了极光出现的时间、地点、色彩、明亮度、运动状态、范围、大小、方位与停留时间等。如此精辟齐备的记录，完全符合现代世界上极光观察站的要求。难怪日本科学家与史学家大加赞赏：“我们对公元前一世纪汉代人自然科学记述的精确不能不感到惊异。”

我国古代关于极光的记载是很丰富的，大多数记载是比较明确的。当时没有极光的名称，而是根据各种极光现象的形状、大小、动静、变化、颜色等分别加以称谓。

这种分类命名法，最早见于《史记・天官书》。可见至少在公元前世纪就有这种分类命名法。清顺治九年(1652年)，黄鼎的《管窥辑要》卷16“祥异”部分就绘有极光的草图，其中有些图绘制得很好，与现代极光摄影几乎完全一样，但也有些图是牵强附会的。

极光是研究日地关系的一项重要课题，它眼天体物理学和地球物理学都有密切的关系。特别是在古代，既无精密的天文仪器观察太阳活动，又无仪器记录地磁、电离层各种扰动情况，所以古代记载下来的极光史料可以说是无价之宝。

它可以帮助人们了解过去太阳活动、地磁、电离层等变动的规律，还可以探讨古地磁极位置的变迁过程。

上面所列举的电学知识，当然还是零星的、点滴的，大都是对一些电现象的记录或描述。尽管如此，这些知识仍不失为电学发展史的一部分。电学也和一切学科一样，不可能是突然诞生的，而必然遵循着辩证的发展过程，经历了从简单到复杂，从低级到高级的各个阶段。我国古代的历史条件下不可能产生近代电学，但它仍然是奴隶社会和封建社会里所可能作出的光辉贡献，其价值和意义是不能低估的。

我国古代对光的认识是和生产、生活实践紧密相连的。它起源于火的获得和光源的利用，以光学器具的发明、制造及应用为前提条件。在光学发展的道路上，我们的祖先在实践过程中学会并总结了大量的光学知识，曾经作出过重大的贡献。

古代光学科技，主要体现在对光源的认识和利用、对大气光现象的观测、实验证明小孔成像，以及光学仪器的研制等方面。

其中有多项成果具有世界先进水平，既震惊了世界科学界，也给我们留下了深刻的启迪。

在冷光源方面，不管对于二次发光的荧光还是低温氧化的磷光，我国古代都有不同程度的认识。西汉的《淮南子》最早记载了这件事，“俶真训”中所谓“木色翳……”就是指的荧光现象。东汉高诱注释这一段说：“……剥取其皮，以水浸之，正青……”。木的皮就是中药秦皮，含有秦皮甲素、秦皮乙素、秦皮甙及秦皮素等化学物质，能发荧光。其水浸液在薄层层板上确实可以见到紫色、浅**等荧光。《淮南子》的记载可以说是迄今所知对荧光现象的最早记载。《礼记•月令》中记载过腐败的草发荧光的事实，《礼记》成书可能也在西汉。

光源自宇宙形成就有了，比如会发光的星体就是最早的光源。古人对光源的认识和利用，最初是从人造光源与自然光源，热光源与冷光源等开始的。

我国古代对光源的认识起步很早，并能及时充分地加以利用，是古代物理学方面的一项重要成果。

光源是光学研究的基本条件，我国古代对热光源与冷光源，自然光源与人造光源等方面都有一些值得称道的知识。

人造光源是随着人类的文明、科学技术的发展而逐渐制造出来的光源，按先后出现顺序分别有了：火把、油灯、蜡烛和电灯等。

作为自然光源，当然是以太阳为主，在夜晚还有月亮。取火方法的发明，使人们比较自由地获得了人造光源，那当然都是热光源。

在冷光源方面，不管对于二次发光的荧光还是低温氧化的磷光，我国古代都有不同程度的认识。

西汉时期的《淮南子》最早记载了梣木发光这件事。梣木含有某种化学物质，能发荧光。其水浸液在薄层层板上确实可以见到紫色、浅**等荧光。

《淮南子》的记载可以说是迄今所知对荧光现象的最早记载。此外，《礼记·月令》中也记载过腐败的草发荧光的事实。

对于磷光，《淮南子·汜论训》说道：“久血为磷。”高诱注认为，血在地上“暴露百日则为磷，遥望炯炯若燃也”。东汉时期著名的思想家、文学理论家王充的无神论著作《论衡》也指出：“人之兵死也，世言其血为磷。”

这些看法是正确的。因为人体的骨、肉、血和其他细胞中含有丰富的磷化合物，尤以骨头中的含量为最高。在一定条件下，人体腐烂后体内的磷化合物分解还原成液态磷化氢，遇氧就能自燃发光。

西晋时期文学家张华所著《博物志》一书对于磷光的描写，尤其细微具体。作者已经不再把磷火说成“神灯鬼火”，而能够细微地观察它，明确指出它是磷的作用。这不能不说是一种有价值的见解。北宋时期大科学家沈括《梦溪笔谈》也记载了一件冷光现象。

记述了化学发冷光与生物化学发冷光两种自然现象。前者是磷化氢，液体在空气中自燃而发光；后者咸鸭卵发光是由于其中的荧光素在荧光酶的催化作用下与氧化合而发光，而其中的三磷腺苷能使氧化的荧光素还原，荧光素再次氧化时还会发光。

明代诗人陆容《菽园杂记》也记载了荧光与几种磷光的现象，并指出了磷光与荧光都是不发火焰的，因此可以归为一类。

清代科学家郑复光对此有一段很精彩的记述：“光热者为阳，光寒者为阴。阳火不烦言说矣。阴火则磷也、萤也、海水也，有火之光，无火之暖。”认识又进了一步。

油灯

取火的方法和对火的认识

我国古代取火的工具称为“燧”，有金燧、木燧之分。金燧取火于日，木燧取火于木。根据我国古籍的记载，古时常用“夫燧”、“阳燧”（实际上是一种凹面镜，因用金属制成，所以统称为“金燧”）来取火。《周礼·秋官司寇》中就有“司烜氏，掌以夫燧，取明火于日”的记载。《庄子》中写道：“阳燧见日，则燃而为火。”王充的《论衡·乱龙篇》中明确指出：“今使道之家，铸阳燧取飞火于日。”古时人们在行军或打猎时，总是随身带有取火器，《礼记》中就有“左佩金燧”、“右佩木燧”的记载，表明晴天时用金燧取火，阴天时用木燧钻木取火。阳燧取火是人类利用光学仪器会聚太阳能的一个先驱。

讲到取火，古代还用自制的古透镜来取火的。公元前2世纪，就有人用冰作透镜，会聚太阳光取火。《问经堂丛书》、《淮南万毕术》中就有这样的记载：“削冰令圆，举以向日，以艾承其影，则火生。”我们常说，水火不相容，但制成冰透镜来取火，真是一个奇妙的创造。用冰制成透镜是无法长期保存的，于是便出现用琉璃或玻璃来制造透镜。

对针孔成像和影的认识

公元前4世纪，墨家就做过针孔成像的实验，并给予分析和解释。《墨经》中明确地写道：“景到（倒），在午有端，与景长，说在端。”这里的“午”即小孔所在处。这段文字表明小孔成的是倒像，其原因是在小孔处光线交叉的地方有一点（“端”），成像的大小，与这交点的位置有关。从这里也可以清楚地看到，古人已经认识到光是直线行进的，所以常用“射”来描述光线径直向前。

北宋的沈括在《梦溪笔谈》中也记述了光的直线传播和小孔成像的实验。他首先直接观察鸢在空中飞动，地面上的影子也跟着移动，移动的方向与鸢飞的方向一致。然后在纸窗上开一小孔，使窗外飞鸢的影子呈现在室内的纸屏上，沈括用光的直进的道理来解释所观察到的结果：“鸢东则影西，鸢西则影东。”

墨家利用光的直线传播这一性质，讨论了光源、物体、投影三者的关系。《墨经》中写道：“景不徙，说在改为。”“光至，景亡。若在，尽古息。”说明影是不动的（“景不徙”），如果影移，那是光源或物体发生移动，使原影不断消逝，新影不断生成的缘故（“说在改为”）。投影的地方，如果光一照，影子就会消失（“光至，景亡”），如果影子存在（“若在”），表明物体不动，只要物体不动，影子就始终存在于原处（“尽古息”）。

墨家对本影、半影也作了解释。《墨经》中有这样的记载：“景二，说在重。”“景二，光夹。一，光一。光者，景也。”意思是一物有两种投影（本影、半影），说明它同时受到两个光源重复照射的结果（“说在重”，“光夹”）。一种投影，说明它只受一个光源照射，并且强调了光源与投影的联系（“光者，景也”）。与此相连，墨家还根据物和光源相对位置的变化，以及物与光源本身大小的不同来讨论影的大小及其变化。

对面镜的认识

墨家对凹面镜作了深入的观察和研究，并在《墨经》中作了明确、详情的记载。“鉴低，景一小而易，一大而正，说在中之外、内。”“低”表示深、凹之意，“鉴低”就是指凹面镜；“中”是指球心到焦点这一段。说明物体放在“中之外”，得到的像是比物体小而倒立的；放在“中之内”，得到的像是比物体大而正立的。北宋沈括对凹面镜的焦距作了测定。他用手指置于凹面镜前，观察成像情况，发现随着手指与镜面距离的远近变化，像也发生相应的变化。在《梦溪笔谈》中作了记载：“阳燧面洼，以一指迫而照之则正，渐远则无所见，过此遂倒。”说明手指靠近凹面镜时，像是正立的，渐渐远移至某一处（在焦点附近），则“无所见”，表示没有像（像成在无穷远处）；移过这段距离，像就倒立了。这一实验，既表述了凹面镜成像原理，同时也是测定凹面镜焦距的一种粗略方法。

墨家对凸透镜也进行了研究。《墨经》中写道：“鉴团，景一。说在刑之大。”“鉴团”即凸面镜，也称团镜。“景一”表明凸面镜成像只有一种。“刑”同形字，指物体，它总比像大。

我们的祖先，利用平面镜能反射光线的特性，将多个平面镜组合起来，取得了有趣的结果。如《庄子·天下篇》的有关注解《庄子补正》中对此作了记载：“鉴以鉴影，而鉴以有影，两鉴相鉴，则重影无穷。”这样的装置，收到了“照花前后镜，花花交相映”的效果。《间经堂丛书》、《淮南万毕术》中记有“取大镜高悬，置水盆于其下，则见四邻矣。”表明很早就有人制作了最早的开管式“潜望镜”，能够隔墙观望户外的景物。

对虹的认识

虹是一种大气光学现象，从公元6世纪开始，我国古代对虹就有了比较正确的认识。唐初的孔颖达（574—648）曾概括了虹的成因，他认为“若云薄漏日，日照雨滴则虹生。”明确指出产生虹的3个条件，即云、日、“日照雨滴”。沈括对此也作过细致的研究，并作实地考察。在《梦溪笔谈选注》中写道：“是时新雨霁，见虹下帐前洞中。予与同职扣涧观之，虹两头皆垂涧中。使人过涧，隔虹对立，相去数丈，中间如隔绡縠，自西望东则见；盖夕虹也。立涧之东西望，则为日所铄，都无所睹。”指出虹和太阳的位置正好是相对的，傍晚的虹见于东方，而对着太阳是看不见虹的。

对虹有了认识之后，便可以人工造虹。8世纪中叶，唐代曾有过这样的试验：“背日喷呼水成虹霓之状”，表示背向太阳喷出小水珠，便能看到类似虹霓的情景。宋代的《毛诗名物解》中说过：“以水日，自侧视之，则晕为虹霓。”强调必需从侧面观察，才能见到虹霓。

中国最古的极光史料，出现在黄帝时代的《竹书记年》和《山海经》似不可信，因为前 者约在公元前 2600 年描述黄帝轩辕之母，“看见北斗环有闪电照耀而怀孕“，后者为公元 前 2200“北方有形如蛇状的烛龙”。 但自公元前后至近代，情况就大不相同。各朝代都有种种历史书籍，记载了认为是极光 的文字。下面所引的这条史料，无疑是世界上比较早的最精确的极光观测记录。 《汉书·天文志》描述；“孝成建始元年九月戊子(相当于公元前 32 年 10 月 27 日)， 有流星(应是极光)出文昌，色白，光烛地，长约四丈，大一围，动摇如龙地形，过了一会儿， 长约五六丈，大约四围左右，曲折逶迤，贯穿在紫宫西，在斗西北子亥之间。此后又曲折如 环形，北方不合，停留约一刻左右。” 又《新唐书·天文志》载有：“咸通九年十一月丁酉(公元 868 年 11 月 25 日)，有星出 如匹练豆空，化为云而消失在楚分，是谓长庚。”又载有：“天佑元年四月(公元 904 年 4 月)，有星状如人，首赤身黑，在北斗之下紫微之中，占曰天冲”。 《旧五代史》卷 76 记载有：“天福二年正月乙卯(公元 937 年 12 月 14 日)，夜，有赤 白气相间，如耕垦竹林之状，白女至丑，生于北方浊，划过天空．时明时暗，偏二十八宿， 直至天快亮时才散去。” 《晋书·天文志》等载有：“大中祥符七年九月丙戊(公元 l014 年 9 月 29 日)又见含誉 星、似慧星有尾巴却不长。” 再则公元 1138 年 10 月 6 日几处史料载：在南宋都城临安(即杭州)“有赤气如火，出现 在紫微垣内”，或“正北方有赤气如火影。”从公元一世纪到十世纪的史籍中，多次有“天 开眼，天开，天裂”的记载。 最近的一次，发生在“万历八年七月(公元 1580 年 8 月)(江西)宁乡见天开如眼，光耀烁 人。”特别还应指出：上面引及公元 937，1014 和 1138 年三次，我国和欧洲同时见到极光。 古籍中的“极光” 古籍中的“极光”片羽 中国古籍中有丰富的极光记载，也多简短地注明极光发生的日期、形状、大小、方位以及 一些对极光的看法。 早在两千多年前的汉朝，便有极光的记载。例如《汉书·天文志》“汉惠帝二年（公元前 ： 193 年） ，天开东北，广十余丈，长二十余丈。 ”认为极光是天被打开后的情形，而且描述了 极光出现的方位、宽度与长度。此外，在《古今图书集成》中也有一段生动的记载： “汉成 帝建始三年七月（公元前 30 年 8 月 21 日至 9 月 19 日）夜，有青黄白气长十余丈，光明照 地，或曰天裂，或曰天剑。 ”显示极光旺盛，亮度可以照亮大地，而且形状一束一束像是剑 状。 还有一些记载清楚地描述极光的大小与形状。例如《汉书·天文志》“汉永始二年二月癸 ： 未（公元前 15 年 3 月 27 日）夜，东方有赤色，大三四围，长二三丈，索索如树。南方有大 四五围，下行十余丈，皆不至地灭。 ”描述了南方极光下降的情形，显示极光也有上下的动 态，并注意到了极光并不会抵达地面。 更有少数记载了极光的声音。例如在《晋书·帝纪》中记载了极光会发出声音： “晋太安 二年十一月（公元前 303 年 12 月）……壬寅（27 日）夜，赤气竟天，隐隐有声。 ”这现象 即使在现代也是一个待解的谜，因为极光发生的高度，离地面约 90 公里以上，大气密度非 常稀薄，比实验室能产生的真空还稀薄，应该不会形成人耳能听见的声音。极光发生时，或 许产生了某种机制，让地面的空气震动，产生我们可以听见的声音。 部分古书原文及解释 部分古书原文及解释 （1）天冲，“状如人，苍衣赤首不动”。这种顶部为红色的特征可能属于较少见的日光型极 光，因而其中下部为苍黑色。 （2）蒙星，“一曰刀星。夜，有赤气如牙旗，或长或短，四面西东最多……或遍生薄云，四 方生赤气，长三尺，乍见乍没，寻皆消失”。这里生动地描写了极光解体时的情景。这时极 光达到其活动高潮期，形体割裂，满天出现光影，后成扩散极光，显示出脉动特征，直至散 尽。 （3）天裂、天开、天开眼。指的是极光冕。极光射线会聚于磁天顶，天顶处无光，有如一 个深洞、裂缝。 （4）狱汉星，又名咸汉星，“出正北，北方之野星，去地可六丈，大而赤，数动，察之中青”。 远处的极光，看来如同贴近地面，能运动，且会变色，属极光无疑。 （5）旬始，“出北斗旁，状如雄鸡，其怒青黑色，像伏鳖”。一看便知这是半风扇型的极光 冕，也就是只有完整冕的一半。 （6）格泽，“如炎火之状，黄白，起地而上，下大上兑”。这是一种火焰型脉动极光，由于 极光粒子投射速度不同，进入大气层的深度和先后不一样，因而给人以火焰往上窜的幻觉。 （7）蚩尤旗，“类彗而后曲，像旗”。这是典型的极光带，有时出现多重带，有的部分连成 一气。 （8）枉矢，“状类大流星，蛇行而苍黑，望之如有毛羽然”。这是射线型极光的真实反映。 （9）长庚，“广如一匹布著天”，“有星如匹练亘空，化为云而没在楚分”。显然，这是平静的 均匀极光弧或极光带。 （10）归邪，“如星非星，如云非云”。极光一种常见的形式，如云雾一般。 （11）赤气、白气、苍黑云等。这种颜色，又是天空的气体，通常为极光。 （12）“星陨如雨”，“大星如月，众小星随之”，“众星并流”，“星流如织”，在大星地方志中， 有的记载为“星陨如虹”，“星陨如雪”，海南岛人则称星陨“如洪涛”。这些极光往往以多重弧、 多重带的形式出现，还可能伴随有射线结构。