我国是世界上记载地光最早的国家，在著名古籍《诗经·小雅·十月之交》里就记述了2800年前在我国陕西岐山地震时发生的奇异的声光现象。在国外，这种记载最早见于罗马历史学家塔西伦的《编年史》，记述的是公元17年小亚细亚发生了强烈地震。公元869年的《三代实录》，记述了陆奥地区的地震海啸时，曾提到过发光现象，距今已有1100多年。

中国地球物理学家通过研究得出：地震发生之前，岩石受到地壳应力作用破裂后会产生强电子流，电子流再通过地壳裂缝进入大气，使空气分子电离而产生地光，这是目前世界上对地光的最新解释。

我国历史上观测到的极光事件

极光是由太阳带电的粒子碰撞地球的两极的磁场，在天空中发生放电时，所产生的现象。 太阳是一个庞大而炽热的气体球，在它的内部和表面进行着各种化学元素的核反应，产生了强大的带电微粒流，并从太阳发射出来，用极大的速度射向周围的空间。当这种带电微粒流射入地球外围那稀薄的高空大大气层时，就与稀薄气体的分子猛烈地冲击起来，于是产生了发光现象，这就是极光。 夜空这些五颜六色的光在接近北极和南极的高纬度地区比较常见。晴朗的夏夜在远离城市灯光的低纬度地区，有时也可以看到极光。在加拿大和美国交界处每年都有许多夜晚可以看到北极光。北极光或南极光像礼花一样迷人。极光的颜色从浅绿到深红应有尽有，它们有的像彩色纸带，有的像弓，有的像窗帘，有的像炮弹

在地球南北两极附近地区的高空，夜间常会出现灿烂美丽的光辉。有时它像一条彩带，有时它像一团火焰，有时它又像一张五光十色的巨大银幕。它轻盈地飘荡，同时忽暗忽明，发出红的、蓝的、绿的、紫的光芒。静寂的极地由于它的出现骤然显得富有生气。这种壮丽动人的景象就叫做极光。

人们知道极光至少己有2000年了，因此极光一直是许多神话的主题。在中世纪早期，不少人相信，极光是骑马奔驰越过天空的勇士。在北极地区，因纽特人认为，极光是神灵为最近死去的人照亮归天之路而创造出来的。随着科技的进步，极光的奥秘也越来越为我们所知，原来，这美丽的景色是太阳与大气层合作表演出来的作品。

产生极光的原因是来自大气外的高能粒子（电子和质子）撞击高层大气中的原子的作用。这种相互作用常发生在地球磁极周围区域。现在所知，作为太阳风的一部分荷电粒子在到达地球附近时，被地球磁场俘获，并使其朝向磁极下落。它们与氧和氮的原子碰撞，击走电子，使之成为激发态的离子，这些离子发射不同波长的辐射，产生出红、绿或蓝等色的极光特征色彩。在太阳活动盛期，极光有时会延伸到中纬度地带，例如，在美国，南到北纬40度处还曾见过北极光。极光有发光的帷幕状、弧状、带状和射线状等多种形状。发光均匀的弧状极光是最稳定的外形，有时能存留几个小时而看不出明显变化。然而，大多数其他形状的极光通常总是呈现出快速的变化。弧状的和折叠状的极光的下边缘轮廓通常都比上端更明显。极光最后都朝地极方向退去，辉光射线逐渐消失在弥漫的白光天区。造成极光动态变化的机制尚示完全明了。 在太阳创造的诸如光和热等形式的能量中，有一种能量被称为"太阳风"。这是一束可以覆盖地球的强大的带电亚原子颗粒流，该太阳风在地球上空环绕地球流动，以大约每秒400公里的速度撞击地球磁场，磁场使该颗粒流偏向地磁极，从而导致带电颗粒与地球上层大气发生化学反应，形成极光。在南极地区形成的叫南极光。在北极地区同样可看到这一现象，一般称之为北极光。

大多数极光出现在地球上空90---130千米处。但有些极光要高得多。1959年，一次北极光所测得的高度是160千米，宽度超过4800千米。在地平线上的城市灯光和高层建筑可能会妨碍我们看光，所以最佳的极光景象要在乡间空旷地区才能观察得到。在加拿大的丘吉尔城，一年在有300个夜晚能见到极光；而在罗里达州，一年平均只能见到4次左右。我国最北端的漠河，也是观看极光的好地方。

18世纪中叶，瑞典一家地球物理观象台的科学家发现，当该台观测到极光的时候，地面上的罗盘的指针会出现不规则的方向变化，变化范围有1度之多。与此同时，伦敦的地磁台也记录到类似的这种现象。由此他们认为，极光的出现与地磁场的变化有关。原来，极光是太阳风与地球磁场相互作用的结果。太阳风是太阳喷射出的带电粒子，当它吹 到地球上空，会受到地球磁场的作用。地球磁场形如漏斗，尖端对着地球的南北两个磁极，因此太阳发出的带电粒子沿着地磁场这个"漏斗"沉降，进入地球的两极地区。两极的高层大气，受到太阳风的轰击后会发出光芒，形成极光。高层大气是由多种气体组成的，不同元素的气体受轰击后所发出的光的前面色不一样。例如氧被激后发出绿光和红光，氮被激后发出紫色的光，氩激后发出蓝色的光，因而极光就显得绚丽多彩，变幻无穷。

科学家已经了解到，地球磁场并不是对称的。在太阳风的吹动下，它已经变成某种"流线型"。就是说朝向太阳一面的磁力线被大大压缩，相反方向却拉出一条长长的，形似慧尾的地球磁尾。磁尾的长度至少有1，000个地球半径长。由于与日地空间行星际磁场的偶合作用，变形的地球磁场的两极外各形成一个狭窄的、磁场强度很弱的极尖区。因为等离子体具"冻结"磁力线特性，所以，太阳风粒子不能穿越地球磁场，而只能通过极尖区进入地球磁尾。当太阳活动发生剧烈变化时(如耀斑爆发)，常引起地球磁层亚暴。于是这些带电粒子被加速，并沿磁力线运动。从极区向地球注入，这些带电粒子撞击高层大气中的气体分子和原子，使后者被激发--退激而发光。不同的分子，原子发生不同颜色的光，这些单色光混合在一起，就形成多姿多彩的极光。事实上，人们看到的极光，主要是带电粒子流中的电子造成的。而且，极光的颜色和强度也取决于沉降粒子的能量和数量。用一个形象比喻，可以说极光活动就像磁层活动的实况电视画面。沉降粒子为电视机的电子束，地球大气为电视屏幕。地球磁场为电子束导向磁场。科学家从这个天然大电视中得到磁层以及日地空间电磁活动的大量信息。例如，通过极光谱分析可以了解沉降粒子束来源，粒子种类，能量大小，地球磁尾的结构，地球磁场与行星磁场的相互作用，以及太阳扰乱对地球的影响方式与程度等

极光的形成与太阳活动息息相关。逢到太阳活动极大年，可以看到比平常年更为壮观的极光景象。在许多以往看不到极光的纬度较低的地区，也能有幸看到极光。2000年4月6日晚，在欧洲和美洲大陆的北部，出现了极光景象。在地球北半球一般看不到极光的地区，甚至在美国南部的佛罗里达州和德国的中部及南部广大地区也出现了极光。当夜，红、蓝、绿相间的光线布满夜空中，场面极为壮观。虽然这是一件难得一遇的幸事，但在往日平淡的天空突然出现了绚丽的色彩，在许多地区还造成了恐慌。据德国波鸿天文观象台台长卡明斯基说，当夜德国莱茵地区以北的警察局和天文观象台的电话不断，有的人甚至怀疑又发生毒气泄漏事件。这次极光现象被远在160公里高空的观测太阳的宇宙飞行器ACE发现，并发出了预告。在北京时间4月7日凌晨零时三十分，宇宙飞行器ACE发现一股携带着强大带电粒子的太阳风从它旁边掠过，而且该太阳风突然加速，速度从每秒375公里提高到每秒600公里，一小时后，这股太阳风到达地球大气层外缘，为我们显示了难得一见的造化神工。

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。

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。

汉代时，少年时的匡衡，非常勤奋好学。

由于家里很穷，所以他白天必须干许多活，挣钱糊口。只有晚上，他才能坐下来安心读书。不过，他又买不起蜡烛，天一黑，就无法看书了。

匡衡心痛这浪费的时间，内心非常痛苦。

他的邻居家里很富有，一到晚上好几间屋子都点起蜡烛，把屋子照得通亮。匡衡有一天鼓起勇气，对邻居说：“我晚上想读书，可买不起蜡烛，能否借用你们家的一寸之地呢？”邻居一向瞧不起比他们家穷的人，就恶毒地挖苦说：“既然穷得买不起蜡烛，还读什么书呢!”匡衡听后非常气愤，不过他更下定决心，一定要把书读好。匡衡回到家中，悄悄地在墙上凿了个小洞，邻居家的烛光就从这洞中透过来了。他借着这微弱的光线，如饥似渴地读起书来，渐渐地把家中的书全都读完了。匡衡读完这些书，深感自己所掌握的知识是远远不够的，他想继续看多一些书的愿望更加迫切了。附近有个大户人家，有很多藏书。一天，匡衡卷着铺盖出现在大户人家门前。他对主人说：“请您收留我，我给您家里白干活不要报酬。只是让我阅读您家的全部书籍就可以了。”主人被他的精神所感动，答应了他借书的要求。匡衡就是这样勤奋学习的，后来他做了汉元帝的丞相，成为西汉时期有名的学者。这个著名的“凿壁偷光”故事，体现了我国古代劳动人民利用热光源的聪明和才智。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，当然是以太阳为最重要，在夜晚还有月亮。我国古代在甲骨文中表示明亮的“明”字，就是日、月形象的组合。太阳实际上就是一团火。古人十分明确地指出：“日，火也。”

月亮也只是太阳光线的反射，《周髀算经》说道：“日兆月，月光乃生，故成明月。”所以在甲骨文字里干脆把“光”字写作像是一个人举着一把火的样子。取火方法的发明，使人们比较自由地获得人造光源，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，荧光素再次氧化时又发光。

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话：“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。

我国古代对于冷光光源的应用，首先是照明。早在西汉时期的《淮南万毕术》中就有“萤火却马”的记载，据这段文字的“注释”说，那时的做法也就是“取萤火裹以羊皮”。

五代时期道教学者谭峭的《化书》中曾言：“古人以囊萤为灯”。大约在那个时候专门制备有一种贮藏萤火虫的透明灯笼。

沈括《清夜录》记载这种称为“聚萤囊”的灯笼“有火之用，无火之热”，是一种很好的照明装置。至明清时期，人们把这种冷光源浸入水下以为诱捕鱼类之用。

明代的《七修类稿》记载：“每见渔人贮萤火于猪胞，缚其窍而置之网间……夜以取鱼，必多得也。”

清代的《古今秘苑》中记载：“夏日取柔软如纸的羊尿脬，吹胀，入萤火虫百余枚，及缚脬口，系于罾之网底，群鱼不拘大小，各奔光区，聚而不动，捕之必多。”

特别令人感兴趣的是，古代曾利用含有磷光或荧光物质的颜料作画，使画面在白昼与黑夜显出不同的图景。

宋代的和尚文莹在《湘山野录》一书记载过这样一幅画牛图：白昼那牛在栏外吃草，黑夜牛却在栏内躺卧。皇帝把这幅奇画挂在宫苑中，大臣们都不能解释这个奇妙的现象，只有和尚赞宁知道它的来历。

赞宁解释说，这是用两种颜料画成功的，一种是含磷光物质的颜料，用它来画栏内的牛；另一种则是含荧光物质的颜料，用它来画栏外的牛，则显出了前述那种效果。这可说是熔光学、化学、艺术于一炉，堪称巧思绝世。

据有关记载，这种技巧的发明至迟在六朝时期，或许可上溯至西汉时期，其渊源也许来自国外，至宋代初期几乎失传，经赞宁和尚指明，才又引起人们的惊异与注意，其术遂得重光，流传下来。后世有不少典籍记载这段故事，有的还有进一步的发展。例如南宋时期的《清波杂志》曾记述这样一件事：画家义元晖，十分精于临摹，有一次从某人处借来一幅画，元晖临了一幅还给藏主，把原件留了下来。过了几天，藏主来讨还真迹。元晖问他是如何辨认出来的。那人说，原件牛的眼睛中有一个牧童的影子，此件却没有。看来，这牛目中的牧童影也是利用掺有磷光物质的颜料画成的，所以一到暗处就显出来了。这种技巧后来只在少数画家中私相传授，做成的画叫作“术画”。在国外，英国的约翰•坎顿才使用这种技艺，这比起我国要晚1200多年。

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人类对于光沿直线传播原理的最早记录是《墨经》，解析如下：

1、光在同种均匀介质中沿直线传播，通常简称光的直线传播．它是几何光学的重要基础，利用它可以简明地解决成像问题．人眼就是根据光的直线传播来确定物体或像的位置的．这是物理光学里的一部分；

2、战国时期的墨翟和他的弟子，通过实验证明了光这一性质，并在中国和世界上第一次对光的直线传播作了科学解释。

墨家利用光的直线传播这一特性，解释了物和影的关系，《墨经》中说：“景（影）不徙，说在改为”，“光至，景亡；若在，尽古息。”其意是在某一特定的瞬间，运动物体的影子是不动的，运动物体的影子看起来在移动，是旧影不断消失，新影不断产生的结果。又说：“景二，说在重”，“二光，夹；一光，一。光者（堵），景也”这是对本影与半影现象的解释。其意是一个物体有两个影子，是因为它受到双重光源的照射。当两个光源同时照射一个物体时，就有两个半影夹持着一个本影。当一个光源照射物体时，则只有一个影子。光被遮挡之处即生成影子。

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。