每年冬至日前后的正午時分，故宮乾清宮內(nèi)就會出現(xiàn)一番奇特的景象：大殿內(nèi)“正大光明”匾額及下方的五條金龍會由西向東依次被陽光點(diǎn)亮婴氮，發(fā)出金色的光芒。冬至日是古人極其重視的節(jié)日，古代帝王會選擇冬至日祭天铣卡，以表達(dá)“陰極陽生链韭、萬物生長”的祈愿。而乾清宮內(nèi)正大光明匾額及金龍?jiān)诙寥毡稽c(diǎn)亮煮落，也反映了古人在建筑方面的匠心獨(dú)運(yùn)敞峭。
乾清宮坐北朝南的建筑方位與太陽照射的方位角相適應(yīng)，有利于建筑內(nèi)部合理采光州邢。這種建筑方位的特點(diǎn)為：長度方向與東西向平行儡陨，寬度方向與南北向平行，南立面每間房均開設(shè)隔扇或檻窗量淌，北立面一般只在明間開設(shè)用于出入的隔扇門骗村。“坐北朝南”是紫禁城重要宮殿的布局方式呀枢。我國先秦時期儒家經(jīng)典《周易》之“說卦”載有：“圣人南面而聽天下胚股，向明而治”，即古圣先王坐北朝南而聽治天下裙秋，面向陽光而治理天下琅拌。其科學(xué)原因在于：北京位于北回歸線以北，每年春分到秋分時期摘刑，太陽照射的方位是東偏北升起进宝、西偏北降落，建筑內(nèi)接受日照較少枷恕，不至于過熱党晋；而秋分到下一年的春分時期，太陽照射的方位是東偏南升起徐块、西偏南降落未玻，易于大殿內(nèi)部采光。
冬至日正午時分（12點(diǎn)）的太陽高度角胡控，有利于陽光直射入乾清宮內(nèi)部扳剿。太陽高度角是指太陽照射方向與地平面的夾角。一天之中昼激，太陽高度角日出和日落時分最小庇绽，而在正午時分最大。一年之中橙困，太陽高度角亦不斷變化敛劝，且與緯度密切相關(guān)。北京地區(qū)所在的緯度約為北緯40度纷宇。在一年四季的正午時分夸盟，太陽高度角從冬至日的27度逐漸升到夏至日的73度，然后逐漸下降至第二年冬至日的27度像捶，如此循環(huán)上陕。在夏至日桩砰，由于太陽高度角過大，陽光照射到屋檐位置后释簿，由于屋檐的阻擋亚隅，僅照射在門口，未能進(jìn)入殿內(nèi)庶溶，因而夏天乾清宮內(nèi)并不會很熱（夏涼）煮纵；在冬至日，由于太陽高度角很小偏螺，陽光很容易穿過屋檐照射到殿內(nèi)深處（冬暖）行疏，且反射到正大光明匾額位置上。不僅如此套像，故宮古建筑屋檐起翹的斜度一般在26度至30度之間酿联，這個角度約等于冬至日正午時分的太陽高度角，可使陽光近似與屋檐“平行”的方向照射到乾清宮深處夺巩。
陽光照在任何物體表面都會產(chǎn)生反射贞让，且表面光澤性較強(qiáng)的物體會產(chǎn)生鏡面反射。鏡面反射的特點(diǎn)在于：太陽光（可近似認(rèn)為是平行光）照射到物體表面后柳譬，仍以平行光方式產(chǎn)生反射喳张，且反射角與入射角相等。對于乾清宮而言美澳，其殿內(nèi)采用的是金磚地面销部，表面如鏡般光亮，因而產(chǎn)生鏡面反射人柿，且反射后的光束可集中匯聚到殿內(nèi)相應(yīng)的位置。
需要說明的是忙厌，金磚屬于土質(zhì)方磚的一種凫岖，產(chǎn)地源于蘇州城北的陸慕鎮(zhèn)余窯村。其土質(zhì)細(xì)膩逢净、含膠狀體豐富哥放、可塑性強(qiáng)，加工制作的磚顆粒細(xì)膩爹土，質(zhì)地致密堅(jiān)硬甥雕，且造價昂貴，因而民間稱為金磚胀茵。故宮古建筑內(nèi)的金磚地面鋪墁社露，有一道“使灰鉆油”的工序。所使用的油為桐油琼娘。生桐油是一種植物蛋白膠峭弟，一般通過冷榨3—4年的桐樹籽得來附鸽，外觀呈淺棕黃色，光澤度好瞒瘸。澆筑桐油的金磚地面堅(jiān)固密實(shí)坷备，其光亮的表面經(jīng)過陽光照射后，易產(chǎn)生鏡面反射情臭。冬至日正午時分省撑，陽光能夠反射到殿內(nèi)的正大光明匾額正中，金磚地面的鏡面反射無疑起到了關(guān)鍵作用俯在。
另太陽每日在不同時間段的照射方位竟秫，有利于乾清宮匾額被“點(diǎn)亮”。地球在繞太陽公轉(zhuǎn)的同時朝巫，還自西向東自轉(zhuǎn)鸿摇，因而太陽相對于地球而言，每天做東升西落的運(yùn)動劈猿。冬至日拙吉，在正午前，太陽位置在乾清宮的東南側(cè)揪荣，陽光的照射方向?yàn)槲鞅毕蚩昵蚨紫赛c(diǎn)亮“明”字及西邊的龍；“隨后仗颈，太陽位置向西移動佛舱，照射到匾額的方向由西北向東北移動，因而很快陽光就點(diǎn)亮了“光”字及其下方的龍挨决；在正午時请祖，太陽的位置在乾清宮的正南側(cè)，陽光照射的方向?yàn)楸毕虿逼恚蚨按蟆弊值臇|側(cè)及下方正中間部位的龍最亮肆捕；正午后，太陽的位置在乾清宮的西南側(cè)盖高，陽光照射的方向?yàn)闁|北向慎陵，因而“正”字及下方最東側(cè)的龍最亮。
由上可知喻奥，乾清宮坐北朝南的建筑布局方式席纽，冬至日正午時分最低的太陽高度角，太陽相對地球東升西落的運(yùn)行規(guī)律撞蚕，乾清宮科學(xué)合理的屋檐起翹角度润梯，光亮金磚地面的反射作用等因素，使得乾清宮正大光明匾額及下方的五條金龍，在冬至日的正午被依次點(diǎn)亮仆救。上述過程包含了極為豐富的古代設(shè)計(jì)學(xué)抒和、光學(xué)、天文學(xué)彤蔽、材料學(xué)等科學(xué)知識摧莽，反映了古代工匠卓越的智慧。
（作者系故宮博物院研究館員）
作者：周 乾
來源： 科技日報(bào)
