細潤沉思：科學技術史(全三冊)（簡體書）

戴念祖（1942—）

福建長汀縣人。1964年畢業於廈門大學物理系。此後一直在中國科學院自然科學史研究所從事學術研究，先後為助理研究員、副研究員、研究員。曾任該所物理學史和化學史研究室主任，所學術委員會委員、學位委員會委員；中國科學技術史學會常務理事，物理學史專業委員會主任委員。2002年退休。2003—2010年，為首都師範大學特聘教授；2005—2013年，為中國音樂學院音樂科技系特聘教授。1992年起享受國務院頒發的政府特殊津貼。1995年被授於“中國科學院有突出貢獻的中青年專家”稱號。撰有《中國聲學史》《中國力學史》《中國光學史》《中國電和磁的歷史》《中國物理學史》《朱載堉——明代的科學和藝術巨星》《天潢真人朱載堉》等著作，是中國科學院原院長盧嘉錫主編的《中國科學技術史》27卷本大書的常務編委之一。

極光是一種地球物理現象，它是研究日地關係的一個重要課題。因此，它和地球物理學、天體物理學以及大氣物理學有密切的關係。研究古代極光史料，有助於我們了解歷史時期的太陽活動、地球磁場、高空電離層以及天氣的變化規律，特別是和考古地磁一起進行歷史上地球磁極位置變遷的探討。在我國歷史上關於極光的記載非常豐富，僅從 1世紀到 10世紀期間，據初步查獲的史料即有 170次左右，其中不包括尚有爭論的可能會被認為是流星雨現象的“星隕如雨”的記載。這些史料對於現代科學研究有一定的參考價值。事實上，它已成為全世界寶貴的科學財富。本文就此將筆者和其他國家特別是日本學者的研究作一綜合介紹。

一、極光簡介

極光，有南極光，有北極光。我國所能看到的是北極光。只有在夜晚，於高緯度地區才能看到它。它是天空中壯麗的奇景。為了便於討論我國古代的極光記載，現將 1956年 9月 7日在新疆阿爾泰地區觀察到極光的報告轉引幾節：

那天日落後，天色很黑，天空被薄薄的卷云籠罩著，只有幾顆較亮的星星隱約可辨。

極光出現之前，只是在正北方的山叢上有一較暗的緋紅色光幕，由暗而顯，無閃

動現象。仔細觀察，可見光幕是由直立平行的明暗相間的光束所組成，很像劇院開幕

前大廳熄了燈以後，很少幾個水銀燈照著的紫色絨幕一樣。

突然在光幕中出現了兩條白色明亮的光柱，與光幕中的光束平行，而其高度卻超

過了光幕，很像兩道垂直向上射出的探照燈光，不久即逝。有時在中間突然出現一個白色光斑，有時卻緩慢地在不規則的位置出現兩三條淺紅色光帶。……光幕向各個方向擴展，……明亮程度由較暗而漸較亮……［1］ 

可見，極光的形狀是千變萬化、動靜無常的，它往往給觀察者帶來視力錯覺和離奇的想象；極光的顏色也是鮮艷奪目、變化多端的，一般發出黃綠色彩，也有呈現紅色、白色、灰紫色、藍色的，或間而有之。

極光是怎樣形成的呢？

一般認為，當“太陽風”（太陽放射出來的無數荷電質點）刮到地球磁場的作用範圍時，受到地球磁場的影響，沿著地球磁力線降落到南、北磁極附近的高空層（即極光帶上限）。此時“太陽風”還以每秒 360 —700千米的速度突入地表大氣層，激起了該處空氣的電離並使之放出電子，造成發光現象。由於大氣層所含的成分不同，光的色彩也就不同。當“太陽風”進入大氣層後，其荷電質點大量地被空氣吸收，直到距地面 80千米左右（極光帶下限），“太陽風”的荷電質點已耗盡，極光也就消逝了。

二、我國早的極光史料

從傳說的黃帝時代到公元前 23世紀的唐堯時代、公元前 17世紀的夏桀以及商湯時代，都有種種歷史書籍記載了可以認為是極光現象的文字。下面所引的這條史料無疑是世界上比較早的精確的極光觀察記錄。

孝成建始元年九月戊子，有流星出文昌，色白，光燭地，長可四丈，大一圍，動搖如龍蛇形。有頃，長可五六丈，大四圍所，詘折委曲，貫紫宮西，在斗西北子亥間。後詘如環，北方不合，留一刻所。（《漢書·天文志》）

孝成建始元年九月戊子，相當於公元前 32年 10月 27日。文字記述為“流星”，其實是極光。流星是一道亮光劃破天空，極光是一片或一條光帶，如文中記載的“長可四丈，大一圍”；流星瞬時即逝，極光“留一刻所”，甚至有的徹夜方消；某些大流星雖能在空中留下一條白色尾跡，並受風吹而彎曲如蛇，但就其大小和存在的時間而言，遠不能和極光相比。必須強調指出，該記載“長可四丈”，指的是“流星”本身，而不是它的尾跡，因為對於真正的流星，史書一般記為“尾長可四丈”，但該記載並無“尾”字。因此，這裡的“流星”指的應是流動的極光光塊（或光帶）。

這條關於極光觀察記錄的史料是非常確切和科學的。記載中有“流星出文昌”，是指極光出現的方位；“色白，光燭地”是描寫極光的顏色和明亮度；“長可四丈，大一圍”“長可五六丈，大四圍所”是描寫極光的大小範圍。關於極光變化的描寫是這樣的：初始時是“動搖如龍蛇形”；然後屈曲得更厲害，穿貫紫宮星座西邊，直到北斗西北方向、子（正北）亥（北北西）之間；繼而又彎成環狀，唯北方此環未合。所謂“龍蛇形”，這個比擬並非臆想，而是極光中常見的一種形狀（圖 1-1），它類似於現代稱之為 HB型極光，均勻光帶中有一個或幾個褶曲，其寬度與褶曲形式隨時都在變化，這就可以想見我國古代關於極光的描述是何等逼真了。整個極光從出現到消逝約“一刻”時間，這“一刻”指的是當時銅壺滴漏的時間，相當於今天的 14分鐘左右。

在不到百字的短文中，記下了甚至符合當代世界上極光觀察站要求的記錄，有時間、 地點、出滅狀況、顏色、明亮度、運動形狀、範圍大小以及方位等。難怪日本的科學家和歷史學家贊嘆道：“我們對公元前 1世紀漢代人自然科學記述的精確不能不感到驚異”［2］。應當指出，這條極光記錄的觀察地點應是在西漢的國都長安。當時長安城內外露天夜宿的勞動人民無疑是這段歷史記載的見證人，皇家觀象臺裡忠守夜職的工作人員也可能是這段記載的觀察員。

在我國古代史料中，有很多更早的記載一直被認為是不可想象的東西，但是把它們看成為極光，卻很容易理解。如“元鼎五年十一月辛卯（公元前 111年 1月 30日），夜，若景光，十有二明”（《漢書·武帝紀》）；“建光二年夏四月戊申（公元前 139年 6月 11日），有如日夜出”（《漢書·武帝紀》）。前者意為 12道（塊）明亮的光；後者可能是夜晚紅光滿天，也可設想是圓形的白色極光。