颐和园十七孔桥什么时候会发生金光穿洞
坐落在北京西北郊的颐和园是著名的清朝皇家园林，它以万寿山为依托，参照杭州西湖修建的昆明湖为主要景色，荟萃了十七孔桥、铜牛、石舫、佛香阁、铜亭、苏州街等众多景观。最近几年，颐和园十七孔桥的“金光穿洞”景观突然火了起来，每当十七孔桥出现“金光穿洞”奇观的时候，总会吸引大批的摄影爱好者和游客扎堆拍摄和观看。图1是作者于2019年1月21日(冬至后约一个月)下午16:58在已结冰的昆明湖上从十七孔桥的西北方冰面上向东南方向拍摄的“金光穿洞”景象。当天(2019.1.21)北京日落时间为17点19分53秒，故图1的拍摄时间是冬至后一个月的日落前约22分钟。
实际上颐和园十七孔桥的上述“金光穿洞”景观只是在一年之中唯一的冬至季节前后、落日前大约1~2小时15分钟时段内出现（介于金光穿洞的“起始点”和“结束点”之间，详见本文第3部分），并且人只有在桥的西北方向往东南方向观察、拍摄才能获得最佳的“金光穿洞”观感和照片。要解释清楚上述问题，需要一点简单的天文、地理和物理学知识。
颐和园十七孔桥“金光穿洞”现象与不同季节的日落和日出方向密切相关。由图4可以推测，在春分和秋分日(两分日)由于太阳直射赤道，全球均为正东日出、正西日落(两极圈内除外，下同)；在两分与夏至期间全球均为东北方日出、西北方日落；在两分与冬至期间全球均为东南方日出、西南方日落。北京地区(北纬40度)日出日落规律如图5所示，反映了上述由图4推测的日出日落规律。
出现“金光穿洞”效果另一个重要因素是：日出和日落时太阳光线将穿过很厚的大气层，由于日光中波长较短的紫、蓝、青等光线穿过厚大气层容易发生散射，而波长较长的红、橙、黄光具有较强的透射能力，从而体现出以红、橙、黄光为主的光影效果。
然而人们很少能够看见夏至时分拍摄的“金光穿洞”照片，其中的原因之一是夏至时日出很早，大约为凌晨4:30，这比颐和园夏季开门时间6:30早了约2个小时，因此夏至日的“金光穿洞”几乎不为人知。
类似于上述冬至日落“结束点”的情况，夏至日日出时光线也不能完全穿过最小拱洞（西侧壁面上光线与桥西南棱角基本平行，拱顶附近除外），由于夏至太阳运行轨迹的高度角较大（参见图5），日出后光线始终都不会穿过最小拱洞，只有中部的较大拱洞可以穿过光线，因此无法用最小拱洞光线特征给出穿洞的时间“起始点”。随着距离夏至日越远，光线不能穿过的小拱洞数越多、能够穿过的大拱洞数越少，例如距离夏至日约二周时间能够体现完全“穿洞”效果的只剩中间9个较大的拱洞，参见图9。即使是在夏至日日出，中间大拱洞出现光线穿洞的持续时间也仅约为1小时20分钟左右，远小于冬至日日落时情况。因此夏至日日出的“金光穿洞”是不太完美的。
冬至日日落时“金光穿洞”可持续约2小时15分钟左右，“结束点”至日落期间光线都不能穿过最小拱洞。非冬至日“金光穿洞”的持续时间逐一减少，冬至日前后约一个月的时间即可观察到全部拱洞的“金光穿洞”现象但持续时间较短。夏至日日出时也会出现部分“金光穿洞”现象，但桥两侧的小拱洞壁面不能被全部照亮，非夏至日桥中部大拱洞形成“金光穿洞”数目逐步减少，且“穿洞”持续时间较短，因此夏至日的“金光穿洞”是不太完美的。
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