极光是一种绚丽多彩的高空物理现象,在古代西方,大约公元前六世纪已叙述过可以认为是极光的现象。他们有时无疑可以正确地辨认出这种天象,把它叫作"稀有景色"或天上的"裂缝",但在另一些时候却将其与流星或彗星混为谈,这种现象一直持续到十七世纪。中国古人也存在类似的情况,从他们对极光的命名来看,有些明显地沿用了流星和彗星的名称。
然而,中国人描述极光现象的重要形式并不在于此,他们更多地是运用赤光、金光、天赤、天开、天裂等直观的形容来描述极光,或者使用"气"来表达极光的种种特征。由于极光是高空大气受荷电粒子激发而产生的光,而赤气就是发红光的气,紫气就是发紫光的气,因此,即使用今天的观点看,这个术语也是比较科学的。至迟从西汉开始,"气"的概念随着时间的推移得到了愈来愈普遍的采用。
在古人看来,极光现象同彗星等其他奇异天象一样是安危吉凶的征兆,这使人不得不怀疑许多年代相当早的极光记录的真实性,因为这些记录总是与圣人降生或王朝覆灭联系在一起。可以考虑为中国最早的极光记录的是见于 古本《竹书纪年》的一条史料,它采用了以某种颜色的光来描述的形式。文云：
这是一次五色光贯穿紫微垣天区的壮观景象,凑巧的是,在极光出现后不久,周昭王南征荆楚便葬身江底了。这次极光发生的年代目前尚不易准确确定,不过根据天文学和 历史 学的研究,它大致出现在公元前十世纪中叶前后恐怕没有问题。唯一使人不安的是,记载中出现了"紫微"二字,这似乎留有后人追述的痕迹。
发生于公元前193年的一次极光可能是最早的可靠记录,《汉书・天文志》云:
孝惠二年,天开东北,广十馀丈,长二十馀丈。地动,阴有馀;天裂,阳不足。皆下盛彊将害上之变也。
但这次记录却远不如汉文帝十四年(公元前166年)发生的一次极光的记录生动。
《汉书・郊祀志》云：
赵人新垣平以望气见上,言"长安东北有神气,成五色,若人冠冕焉"。
这段文字把极光出现的方位、颜色甚至极光的类型都说得一清二楚。中国古代的极光记录在十八世纪以前大约有近三百次,而且直至十ー世纪它在数量上还是领先的。虽然古人对极光现象作了精彩的文字表述,但由于极光变幻复杂,因而促进人们不得不借助更为形象的彩色绘画作品来记录这类天象。
这种尝试可能出现很早,但今天所能见到的却是完成于十五世纪的一套图集,其中描绘了各种各样的所谓"气"的现象，有些图像非常准确,以至于可以和现代的极光照片相比拟。由于一个人在一生中不可能看到所有类型的极光,因此这样的图集显然反映了至少几代人甚至更为悠久的观测 历史 。
极光的研究关系到太阳活动、地磁变化和高空大气的研究等重要科学课题,1859年以后,人们开始认识到太阳黑子与极光的密切关系,这意味着对古代极光记录的整理研究,有可能成为探讨 历史 上太阳活动、气候变迁、地磁变化等自然规律的重要途径。对于这些方面的研究,中国古代丰富的极光记录是得天独厚的。
天极包括天球的南、北两极,然而在中国古人尚未观测到南极附近的星空的时候,他们所讲的天极当然只能是指天北极。天文学上的所谓天极,实际是指某一时期北天中央的不动点,这便是赤道北极,所有恒星都围绕天极做周日运动。
尽管北极在岁差的作用下缓慢地围绕黄极作圆周运动,但在人们未能了解岁差之前,北极则长期被认为是固定不变的定点。《吕氏春秋・有始》:"极星与天俱游而天极不移。"这里所说的天极实际就是天球北极。极星则是指距离天极最近的星,它可能刚好落到北极的极点上。如果北极的位置并没有星,那么人们就只能选择最接近北极并且同时最具有天学意义的星作为极星。
从中国天文学早期注意象的观测这一事实考虑,最初人们确定的极星应该是一组星,而不会是一颗星。而今天的天文考古学研究表明,北斗曾在上古相当长的时期内充当过极星。从天文观测逐渐精确化的发展 历史 分析,以北斗作为极星显然与人们认识天极的工作具有密切的关系。北极事实上只是北天中央固守不动的假想点,它的位置无论如何都需要通过对极星的观测才能判定。
北宋熙宁五年(1072年),沈括曾经利用窥管试图找到真正的天极,他先用窥管望天,最初,他通过窥管中所能看到的星很快就移出了视野,于是他将窥管逐渐放大,直至使极星只在窥管中移动而不消失,这样,真天极的位置便确定了下来。东汉蔡邕在其相关文献中其实早已有过类似的天极观测的记载。这个事实告诉我们,要想准确地确定北天之中的不动点,不借助相应的仪器是难以办到的。这意味着在古人尚未发明可以帮助他们定准天极的仪器的时候,将真天极聚焦于一点的工作并不容易,最好的办法莫过于将天极的位置放大,使它从一点扩大为一个区域,而这个区域的划定只能通过当时最接近北极而且充当着授时主星的星来完成,这样的星当然只能是北斗。
由于岁差的缘故,北斗的位置在公元前第四千纪前后距真天极的位置十分接近,其拱极运动在规划着天极的同时,也理所当然地使其成为当时的极星。中国传统天文学赤道坐标系统的建立取决于对天球北极的认定,因此在一个庞大而复杂的天学体系中,对天极的观测事实上居于首要的地位。古人认识天极与他们持续不断的北斗观测活动有着直接的联系,而观测北斗其实是人们了解天极的唯一有效的手段。 这个被北斗绕极运动所规划出的位于北极正中的圆形天区,古人便名之日"璇现"。
璇玑在上古宇宙观中被认为是以北极为中心并且中央凸耸的绝阴之地。