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发布日期:2021-09-24  来源:科技日报

故宫是明清时期的皇家宫殿,“红墙黄瓦”是故宫给人们留下的经典印象。其中,红墙是指故宫内的宫墙,其外表多饰以红色。红色有着阳光、温暖、热情、喜庆等多种美好寓意,是中华民族偏爱的颜色,因而又被称为中国红。故宫红墙呈现出壮丽、恢宏的美学意境,有着独特的视觉美。不仅如此,故宫红墙的色彩运用、施工技法,甚至关于红墙本身的传说等,均包含了较为丰富的科学内容。

从光学角度而言,在可见光谱中,红色波长最长,这就意味着它的衍射能力最强,即使在能见度较低的环境条件下也能被注意到,而故宫大面积的红墙极容易成为显著的标识。不仅如此,红色波长的特征使得这种色彩在视网膜上成像时,可产生比其他颜色同尺寸物体要大的视觉效果。另有科学研究表明,人体视网膜中对于红色敏感的锥形感光细胞数量很多,因而红色就成为人很容易辨认的颜色。因此,故宫红墙的颜色就会给人们留下深刻印象。

故宫红墙的选材与施工也具有科学性。从构造角度讲,故宫宫墙主要由砖墙芯、底层灰(浆)、罩面灰(浆)组成。我们看到的中国红就属于罩面灰。雍正朝《大清会典二》卷之九十五载有“殿门墙外用红土,内用石灰”,可说明红墙的底层灰以石灰为主要成分,罩面灰以红土为主要成分。清工部编纂的《工程做法》卷五十三对红墙罩面灰的材料组成有了更为明确的规定:“提刷红浆,每折见方一丈用头号红土十觔,江米四合,白矾捌俩”。其中,“头号红土”为颗粒较细、颜色较深的红土,“觔”通“斤”,“江米”即糯米,“合”为容积单位,1合等于0.1升。上述3种材料的实际工程配比一般为头号红土、江米、白矾按100∶7.5∶5的重量比例混合,兑水后抹在宫墙上,作为宫墙的面层。

科学研究表明,故宫红墙的红土主要成分为氧化铁(Fe2O3),这种材料有很强的着色能力,在大气和日光中较稳定,有较好的耐腐蚀,耐高温性能。为了使中国红较为稳固地附在宫墙面层,聪明的古代工匠在红墙中掺入了江米和白矾。江米主要成分为淀粉,它能形成吸引力很大的空间网格,对石灰底层的大小和形貌有较好的调控作用,有利于结晶体的致密,因而有利于红土黏结在底层灰上。白矾别名明矾、矾石等,由硫酸铝钾类矿物明矾石加工提炼而成。白矾与石灰混合后,形成钙矾石,其固相体积膨胀对灰浆的干燥收缩起了一定补偿作用,因而有利于提高灰浆的抗压强度、耐水性能和耐冻融性能。江米、白矾等材料与头号红土的巧妙运用,使得故宫红墙呈现出中国红的优美色彩,并且可保持数年不掉落。

故宫红墙有着诸多传说,其中最有名的是20世纪90年代的“宫女魅影”。有参观故宫的游客表示,他们在闪电时看到了红墙上“古代宫女”的影像。从材料学角度而言,Fe2O3以α-Fe2O3、γ-Fe2O3两种形式存在。故宫红墙罩面灰的主要成分属于α-Fe2O3,其性质稳定。然而,在雷雨天时,闪电会产生少量的氢气,α-Fe2O3与氢气可产生还原反应,生成四氧化三铁(Fe3O4)。Fe3O4在高温下与氧气产生氧化反应,可生成γ-Fe2O3。γ-Fe2O3具有磁记录的功能,是磁带的重要材料之一。在古代,宫女在红墙内行走时,如恰巧遇到雷电天气,闪电与磁场的相互作用,可在红墙表面产生γ-Fe2O3,使得“宫女魅影”被“记录”在红墙上。该过程类似于磁带在电磁场作用下,保存视频和音频的磁信号。而上百年后,在红墙罩面灰仍保存完好的前提下,游客在雷雨天参观时,很有可能闪电与磁场再次相互作用,使得“记录”在红墙上的“宫女魅影”再现。该过程类似于磁带的磁信号在电磁场作用下,还原出视频和音频。由此可以认为,“宫女魅影”现红墙并非毫无科学依据,是有可能发生的。

需要说明的是,故宫红墙的抹灰层(底层灰、罩面灰)的根本用途,是为了保护砖墙芯免受风化。而抹灰层与墙芯的黏结强度有限,往往几年或数年内,就会脱落,需要工匠重新对墙芯进行抹灰。因此,墙体抹灰是紫禁城古建筑日常维护保养的重要内容,且600余年来少有间断。而游客所看到的“宫女魅影”,其所在的红墙能历经上百年保存完好而无需重新抹灰,这种情况也是很少的。

由上可知,故宫红墙不仅仅有浓厚的美学和历史文化气息,更能反映出古代工匠对建筑材料的科学运用,体现了卓越的建筑智慧。

(作者周乾系故宫博物院研究馆员)


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