《墨经》之后，沈括对推进光学的发展也作出了许多贡献。沈括是宋代伟大的科学家，撰有科学巨著《梦溪笔谈》。他被称为“中国科学史上的巨人”，他的著作也被称为“中国科学史上的里程碑”。

“日兆月，月光生，则成明月。”(《周髀》)可见，我国古代人在西汉前就已经知道，月光乃日所照。他们或者把日比喻为发光的“弹丸”，把月比喻为“镜子”，或者将月比喻为不发光的“弹丸”，并指出“日照处则明，不照处则暗”。(《尔雅义疏》卷五)沈括在回答有关日、月、形、体及月为何有光的问题时，肯定地说，“日月之形如丸”，“月本无光”，“日耀之乃光耳”。(《梦溪笔谈》卷七)同时他还指出，每逢月初，太阳在月旁边，因此人们见到月亮的光明部分弯钩；以后太阳离月亮渐渐地远起来，太阳变成斜照月亮，因此看到月亮逐渐变成一个圆。值得指出的是，沈括第一次以一个圆球模型来演示月亮圆缺的道理：将该球的半个球面涂上银粉，另半球是黑的。当人们正对涂银粉的半球观察时，光亮面正好是一个圆；当人们侧视它时，光亮面就如同弯钩。正是在沈括的这一演示实验的思想启发下，元初赵友钦以这种半明半暗的圆球证明月食和月象变化。而明代朱载堉又发展成两个圆球，让它们分别代表日与月，或代表日与地，或月与地，从而演示日食和月食的成因。

中国人对雨虹的认识也有很长一段历史。起初，人们观察到雨虹现象，只能是粗浅地记述着它的位置和形成的季节、条件。从唐代起，对虹的科学认识才产生了新的飞跃。唐人孔颖达(公元574—648年)指出“若云薄漏日，日照雨滴则虹生。”(《礼记注疏·月令》)张志和(公元约730—810年)还以“背日喷水”(《玄真子·涛之灵》)实验，实现小型的人造虹。这就是，背着太阳喷水，水珠在阳光照射下成虹。沈括以自己亲身对虹的观察，不仅肯定前人的有关结论，而且指出，只有顺着太阳照射的方向才能见雨虹，如果对着太阳看，烈日耀眼，就什么也看不到。(《梦溪笔谈》卷二一)在西方，类似唐代人的观察结论直到13世纪才见之史籍，比中国人晚了600余年。

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