这一奇观的原理的背后,与乾清宫的建筑布局、冬至前后太阳高度角、金砖地面的反射、太阳东升西落的规律、屋檐出挑做法等多个因素密切相关。
北京位于北回归线以北,太阳照射角在冬至日这天为27度,乾清宫坐北朝南,且屋檐起翘的斜度一在26度至30度之间,这个角度约等于冬至日正午时分的太阳高度角,可使阳光近似与屋檐“平行”的方向照射到乾清宫深处。
此外,再加上乾清宫殿内采用的是金砖地面,表面如镜般光亮,因而产生镜面反射,让反射后的光束集中汇聚。所以,这就解释了冬至日前后的故宫乾清宫正午时分为何会开启金光滤镜模式了。