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夏天,在平静无风的海面航行或在海边瞭望,往往会看到空中映现出远方船舶、岛屿或城郭楼台的影像;在沙漠旅行的人有时也会突然发现,在遥远的沙漠里有一片湖水,湖畔树影摇曳,令人向往.古人误认为是蜃(一种海底动物)吐气而成,所以叫海市蜃楼.
实际上,海市蜃楼是光在不均匀的大气中折射和全反射(可以理解为光从水或玻璃等透明介质射向空气中,当入射角增大到一定程度时,光只发生反射,而不发生折射的现象)所造成的光现象.在均匀的介质中,光是沿直线传播的,但在非均匀的介质中,光会偏离直线传播.如果介质是分层均匀的,光将沿一折线传播,如图1所示.海市蜃楼通常分“上现蜃楼”和“下现蜃楼”两种.
夏天,由于海水温度低于空气温度,因此近海面的空气温度较低、密度较大,其折射率也较大;而离海面较高的地方,空气温度较高、密度较小,其折射率也较小.这样就造成了从海面到高空,空气的折射率从大到小地连续变化.因此由远处景物发出的光线,在空气中沿一条向下弯曲的路径传播.当人们逆着光线去观察时,就会在前方上空看到景物的虚像,如图2所示.由于海面上形成的海市蜃楼出现在原景物的前上方,因此称为“上现蜃楼”.
在沙漠里,由子沙漠吸热较快,上午太阳光照射的时间不长,但沙漠已经很快升温,贴近地面的低层,空气变热,密度较小,其折射率也较小;而上层空气还未变热,温度低,密度大,其折射率也大.这种下疏上密的空气层,使得远处景物所发出的光线沿一向下弯曲的路径传播,当人们逆着光线去观察时,就会在前下方看到景物倒立的虚像,如图3所示.这时,蓝色天空的倒影显在地上好像一湾湖水,再加上一些树木的倒影,就像一片绿洲.在沙漠里行走的人,往往会被这种景象所迷惑,以为前方有水源而向前奔去,但总是可望而不可即.由于沙漠中的海市蜃楼出现在原景物的前下方,因此称为“下现蜃楼”.拍摄影片《登上希夏邦马峰》的一位摄影师,行走在一片广阔的干枯草原上时,看见一个下现蜃景,他朝蜃景的方向跑去,想汲水煮饭.等他跑到那里一看,什么水源也没有,才发现是上了当.
值得一提的是,无论是哪一种海市蜃楼,只能在无风或风力极微弱的天气条件下才有可能出现.当大风一起,引起上下层空气的搅动混合,上下层空气密度的差异减小,光线没有什么异常的折射和全反射时,那么所有的幻景将立刻消逝.