海市蜃樓的科學(xué)解讀

劉晨

海市蜃樓簡(jiǎn)稱“蜃景”，指的是一種自然的光現(xiàn)象，也稱“光學(xué)幻景”。在蓬萊等一些地方的海面、江面、湖面以及一些地方的戈壁沙漠，會(huì)偶爾看到一種奇妙的光學(xué)現(xiàn)象——在空中憑空出現(xiàn)一些高大的樓臺(tái)、城郭、人物以及樹木等幻景，這些幻景非常逼真，就好像真實(shí)地在那里存在一樣，讓人匪夷所思。

其實(shí)，海市蜃樓這種自然現(xiàn)象不僅現(xiàn)在有，遠(yuǎn)在古代，就有這方面的記載。根據(jù)我國(guó)古代傳說，蜃是蛟龍的一種屬性，它能使較龍吐氣，從而產(chǎn)生樓臺(tái)城廓，而海市呢，則是海上神仙居住的地方，因此人們把這個(gè)由蛟龍吐氣產(chǎn)生的物體或疑似神仙居住的地方稱為“海市蜃樓”。

顯然古人對(duì)海市蜃樓的解釋并非科學(xué)。大家現(xiàn)在已經(jīng)知道了，海市蜃樓絕非較龍吐氣產(chǎn)生，也不是什么神仙居住的地方，而是一種自然的光學(xué)現(xiàn)象——由于地球上的物體反射的光經(jīng)過大氣折射而形成的一個(gè)虛像。

光的基本性質(zhì)之一就是光在均勻介質(zhì)中是沿直線傳播的，這一結(jié)論在我們?nèi)粘Ｉ钪泻苋菀椎玫阶C實(shí)：如太陽(yáng)光底下站立出現(xiàn)的人的影子；太陽(yáng)光穿過茂密的樹林而出現(xiàn)的直射的光線。然而一旦光遇到兩個(gè)介質(zhì)的分界面時(shí)，光的方向就會(huì)發(fā)生改變，廣生反射和折射。一個(gè)光以另一角度返回原介質(zhì)，稱為反射光，另一光則射到另一介質(zhì)，稱為折射光。

我們生活中的空氣并不是一個(gè)均勻的介質(zhì)，一般情況下，空氣的密度是隨高度的增大而遞減的，高度越高，密度越小。當(dāng)光線穿過不同高度空氣層時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生折射。

現(xiàn)在假設(shè)我們?cè)诤＿吙吹揭环鶓腋≡诤Ｆ矫嫔戏降奈矬w。但那是幻影，此時(shí)在這個(gè)地方并不存在此物體，但它確實(shí)存在，只不過是在海平面以下的另外某一個(gè)地方。

光是沿著直線傳播的，所以如果沒有發(fā)生海市蜃樓，是看不到這個(gè)真實(shí)場(chǎng)景的，因?yàn)檎鎸?shí)的物體處于海平面以下，但由于這時(shí)空氣層下密上疏，這樣來(lái)自這個(gè)物體的光線先由密的氣層逐漸折射進(jìn)入稀的氣層，并在上層發(fā)生全反射后，折回到下層密的氣層中來(lái)，經(jīng)過這彎曲的線路，進(jìn)入觀察者的眼中，于是我們就看到了位于地平線以下的某個(gè)物體的像了。這就是海市蜃樓形成的科學(xué)原理。