海市蜃楼的科学解读

刘晨

海市蜃楼简称“蜃景”，指的是一种自然的光现象，也称“光学幻景”。在蓬莱等一些地方的海面、江面、湖面以及一些地方的戈壁沙漠，会偶尔看到一种奇妙的光学现象——在空中凭空出现一些高大的楼台、城郭、人物以及树木等幻景，这些幻景非常逼真，就好像真实地在那里存在一样，让人匪夷所思。

其实，海市蜃楼这种自然现象不仅现在有，远在古代，就有这方面的记载。根据我国古代传说，蜃是蛟龙的一种属性，它能使較龙吐气，从而产生楼台城廓，而海市呢，则是海上神仙居住的地方，因此人们把这个由蛟龙吐气产生的物体或疑似神仙居住的地方称为“海市蜃楼”。

显然古人对海市蜃楼的解释并非科学。大家现在已经知道了，海市蜃楼绝非較龙吐气产生，也不是什么神仙居住的地方，而是一种自然的光学现象——由于地球上的物体反射的光经过大气折射而形成的一个虚像。

光的基本性质之一就是光在均匀介质中是沿直线传播的，这一结论在我们日常生活中很容易得到证实：如太阳光底下站立出现的人的影子；太阳光穿过茂密的树林而出现的直射的光线。然而一旦光遇到两个介质的分界面时，光的方向就会发生改变，广生反射和折射。一个光以另一角度返回原介质，称为反射光，另一光则射到另一介质，称为折射光。

我们生活中的空气并不是一个均匀的介质，一般情况下，空气的密度是随高度的增大而递减的，高度越高，密度越小。当光线穿过不同高度空气层时，就会产生折射。

现在假设我们在海边看到一幅悬浮在海平面上方的物体。但那是幻影，此时在这个地方并不存在此物体，但它确实存在，只不过是在海平面以下的另外某一个地方。

光是沿着直线传播的，所以如果没有发生海市蜃楼，是看不到这个真实场景的，因为真实的物体处于海平面以下，但由于这时空气层下密上疏，这样来自这个物体的光线先由密的气层逐渐折射进入稀的气层，并在上层发生全反射后，折回到下层密的氣层中来，经过这弯曲的线路，进入观察者的眼中，于是我们就看到了位于地平线以下的某个物体的像了。这就是海市蜃楼形成的科学原理。