世界之大无奇不有，在我们的生活中存在着许许多多的奇怪现象，倘若使用科学的知识去解密它，其中的原理将会让你豁然开朗。今天要解密的主题是——海市蜃楼。海市蜃楼一词的由来要追溯到古代的神话和传说中。在古代，人们认为海市蜃楼是由蜃（一种能吐气的蛟龙）吐气形成的楼台城郭，因此得名。这种解释反映了古人对自然现象的好奇和想象，将海市蜃楼视为仙境或神秘现象的象征。通过现代科学的正确解释，海市蜃楼其实是一种光学现象，在海洋和沙漠中都可能出现。来看看发生时间离我们较近的海市蜃楼景观，2024年08月04日央视网发布的图片显示，在2024年8月2日下午江苏淮安，受台风和高温天气影响洪泽湖西岸湖面上演“海市蜃楼”景观，湖面上出现一排排林立的高楼与数座风力发电机，画面异常壮观。![]()
海市蜃楼究其原因就是光的折射和全反射。当光从光密介质向光疏介质入射时，在介质的分界面光束会发生反射和折射，根据斯涅尔公式 可知，当介质的折射率确定后，折射角只与入射角有关，当入射角增大到一定值后将再无折射光线，此时光束发生了全反射。全反射我们的生活中已经有很多的应用了，例如光纤通信、显微镜、投影仪等。![]()
大家此时可能就有疑问了，海市蜃楼同样发生在空气介质中，何来的两种介质的分界面呢？其实不然，大家忽略的一个环境影响因素——温度。温度的变化会影响空气的膨胀程度，空气受热膨胀后密度会减小，折射率也会随之减小。反之，空气温度较低时密度会增大，折射率会增大。说到物质与温度就需要认识一个物理学术语——比热容，通俗的来讲它是衡量单位质量的物质，在温度变化1度时所能吸收或释放的热量量度，物质的比热容越大，相同质量和温升时，需要更多热能。所以在自然界中，由于不同物质的比热容不一样，存在的温度差异也不同。在海洋上，海水比热容大，在强烈的太阳照射下，靠近海水的地方，空气温度较低，密度较大，折射率较大，属于光密介质。高层空气温度较高，空气受热膨胀，密度较小，折射率较小，是光疏介质。![]()
由图可知，海上海市蜃楼出现的原因是物体反射的光线在向上传输的过程中，会在各个不同的空气层间发生折射或全反射导致总路径发生弯折，光线进入人眼时就会被认为是由远方高处通过直线传播过来的。海市蜃楼会存在正立和倒立两种蜃景，若光线在发生全反射前已经进入人眼，此时看到的是正立的蜃景。若光线在发生全反射后进入人眼，则看到的是倒立的蜃景。![]()
与海洋相比，沙子的比热容很小，在强烈的太阳照射下，靠近沙漠的地方空气温度比较高，空气受热膨胀，密度较小，折射率较小，是光疏介质。上层的空气距离沙子较远，温度相对较低，空气密度相对较大，折射率较大，也就形成了光密介质。![]()
图5 沙漠上温度和折射率分布情况
由图可知，沙漠上海市蜃楼出现的原因是物体反射的光线在向下传输的过程中，会在各个不同的空气层间发生折射或全反射导致总路径发生弯折，光线从上向下照射时，从光密介质进入光疏介质，折射角变大，光线偏向水平。当折射角增大到一定程度时，就会发生全反射而向上照射。人眼在接收到这些光线时大脑会认为光线仍然是沿直线传播的，所以会认为物体在地下。但是地下的物体我们无法看到，所以人们会认为地面上有一个可以反射光线的物质，那就是水，这就是沙漠中海市蜃楼的原理。
由于沙漠中沙子的温度非常高，形成蜃景的光线在靠近沙子时一定会发生全反射，所以在沙漠中的海市蜃楼都是倒像。
![]()
对于大多数人来说沙漠的风采一辈子可能都无法看到，更别说沙漠里的海市蜃楼了。但是沙漠的这种海市蜃楼景象在生活中很常见，先来看一张图。![]()
图7 高温路面的海市蜃楼
上图的场景相信大家也看到过，在高温的夏天特别普遍。炙热的夏天当我们观察柏油马路的路面时，会看到前方100m—200m路面上出现了像是波动的一滩水，让原本的路面呈现出黑色。从路面上还可以看到路上的车和前方建筑物的倒影。当逐渐走近“这滩水”时它也在往前移动，原来被“这滩水”覆盖的路面恢复为它原来的颜色，非常神奇。
其实这种现象也是海市蜃楼。在高温的持续炙烤下，由路面至上空气温度呈现梯度变化，空气折射率也随之呈现梯度变化。近路面的空气层温度高，密度小，折射率小，远离路面的空气层温度低，密度大，折射率大。所以在靠近地面的位置，光线发生全反射映出车辆的倒影，就会让人们误以为地面上有水。
海市蜃楼这一自然界的奇观，以其独特的美学价值和深邃的科学原理，吸引了无数人的目光和探索。它不仅是自然界中的一种光学现象，更是人类对于未知世界无限遐想的源泉，期待着更多关于海市蜃楼的奥秘被揭开。
想要了解更多信息，请联系我们：
