走进科学
海市蜃楼是如何产生的
概要：
海市蜃楼是一种有趣的光学现象，当不同温度的空气层使光线弯曲时，就会出现海市蜃楼。海市蜃楼并不是光学幻觉，而是真实物体的图像，尽管它们常常被扭曲和误解。海市蜃楼的出现是由光线在穿过不同密度的空气时的折射引起的。有两种海市蜃楼，上层海市蜃楼和下层海市蜃楼。上层海市蜃楼在春夏季节出现，当海水比空气更凉爽时，光线会向冷空气弯曲，使物体看起来比实际位置更高。下层海市蜃楼在沙漠或炎热的地面上出现，当地面和空气比上方的空气更暖时，光线会向上弯曲，使天空的图像看起来像水面。海市蜃楼的观察非常依赖于位置和接收角度，稍微改变位置就可能导致海市蜃楼消失。下次你看到海市蜃楼时，记得它们是真实的图像，但也要小心它们可能会欺骗你的眼睛。
海市蜃楼是一种光学现象，它扭曲了我们对现实的感知。那么，什么是海市蜃楼，为什么这个光学现象会导致我们对现实的视觉不同?
当不同温度的空气层使光线发生偏折时，就会产生海市蜃楼，使蓝天看起来像一潭水。
海市蜃楼以其虚假著称。典型的例子就是沙漠中的绿洲。还有就是可能误导泰坦尼克号船长的冰山的受阻视图。传说中的幽灵船飞翔的荷兰人号也是海市蜃楼。但是什么是海市蜃楼?热马路、沙漠和海面上起舞的图像真的是想象的产物，还是实际事物的图像?
答案在于产生这些图像的光的折射方式。
“这不是一种视觉错觉，”圣地亚哥州立大学天文学家Anthony Young说。这是人们对海市蜃楼最错误的地方。海市蜃楼是某个真实事物的图像(它甚至可以被摄影)，但它通常是一种扭曲的图像，很容易被误解。观看者“不知道它是什么，所以会误认为是熟悉的东西，”扬说。例如，在沙漠中，反射天空的海市蜃楼通常被误认为一潭水。
即使我们误解了海市蜃楼，一个问题仍然存在:一个真实物体的图像是如何出现在错误的位置的?
简短的回答是折射，即光线穿过不同材料时的偏折。当光波穿过密度不同的空气层时，就会产生海市蜃楼。
当光线穿过相同的物质时，它通常以直线传播，加州理工学院光学成像博士生xin tong告诉Live Science。但当光线遇到不同的物质时，它会偏向密度更高的一边。空气密度取决于温度，所以当光线穿过不同温度的空气时，它会偏向较冷的空气，因为较冷的空气更密。
这产生了两种海市蜃楼。第一种是上层海市蜃楼，Tong说，这是你在春夏季节海水远比夏日炎热空气冷时所见的情况。这也许就是历史学家怀疑发生在泰坦尼克号沉没那晚冰冷海面上的情况。在任何一种情况下，靠近水面的空气都比上方的空气冷。随着远离海平面，空气会变暖。这就产生了温度和密度的梯度，导致被物体反射的光线(如船只、冰山或附近的岛屿)发生弯曲。
当存在冷空气或热空气时，由于空气层密度改变导致光线折射，从而发生海市蜃楼。
光线向较冷的海平面空气偏折而产生海市蜃楼。Tong说，这会使物体显得比实际位置更高。这是因为你的眼睛期望光线以直线传播，所以由于光线偏折，它会将物体解释为不同的位置。当这些上层海市蜃楼特别生动且变化时，在开阔海域尤其如此，它们也会用意大利名字“fata morgana”，意为“摩根妖女”。据说飞翔的荷兰人号就是fata morgana。
另一种海市蜃楼，下层海市蜃楼，发生在沙漠或炎热路面上，当表面及附近的空气比上方的空气更暖时。要看到这些海市蜃楼，你需要在最暖的空气层之上。来自上方的光会向较冷的空气偏折上升。同样，因为眼睛预期光线会直线传播，它会将图像解释为更低和倒转的，Tong说。这就是天空的图像如何在沙漠地面上出现如水面一样。在两种情况下，看到海市蜃楼高度依赖位置和接收角度。稍微改变位置就可能导致光学现象消失。
如果你知道在哪里看，下层海市蜃楼较易找到。但是更令人叹为观止的海市蜃楼可能反复无常。“上层海市蜃楼只在几厘米范围内偶尔可见，”Young说。它们出现的时间窗口也非常短，只有10至15分钟。当你能找到时，它们确实“值得观赏”。
本文译自 Live Science，由 BALI 编辑发布。