更新时间：作者：小小条
想必大家都知道，如何从物理学角度解释海市蜃楼现象的成因。沙漠中炽热的白沙，像镜子一样地反射阳光，使地表空气温度极高，密度也会比上层空气要小。这样很远处物体斜射过来的光线，在到达这个热空气层后会产生折射，传播路线发生改变，重新远离地面，进入观察者的眼睛，就好像以一个极大的入射角被镜子反射回来一样。在观察者看来，就好像前面的沙漠中有一片平静的水域，映射着周围的景物（图115）。
图115 沙漠中的海市蜃楼是怎样产生的。这幅图在教材中经常被采用，但是为了便于演示，光线到地面的倾角被放大了很多
说得更准确一些，沙地表面炽热的空气不是像镜子那样反射空气，更像是从水中望去的水面。这里发生的不是一般的反射，而是物理学上所谓的 “内反射”。要产生内反射，光线就必须以非常斜的角度进入热空气层，这个角度要比在图115中演示的斜很多；否则这个角度就不会超过入射 “临界角”，内反射现象就不会发生了。
这里，我们顺便指出一个该理论中会使人产生误解的地方。我们在前面的说明中一直强调，在形成海市蜃楼的地方，密度大的空气在上面，密度小的空气在下面。然而，我们知道，密度大的、较重的空气会下降，把其下面较轻的空气挤到上面去。那稠密的空气和稀薄的空气怎么还会那样分布（重空气在上，轻空气在下），使海市蜃楼现象得以产生呢？
答案是这样的：我们所要求的那种空气层分布情况，在静止的空气中当然是不存在的，但在不断流动的空气中还是可能的。被地面加热的空气不会留在那里，而是不断地上升，被新的热空气所替代。这种不间断的替换，会使炽热的沙地表面总是有一层稀薄的空气，虽然不是原来的那些空气，但这对于光线传播来说，又有什么区别呢。
我们刚才研究的这类海市蜃楼，古时候的人们已经知道了。在现代气象学中，这类海市蜃楼被叫做 “下现蜃景”（与 “上现蜃景” 相区别：后者是由于大气层高空部分空气稀薄，使光线发生反射而形成的）。大部分人相信，这种典型的海市蜃楼只会出现在南方炎热的沙漠地带，而在纬度很高的地方是不会出现的。
但事实上即使在我们国家（俄罗斯），也经常会观察到下现蜃景，尤其是夏季，在被太阳晒得非常热的沥青和柏油路面上，这种现象十分普遍。从远处看，柏油路粗糙的表面上就好像洒了一层水，还能映射出远处的景物。我们在图116中可以看到发生这种海市蜃楼现象时的光线传播路线。如果留心观察，就会发现，这种现象完全不是像大家想得那么少见。
图116 柏油马路上的海市蜃楼
还有一种海市蜃楼----侧现蜃景，很多人甚至不知道有这种类型的海市蜃楼存在。侧现蜃景就是竖直的墙壁被加热后发射光线的结果。一位法国作者曾经描述过这种景象：在走进一座城堡的炮台时，他发现，平整的炮台混凝土墙壁突然之间变得闪闪发光，就像镜子一样映射出周围的风景、土地和天空。再向前走几步，他又在炮台的另外一面墙壁上看到了同样的变化，就好像灰色的、粗糙不平的墙面突然被打磨得十分光滑。当天的气温很高，墙壁一定被晒得很烫，这就是产生侧现蜃景的原因。在图117中画出了炮台墙壁的位置（F和F′）和观察者的位置（A和A′）。实际上，每当墙壁被太阳晒得足够热的时候，就可以观察到海市蜃楼现象，甚至有人还用照相机拍摄到了这种景象。
图117 观察到海市蜃楼现象的炮台平面图上。在点A上，墙壁F看起来就像一面镜子，而在点A′看墙壁F′也是如此
在图118中，炮台的墙壁F最初是暗淡无光的（左图），后来变得像镜子一样闪闪发光（右图，在A′点拍摄）。在左边照片中的是普通的灰色混凝土墙壁，当然不可能映射出站在旁边的两个士兵的影像。在右边的照片中，同一面墙壁的大部分具有镜子的特征，可以对称地映射出离它最近的那个士兵的影像。当然，反射光线的不是墙壁表面，而是贴近墙壁的炎热的空气。
图118 粗糙不平的灰色墙壁（左图）仿佛突然变得十分光滑，能够映射周围事物了（右图）
在炎热的夏季，您不妨注意观察一下高大建筑的墙壁，看看有没有海市蜃楼现象发生。毫无疑问，经过反复的细心观察，您一定会多次看到海市蜃楼现象的。
----摘自《趣味物理学》
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