蜃景是怎麼產生的？小八帶你了解海市蜃樓

2020-08-27 小八來科普

海市蜃樓是一種光學現象，是因為光的折射和全反射而形成的自然現象，是地球上物體反射的光經大氣折射而形成的虛像。

首先我們先介紹下光的折射和全反射現象

光從一種介質斜射入另一種介質時，傳播方向發生改變，從而使光線在不同介質的交界處發生偏折的現象稱之為光的折射。

光在空氣中傳播的速度比水中要快，我們把光速大的一方（空氣）稱為光疏介質，光速小的一方（水）稱為光密介質。

光線從光疏介質射入光密介質中時，光線入射角大於折射角；

光線從光密介質射入光疏介質中時，光線入射角小於折射角。當入射角大於某臨界角時，折射光線將會消失，所有的入射光線將被反射而不進入光疏介質中，這種現象我們稱之為全反射。

光的折射及全反射原理圖

接下來我們介紹下現實生活中幾種常見的或者常聽到的海市蜃樓現象：

1、 在沙漠中，由於沙子比熱容小，地表在太陽光照射下沙子溫度快速升高，靠近沙子的下層空氣溫度也就比較高，空氣受熱膨脹，密度減小，相當於光疏介質。較上層的空氣受沙子溫度影響較小，溫度較低，密度就相對較大，相當於光密介質。如果有一棵樹，它發出的光線從光密介質向光疏介質傳播，那麼傳播過程中光線就會發生不斷的偏折，當偏折到一定角度時，就可能發生全反射現象，光線彎折向上傳播，進入人的眼睛，如同被水面反射了一樣。所以沙漠中看到這個現象的人就誤以為前方有大片湖泊。


海市蜃樓原理圖

在夏天的時候，我們經常在馬路上看到遠處地面有一大灘水，還可以顯示車的倒影，可是走近的時候，又什麼都沒有，這個也是同樣的原理。

2、在海面上，由於水的比熱容大，海面在太陽光照射下溫度變化很小，就導致海水表面溫度比空氣低，靠近海水的下層空氣溫度也比較低，密度就相對較大，相當於光密介質，較上層的空氣受海面溫度影響較小，溫度較高，密度就相對較小，相當於光疏介質。當一艘船，它發出的光線從光密介質向光疏介質傳播時，光線就會發生不斷的偏折，當偏折到一定角度時，就可能發生全反射現象，光線彎折向下傳播，進入人的眼睛，由於人眼認為光線都是沿直線傳播的，所以我們看到的船就像浮在空中一樣。全反射所形成的像為倒立的虛像。


海市蜃樓原理圖

不過現實中海面上看到的海市蜃樓大都是正立的像，這又是為什麼呢？

我們都知道海平面是一個弧面，正常情況下人們無法看到地平線以下的物體，不過地平線以下物體發出的光也可以通過折射進入人的眼睛，由於未發生反射現象，所以我們看到的就是正立的像。


海市蜃樓原理圖

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