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14 为什么海市蜃楼常常倒立?

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你一定听说过一个自然现象叫“海市蜃楼”,譬如在海面上或者沙漠中,会看到远处显现出一座城市,甚至一片绿洲。海市蜃楼到底是什么?

其实海市蜃楼的原理非常简单,就是光的折射。首先,要明确海市蜃楼里展现的景象都是真实存在的,只不过它不在你看到的位置而已。所谓海市蜃楼,就是把真实存在的景象通过折射原理挪了一个位置后让你看到。

我们知道光在不同的透明介质里的运动速度是不一样的。比如,光在玻璃中的运动速度只有在真空中的2/3,所谓透明介质的折射率,就是用光在真空中的速度,除以它在这种透明介质里的速度,譬如玻璃的折射率就是3∶2等于1.5。折射现象,就是光从一种介质斜着运动到另外一种介质当中,它走的路线会弯折,例如把一双筷子放在一碗水里在你看来筷子进入水中时就弯折了。

海市蜃楼经常在海面上或者沙漠里出现,是因为海面上水汽多,靠近海面的水汽浓,远离海面的水汽稀薄,水汽的密度变化会导致折射率的变化,而沙漠表面温度高,沙漠表面上方的温差大,这两种情况都可以让上方的空气形成折射率变化的梯度。沙漠表面的空气温度高,沙漠上空的空气温度低,温度的高低会影响空气折射率的大小。在沙漠或者海面上的空气,随着高度的变化,空气折射率的大小也会发生变化。

简单画一个光路图你就明白海市蜃楼的原理了,远处的风景发出来的光线在通过折射率随高度变化的介质时,就会拐着弯跑到观察者的眼睛里。由于我们大脑理解的视觉信号都是做反向延长线的,所以就会觉得远处好像有风景一样。并且,由于光线的传播方式随折射率变化规律而变化,所以海市蜃楼的景象往往是倒立的。我们在海市蜃楼里看到的景象其实跟我们看水里的筷子会弯折,在原理上也差不多。筷子是真实存在的,只是它并不在我们眼睛看到的那个位置。